鈉電池量產(chǎn)元年？動力電池背后的技術(shù)博弈

時間:2022-10-06 15:18來源:壹零社 作者:綜合報道
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面臨“成本失控”危機(jī)的鋰電池
 
       一年半左右的時間漲幅超11倍，“鋰大爺”上演真實(shí)版“瘋狂的石頭”讓新能源汽車產(chǎn)業(yè)叫苦不迭。
 
       在突破50萬元/噸大關(guān)后，碳酸鋰價格近期走勢勢如破竹。據(jù)上海鋼聯(lián)9月23日發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)日電池級碳酸鋰漲1500元/噸，均價報51.15萬元/噸，這一價格，已逼近今年3月上海鋼聯(lián)統(tǒng)計的電池級碳酸鋰51.7萬元/噸均價。而在三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩大動力電池陣營中，鋰都是不可或缺的存在。
 
       目前的兩大體系中1GWh磷酸鐵鋰電池需要使用520噸碳酸鋰左右，而三元鋰電池使用的量同樣較多，1GWh三元鋰電池需要使用620噸碳酸鋰左右。所以，碳酸鋰的單價每漲價10萬元，動力電池每GWh成本就會增加5200萬元-6200萬元左右，年初至今碳酸鋰價格增加了22萬元左右，動力電池成本就增加了1.15萬元～1.36萬元左右，對整車成本和售價的影響可想而知。
電池級碳酸鋰價格走勢，數(shù)據(jù)來源：USGS，百川盈孚
 
       在動力電池電芯的成本構(gòu)成中，正極材料是成本占比最大的環(huán)節(jié)。上游原材料漲價使正極材料成本占比大幅提升，其中碳酸鋰價格對成本影響尤為明顯。2020年年底至2022年3月，碳酸鋰價格從5.2萬元/噸上漲到50萬元/噸，磷酸鐵鋰電池正極材料在電芯成本中占比從20%上升至42%，碳酸鋰在電芯成本中占比從2.6%提升到15%。碳酸鋰持續(xù)上漲的背后，從動力電池到整車企業(yè)，整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈都在承壓。
 
       下游企業(yè)的成本壓力驟增，帶動了市場對理論成本更低的鈉離子電池的期待。
 
成本優(yōu)勢明顯的鈉電池
 
     “天下熙熙皆為利來，天下攘攘皆為利往”——新一代電池技術(shù)的推廣和產(chǎn)品落地，利益才是最好的推手，鈉電池量產(chǎn)之所以受到關(guān)注，無非是因?yàn)槠浔旧碓诔杀旧系膬?yōu)勢以及對整車成本的影響。
 
       鈉離子電池正極鈉源使用碳酸鈉（3千元/噸），相比碳酸鋰（50萬元/噸）價格優(yōu)勢顯著，如果使用銅錳鐵元素層狀氧化物體系，正極價格比LFP正極便宜一半以上；負(fù)極材料使用硬/軟碳，目前價格預(yù)計8/5（萬元/噸），未來成本可降至4/2（萬元/噸）以下，其中軟碳相比石墨具備成本優(yōu)勢；電解液使用NaPF6，其離子電導(dǎo)率更高，因此用量比鋰電更低，同時原材料量產(chǎn)后成本優(yōu)勢顯著；集流體方面正負(fù)極均使用鋁箔，無需使用價格較高的銅箔，因此進(jìn)一步降低成本（降低60%以上）。
 
       目前鈉離子電池處于推廣期，設(shè)備工藝不成熟、生產(chǎn)設(shè)備不完善、產(chǎn)業(yè)鏈不完善，成本目前預(yù)計0.8-0.9元/Wh以上，相比鐵鋰電池?zé)o性價比優(yōu)勢，主要應(yīng)用于兩輪車等領(lǐng)域替代鉛酸電池。隨著產(chǎn)業(yè)鏈的完善，鈉電池成本有望降到0.5元/Wh，而鐵鋰電池總成本預(yù)計在0.7元/Wh（碳酸鋰價格假設(shè)15萬元/噸，下同），成本便宜20%以上。電芯材料成本方面，鈉電池成本預(yù)計比鐵鋰電池低0.1元/Wh，便宜25%以上！
 
