1、鈉離子電池發(fā)展回顧
鈉離子電池與鋰離子電池原理相同,都屬于“搖椅式電池”由正極、負(fù)極、電解液和隔膜四部分構(gòu)成,其中正負(fù)極材料決定了鈉電池的性能。(1)正極材料:三種主要路線:層狀過渡金屬氧化物、普魯士類化合物和聚陰離子化合物,前兩者產(chǎn)業(yè)實(shí)踐更為廣泛,中科海鈉采用了Cu-Fe-Mn三元層狀氧化物正極材料,電池能量密度達(dá)到135Wh/kg;寧德時代采用普魯士白正極材料,電池樣品能量密度達(dá)到160Wh/kg。(2)負(fù)極材料:優(yōu)選碳基材料,其中中科海鈉的高溫裂解無煙煤負(fù)極能量密度高且成本低。(3)電解液和隔膜:技術(shù)近似鋰電,但是所選材料與鋰電有所區(qū)別,成本更低。(4)集流體:正負(fù)極采用鋁箔,成本遠(yuǎn)低于鋰電負(fù)極所用銅箔。鈉離子發(fā)展歷程歷經(jīng)三個階段,2010年后迅速開啟商業(yè)化進(jìn)程。
鈉電集流體采用鋁箔,成本遠(yuǎn)低于鋰電。集流體是用來連接粉末狀活性物質(zhì),并將將活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集輸出、將電極電流輸入給活性物質(zhì)。在石墨基鋰電池中,因?yàn)殇嚂c鋁反應(yīng)產(chǎn)生合金,因此負(fù)極必須采用銅箔作為集流體。而在鈉離子電池中,鈉和鋁不會反應(yīng)產(chǎn)生合金,因此正負(fù)極集流體都可以采用鋁箔,成本遠(yuǎn)低于鋰電池。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

鋰電資源有限且價格高企,需要替代品鈉電資源豐富價廉環(huán)保,鈉離子電池應(yīng)運(yùn)而起。相比于鋰電池,鈉離子電池的最突出優(yōu)勢在于(1)經(jīng)濟(jì)性:資源豐富,提煉簡單;與鋰電工藝相通,容易切換復(fù)用產(chǎn)線;集流體等輔材成本較低。(2)安全性:內(nèi)阻大,瞬時發(fā)熱量小,熱安全事故風(fēng)險;可放電到0V,不存在過放問題,安全運(yùn)輸;工作適溫范圍大。
鋰資源有限且高成本,需要低成本替代品。鋰電池具有高能量密度和超長循環(huán)壽命等優(yōu)秀的化學(xué)性能,被廣泛應(yīng)用于激增的便攜電子設(shè)備、電動工具和電動汽車以及電網(wǎng)儲能的場景中,近年來用于鋰電池的鋰用量顯著增加,但是由于鋰資源分布不均且大規(guī)模適宜開采的高品位鋰礦資源有限,即期產(chǎn)能有限導(dǎo)致供需錯配,供需缺口在近兩年被迅速拉大,碳酸鋰價格不斷攀高,從2021年5月約8.8萬元/噸抬升至2022年7月將近48萬/噸,超過400%的增長率。而全球范圍內(nèi)80%的鋰電池在中國制造,但是鋰資源分布不均,根據(jù)2022年美國地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù),全球鋰資源儲量超過89,000,000噸,我國占比僅約6%,我國有將近80%的碳酸鋰依賴進(jìn)口,鋰電上游成本高企。
碳酸鋰價格攀高,成本高企(單位:萬元/噸)

2021年全球鋰資源儲量分布,中國依然依賴進(jìn)口

鈉離子成本優(yōu)勢

3、鈉離子電池未來產(chǎn)業(yè)方向
基于鈉離子的特性,未來主要發(fā)展方向?yàn)閮δ芎偷退俳煌ā#?)儲能:國家出臺各項政策支持儲能發(fā)展,轉(zhuǎn)型新型電力系統(tǒng)發(fā)展儲能具有必要性和重要性。電化學(xué)儲能是目前應(yīng)用最廣泛靈活的儲能形式之一,但是鋰電成本高企且安全事故頻發(fā),鈉電的經(jīng)濟(jì)性和安全性凸顯,性能可滿足長時儲能場景,可作為優(yōu)質(zhì)替代。(2)低速交通:相比于鉛酸電池和鋰電池,鈉電用于低速交通性能優(yōu)越,成本較低,且更為環(huán)保。
鈉離子是電化學(xué)儲能新起之秀,前景可期。2022年1月國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《十四五新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》,在所列出的推動多元化技術(shù)開發(fā)中鈉離子電池技術(shù)排名第一,政策層面高度認(rèn)可,未來發(fā)展的確定性高。電化學(xué)儲能發(fā)展最為迅速的當(dāng)屬鋰離子電池,但是鋰電熱安全性稍差、成本較高且鋰資源非常有限分布不均,限制了可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展。相比于鋰電,鈉離子電池資源儲量豐富、造價成本低、長壽命、庫侖效率高、環(huán)境適應(yīng)性好、無污染運(yùn)行,用于儲能其安全性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢突出。
2021年中國電力儲能裝機(jī)比例

我國電動自行車行業(yè)新規(guī)改革,鉛酸電池面臨淘汰競爭。我國大部分電動自行車、電動三輪車甚至老年代步車的電池使用的均為鉛酸電池,鉛酸電池在造價成本上占據(jù)優(yōu)勢,但是一直沒有完善的回收制度,污染嚴(yán)重,很難可持續(xù)發(fā)展。此外,2019年《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》即新國標(biāo)正式實(shí)施,要求兩輪車電動自行車的整車質(zhì)量不高于55kg,而大部分鉛酸電池單車重量在70kg以上,到2023年底政策過渡期結(jié)束后,將面臨著巨大的市場變革。據(jù)統(tǒng)計,2021年中國兩輪電動車累計銷量達(dá)成4100萬輛,鋰離子電池兩輪電動車銷量占比23.4%。
中國兩輪電動車銷量統(tǒng)計

鈉離子應(yīng)用于低速交通工具

4、行業(yè)格局
目前仍是鈉電商業(yè)化發(fā)展初期階段,產(chǎn)業(yè)格局未定,各家紛紛布局爭先,其中典型代表有中科海鈉、寧德時代和鈉創(chuàng)新能源。中科海鈉2021年6月與華陽股份共同開發(fā)并投運(yùn)1MVh鈉離子電池儲能系統(tǒng);2022年7月全球首條GWh鈉離子電池生產(chǎn)線落成,后續(xù)將落實(shí)投產(chǎn)二期項目。寧德時代2021年7月發(fā)布第一代鈉離子電池能量密度達(dá)160Wh/kg,預(yù)期第二代超200Wh/kg,2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。鈉創(chuàng)新能源創(chuàng)新鐵酸鈉基正極材料能量密度達(dá)130-160 Wh/kg,與紹興濱海新區(qū)簽約8萬噸鈉離子電池正極材料項目,預(yù)計2022年內(nèi)完成3000噸正極材料和5000噸電解液的投產(chǎn)。
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