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产业化元年,钠离子电池爆发在即?

2022-12-01 来源:飞鲸投研 浏览数:1

随着新能源汽车产业的迅速发展,可充放电的二次电池重要性日益凸显。锂电池虽然不错,但是它的特性决定了容易起火,而钠离子电池一直被大家看作是继任者,宁德时代、比亚迪等也都在积极布局相关的技术。

比较有趣的是,针对市场有关比亚迪在相关电池领域动作的传闻,比亚迪官方表示,“近期对固态电池、钠离子电池的传言,经向公司确认后,均为不实信息”。

在行业标准立项、成本优势、产业项目加速落地等多重因素影响下,钠离子电池产业化日趋临近,2023年或将成为钠离子电池的产业化元年。

一、钠离子电池

1.什么是钠离子电池?

钠离子电池是一种摇椅式可充电类电池,其工作原理与锂离子电池等电化学电池的工作原理相似,并同样遵循脱嵌式的工作原理。钠离子电池主要依靠钠离子在正极与负极之间移动来工作,当钠离子电池放电时,其中的电解液穿梭于正极与负极之间以产生电流;当其充电时,钠离子从正极材料分离至负极材料。

钠离子电池具备更优的安全性、放电性和工作温度区间。钠电池在放电的时候可以放电到0伏,不存在锂电池同情况下面临的安全问题;同浓度的钠盐电解液比锂盐电解液离子导电率更高,这决定了钠离子电池具有更优秀的快充性能;钠离子电池低温性能更优异,在-20°C低温环境中,也拥有88%以上的放电保持率。

钠离子电池能量密度指标已具备经济性。中科海纳、宁德时代等龙头研发的钠离子电池能量密度已经达到140-160Wh/kg水平。相较而言,磷酸铁锂电芯单体的能量密度在180Wh/kg左右。钠离子电池的能量密度接近磷酸铁锂水平,在对质量和能量密度不十分敏感的储能、低速车、两轮车等领域已经能够满足要求。

2.钠离子电池发展历程

萌芽期:1967年从高温钠硫电池出发。

停滞期:在1979年法国Armand提出“摇椅电池”概念后,由于锂离子电池体系中应用较为广泛的石墨负极储钠能力欠缺,对钠离子电池的研究几乎停滞。

重启期:直至2000年加拿大Dahn等发现硬碳负极具备优异的可逆储钠能力,学界才继续推进。

复兴期:到2010年,随锂离子电池研究和产业链建设趋于成熟,以及对锂资源的担忧,钠离子电池的研究和产业化进程,进入复兴时期,海内外出现产业化公司和零星商业化应用。

爆发期:直至2021年7月,宁德时代发布第一代钠离子电池,宣布计划2023年形成基本产业链,叠加锂价在2021年底-2022年年初快速上涨,引发全产业链对互补、替代方案——钠离子电池的高度重视,涌现数十家推动钠离子电池及原材料量产的企业。当前碳酸锂价格突破60万元/吨,更近一步加速钠离子电池产业化进程。

3.钠电优势

锂电、钠电的材料有所区别,钠电降本空间大。钠离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等构成。

正极(负极)包含活性物质、导电剂、粘结剂等,均匀涂布在集流体上。其中,钠离子电池的正负极材料以及集流体的降本空间较大,而电解液、隔膜则与锂离子电池相似,有一定的成本压降空间。有研究表明,产业化的钠电池材料成本相较磷酸铁锂电池可降低30%-40%。

4.钠离子电池工艺

钠离子电池与锂离子电池原理相同、结构相同,主要结构都包括正极、负极、集流器、电解液和隔膜等材料,二者生产设备、工艺方面基本相似,传统锂离子电池产线可调试转产。

钠离子电池生产工序主要包括极片制作(制浆-涂布-辊压-模切)和电芯的组装(卷绕/叠片、入壳、封装、化成、分容),整体生产工艺与锂离子电池类似,仅在负极集流体上换用铝箔、以及配方调整。目前锂离子电池产线基本在调试之后可切换成钠离子电池产线,不需要额外设备投资。

二、钠电产业链

钠离子电池企业里,宁德时代等企业加快布局钠离子电池产业,鹏辉能源、星空钠电等企业的多条生产线均已投入运行。中科海钠也在近日落成全球首条1 GWh钠离子生产线,钠创新能源预计2022年投产正极材料与电解液。

中游四大材料初步产业布局已形成。

(1)正极材料:容百科技在正极材料方面已具备初步量产能力,当升科技、振华新材、钠创新能源也紧随其后积极推进产业化进程。

(2)负极材料:中科海钠与华阳集团合作开发无烟煤负极,贝特瑞、杉杉股份、中科电气等具有生产硬碳的丰富经验,已实现为钠离子硬碳方面进行大批量供货。

(3)电解液:钠创新能源已有5000万吨电解液投产,多氟多已商业化量产电解液,新宙邦、瑞泰新材等均已推出相关电解液样品。铝箔企业中,鼎盛新材、云南铝业等均开展新能源动力电池用铝箔项目,为各大电池生产厂商提供助力。

(4)原材料:主要是二氧化锰、钒矿、氰基氧化物,多家国内公司具有成熟生产经验,其中湘潭电化已和宁德时代达成合作供给电解二氧化锰。

三、总结

值得我们关注的点是,10月中旬有关部门发布的《关于钠离子电池行业标准(征求意见1稿)征求意见的通知》指出,钠离子电池标准起草组完成了征求意见1稿的编制工作。

目前,钠离子电池行业标准的制定意味着产业化临近,众多电池龙头也提出2023年产能落地与量产计划,2023年必定是钠离子电池发展的关键之年。

 

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