       最為關(guān)鍵的是鈉資源儲量豐富，地殼豐度(2.75%)是鋰資源(0.0065%)的400多倍，且鈉資源在全球分布均勻，而鋰資源70%分布在南美洲地區(qū)，資源分布極度不均。而在產(chǎn)業(yè)鏈打造方面，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似，生產(chǎn)設(shè)備大多兼容，這意味著電池廠商轉(zhuǎn)向鈉電池的話本身在設(shè)備和工藝改造上的投入并不大，利于成本控制。
鈉離子電池工作原理
 
       除成本優(yōu)勢外，鈉離子電池在電池端的應(yīng)用上也具有明顯優(yōu)勢。鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴(kuò)散能力，同時同濃度下鈉鹽電解液離子電導(dǎo)率比鋰鹽電解液更高。更高的離子擴(kuò)散能力和更高的離子電導(dǎo)率意味著鈉離子電池的倍率性能好，充電速度快，常溫下充電到80%僅需15min。而鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子小，同濃度下鈉鹽電解液離子電導(dǎo)率比鋰鹽電解液更高，因此可以使用低鹽濃度電解液代替高鹽濃度電解液。
 
       此外，鋰電在低溫下充電會析鋰，而鈉電不會析鈉，因此鈉離子電池的工作溫度更寬，在-40°C到80°C的溫度區(qū)間內(nèi)皆可正常工作，-40°C低溫下容量保持率超過 70%，-20°C低溫下容量保持率接近 90%，遠(yuǎn)高于同條件下鋰電池不到70%的保持率。鈉離子電池在熱失控過程中易鈍化失活，在過充、過放、擠壓、針刺等安全測試中均不起火爆炸，熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)超國家強(qiáng)標(biāo)安全要求，這讓鈉離子電池在安全性上也具有較為明顯的優(yōu)勢。
 
       綜合擁有以上優(yōu)勢的鈉電池目前代替鋰電池方面具有一定的呼聲，畢竟動力電池在新能源汽車成本中占據(jù)40%~60%的比重，一旦動力電池成本能往下降，意味著新能源汽車整車售價也有望走低。
 
多元化應(yīng)用場景
 
       對于未來充滿想象空間的鈉電池領(lǐng)域，各電池廠商的布局也是相當(dāng)快的。
 
       據(jù)梳理，寧德時代2021年發(fā)布了第一代鈉離子電池，計劃于2023年形成鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈；傳藝科技即將進(jìn)行中試線投產(chǎn)，預(yù)計一期2GWh的鈉離子電池項(xiàng)目將于2023年投建；華陽股份和中科海納計劃建立電池PACK廠，2023年擴(kuò)產(chǎn)至10GWh鈉離子電池正、負(fù)極材料生產(chǎn)線；容百科技規(guī)劃在2023年實(shí)現(xiàn)鈉電池正極材料每個月千噸級出貨；振華新材鈉離子電池正極材料預(yù)計在2022年第四季度進(jìn)入小批量試用階段；多氟多的六氟磷酸鈉已商業(yè)化量產(chǎn)，鈉電池的量產(chǎn)仍在實(shí)驗(yàn)室階段。
 
       隨著各方在納電上的研發(fā)投入納電研發(fā)進(jìn)展快速，鈉電池技術(shù)及材料逐步具備產(chǎn)業(yè)化的可能，同時鈉離子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定在即，預(yù)計年底鈉電池技術(shù)和材料體系有望基本定型。如此，2023年有望成為鈉電產(chǎn)業(yè)化元年，實(shí)現(xiàn)小批量出貨，2024年實(shí)現(xiàn)大批量量產(chǎn)，規(guī)模有望達(dá)到30GWh，預(yù)計未來首先取代鉛酸電池，并逐漸切入A00級電動車和儲能領(lǐng)域，預(yù)計2025年鈉電池全球需求超100GWh，未來有望成為鋰電池的一個有效補(bǔ)充。
 
