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目标市场清晰,技术路线多样,钠离子电池产业化进程加速 | 未来能源创投风向标

2022-11-18 来源:36氪 浏览数:1

近年来,在锂离子动力电池市场势头正旺的同时,围绕着“新型电池”钠离子电池的新一轮军备竞赛也在展开。

例如锂电巨头宁德时代多次在公开平台表示要在2023年实现钠离子电池的产业化。虽然各家公司还未真正意义上实现钠离子电池的规模量产,但钠离子电池的目标市场(储能与低速电动车)已经十分清晰,替代铅酸,补充锂电的市场定位成为行业共识。

钠与锂是同族元素,二者化学性质相似,钠离子电池与锂离子电池的构造也基本一致,均由正极、负极、电解液、隔膜等组成,其中正极材料有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝(白)类化合物、聚阴离子化合物三种主流技术路线,负极材料以硬碳和软碳为主。

钠离子电池产业转折发生在2010年后,彼时钠离子电池的研发取得进展,国内外钠离子电池的商业化进程开始提速,相关创业公司涌现,2017年国内第一家钠离子电池创业企业中科海钠注册成立。

一般认为,钠离子电池在今天能重新兴起主要是锂电池原材料价格飙升导致的。锂离子电池虽然技术、产业成熟度高,但锂资源储量少且分布不均,美国地质勘探局调查数据显示,全球超过一半(约53%)的可开发锂资源储量集中在南美洲,中国作为动力电池制造大国只占14%。

相反,钠资源的储量丰富,是锂元素的一千多倍,且资源分布平均,在地壳和海洋中即可获得。

生意社最新数据显示,今年8月底,电池级碳酸锂的价格已涨至49.2万/吨,近乎去年年初价格的10倍,且可能全年维持高位。原材料成本,再加上铝箔替换铜箔和负极成本,根据测算,钠离子成本较磷酸铁锂电池可以低30%左右。

因此,为缓解上游原材料价格上涨的压力和可能造成的战略资源威胁,在市场和政策两方面的助推下,钠离子电池商业化成为必然。

就性能特点而言,除成本优势外,钠离子电池还更加安全稳定,在高/低温环境下比锂离子电池有更好的性能表现。目前主流钠离子电池厂商开发的一代产品能量密度区间为100-160Wh/kg,和磷酸铁锂的能量密度区间存在部分重合。

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钠离子电池和锂离子的电池不同主要体现在正极材料、负极材料、电解液和集流体四个方面。

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钠离子电池产业链 图片来源:方正证券

钠离子电池制造商

目前,国内布局钠离子电池业务的企业大致可以分为两大类,分别是以宁德时代、欣旺达和亿纬锂能等为代表的锂电巨头企业,和以中科海钠、众钠能源等为代表专注于钠离子电池领域的初创企业。

对于锂电池一线厂商而言,发展钠离子电池业务主要是出于抢占新兴市场先机的考量。而钠离子电池初创企业则主要背靠国家研究院、高校科研团队,业务方向更加聚焦,且产品进程相较于锂电池厂商没有明显的落后。

正极材料供应商

类似于锂离子电池,正极材料同样是钠离子电池电化学性能和成本的决定性因素,但不同的是,钠离子电池正极材料还处于研发阶段,技术路线更多,主流的有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝(白)类化合物和聚阴离子化合物三种,目前市场还在围绕着这三种路线做布局和尝试。

层状过渡金属氧化物具有能量密度高的优势,但循环寿命和安全性较差,原材料成本相对较高,中科海钠和钠创新能源的正极材料采用的是金属氧化物体系。普鲁士蓝(白)类化合物同样能量密度高,但由于在合成过程中会产生结晶水,对电池的工艺制造是很大的技术挑战,目前主要有宁德时代在布局。聚阴离子化合物能量密度低,但在成本、安全性和循环寿命上更有优势,适合用于储能场景,目前有创业企业珈钠能源和众钠能源在布局。

此外,由于钠离子电池的产线和锂离子电池的产线兼容度高,因此也有不少锂电三元材料厂商将其三元材料制造工艺和装备能力复制到钠离子电池上,拓展新增业务。以高镍龙头容百科技为例,今年7月,容百科技发布战略发布会,宣布布局高镍三元正极、磷酸锰铁锂和钠电池三条技术路线,并计划转型成为全市场覆盖的正极材料综合供应商。

负极材料供应商

与锂离子电池的负极材料以人造石墨为主不同,由于钠离子半径更大,难以嵌入到间距很小的石墨层间与碳形成稳定的化合物,因此钠离子电池的负极材料以硬碳和软碳为主。

目前市场上的企业大部分选择硬碳材料,宁德时代开发出了具有独特孔隙结构的硬碳材料,锂电负极材料龙头贝特瑞具备硬碳材料量产能力,璞泰来、翔丰华正推进中试工作。而中科海钠则选择无烟煤基软碳材料,并与无烟煤龙头企业华阳股份合作,用无烟煤副产品煤泥作为负极软碳前驱体,具有成本优势,现已处于量产阶段。

电解液供应商

钠离子电池的电解液和锂离子电池的电解液大体相似,最大的区别在于电解质由六氟磷酸锂变为六氟磷酸钠,因此现有的六氟磷酸锂龙头企业可以通过产线切换在该领域取得先发优势,多氟多现具备千吨六氟磷酸钠生产能力,并已为市场批量供货,新宙邦、石大胜华、永太科技等也均有业务布局,目前正在推进中。此外,钠创新能源是钠离子电池电解液领域少有的创业企业,目前已有5000吨电解液投产。

集流体供应商

集流体属于电池中的非活性材料,虽不直接参与电化学反应,但对电极的工作性能会产生重要影响。在锂离子电池中,为避免铝和铁在低电势条件下发生合金化反应,正极集流体为铝箔,负极集流体为铜箔,钠离子电池因为铝和钠不会发生合金化反应,因此可以正负极都用价格更便宜的铝箔。

据悉,电池铝箔对工艺要求高、认证周期长,因此市场集中度也高,CR3高达70%,其中鼎胜新材市占率达44%,常年稳居行业第一,现有电池铝箔产能超10万吨,预计今年可以达到15万吨。此外,今年以来,锂电铝箔加工费持续走高叠加钠离子电池需求扩张,电池级铝箔市场出现供不应求的情况。有分析人士预计,随着钠离子电池产业化加速,电池级铝箔需求量还将大幅攀升,铝箔企业扩产将成为行业未来趋势。

综上所述,钠离子电池最大的优点在于成本低、安全和高低温性能好,因此特别适用于储能市场,现在也确实有企业明确表示将以储能市场作为公司主攻方向。不过,虽然目标市场已经十分清晰,但在多种正极材料的选择和已选材料性能的改进上,行业显然还有一些技术难题尚待解决。

目前钠离子电池行业整体处在产业化初期,还未完全实现规模量产,但已有不少企业(如中科海钠)将年内定为实现量产的期限,宁德时代也多次表示要推进钠离子电池在2023年实现产业化,所以总体看来,钠离子电池正在走进规模化量产的前夜。

 

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