       事實(shí)上，相對于當(dāng)下坐穩(wěn)動力電池統(tǒng)治地位的鋰電池，鈉電池更容易替代的其實(shí)是鉛酸電池。全國二輪電動車電池市場75%為鉛酸電池，鈉電循環(huán)遠(yuǎn)超鉛酸電池（500-800次），能量密度可達(dá)鉛酸電池3倍以上，成本同樣低于鉛酸。同時新國標(biāo)限制兩輪車整車重量不超過55kg，創(chuàng)造電池輕量化需求，因此我們預(yù)計鈉離子電池可逐步實(shí)現(xiàn)低速電動車、后備電源和啟停電源無鉛化。
 
A00級電動車對價格極為敏感
 
       同時，由于A00級電動車售價低電池成本占比高，因此對電池成本更為敏感，鈉離子電池憑借成本優(yōu)勢有望大展身手單車30度電的假設(shè)下，比鐵鋰便宜6000元以上，這意味著鈉離子電池產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度提高后，更容易切入A00級電動車領(lǐng)域。
 
       此外，大型儲能系統(tǒng)對能量密度要求不高，對安全性及經(jīng)濟(jì)性要求更高，完全可以成為鈉電池落地應(yīng)用的重要場景。根據(jù)2022年《鈉離子電池儲能技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析》，鈉離子電池在調(diào)峰應(yīng)用場景下的全生命周期的度電成本約0.55元/wh（計電力損耗），而磷酸鐵鋰和三元鋰電池的度電成本約0.81元/wh和1.18元/wh，就度電成本而言，鈉離子電池的成本較LFP和三元分別降低了32.1%和53.3%，成本優(yōu)勢明顯。
 
       由于其低成本的優(yōu)勢，鈉離子電池儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)側(cè)及電源側(cè)具備更強(qiáng)的競價優(yōu)勢，另一方面，由于鈉離子電池儲能系統(tǒng)的寬溫區(qū)特性，可適應(yīng)不同緯度地區(qū)的氣候條件，有效提高分布式電源滲透率，提升配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
 
低成本且安全的鈉電池同樣適合大型儲能系統(tǒng)
 
       總體而言，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理、結(jié)構(gòu)相似，在漿料配方設(shè)計、電極生產(chǎn)過程和電池裝配過程幾乎沒有差別，材料成本低，倍率性能、低溫性能及安全性能優(yōu)異，有望成為鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的有效補(bǔ)充。但是鈉離子電池也存在能量密度低、電壓平臺低、回收價值低等缺點(diǎn)，難以滿足電動汽車對動力電池高能量密度的要求。
 
鈉電池元年有望開啟
 
       除了技術(shù)的更迭外，鈉電池量產(chǎn)更需要政策的支持。成熟并具有完善的配套政策的鋰離子電池不同，由于鈉離子電池配套的產(chǎn)業(yè)政策目前并不多，不利于產(chǎn)品的市場推廣和成本的降低。
 
       2022年7月14日，工業(yè)和信息化部辦公廳頒布有關(guān)文件明確提出對鈉離子電池的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，將由電子標(biāo)準(zhǔn)院、中科院物理所、中科海鈉、寧德時代、比亞迪等公司聯(lián)合起草，在技術(shù)創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)等方面進(jìn)行推進(jìn)，加快鈉離子電池的發(fā)展速度。
 
       不過需要注意的是市場對鈉離子電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優(yōu)勢。而成本優(yōu)勢都是在對比中產(chǎn)生的，目前鋰離子電池的關(guān)鍵原材料碳酸鋰價格高企，放大了鈉離子電池的優(yōu)勢。未來如果鋰礦石價格持續(xù)走低，不排除鈉電池未來落地推廣會有變數(shù)。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 鈉電池 動力電池
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