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鈉和鋰同為IV族堿金屬元素,兩者的物理與化學(xué)性質(zhì)非常相似,因此,鈉離子電池的工作原理也與鋰離子電池一樣,作為嵌脫式二次電池,依靠鈉離子在電池正負(fù)極之間的移動(dòng)來(lái)充放電。充電時(shí),Na+從正極脫嵌,經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極,同時(shí)電子經(jīng)外電路由正極到達(dá)負(fù)極完成充電過(guò)程;放電時(shí)Na+和電子的移動(dòng)路徑則與充電時(shí)相反。鈉離子電池工作原理與鋰離子基本類似,這也給鈉電池的產(chǎn)業(yè)化打下良好基礎(chǔ)。
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與鋰離子電池相比,鈉電池的優(yōu)勢(shì)主要有三點(diǎn):1、有更好的倍率性能,且能夠適應(yīng)響應(yīng)型儲(chǔ)能和規(guī)模供電。寧德時(shí)代研發(fā)的第一代鈉離子電池在常溫下充電15分鐘,電量即可達(dá)到80%以上。2、鈉電池適應(yīng)溫域更為寬廣,寧德時(shí)代的一代鈉電池在-20°C的低溫環(huán)境中也可以擁有90%以上的放電保持率,而鋰離子電池在相同環(huán)境下放電保持率只有70%左右。3、鈉離子電池更為安全,主要原因有三:
第一,鈉作為鋰的下一周期元素,化學(xué)性質(zhì)更為穩(wěn)定;第二,鈉離子電池的負(fù)極集流體使用的是穩(wěn)定性更好的鋁箔,鈉離子電池可以完全放電至0V再進(jìn)行運(yùn)輸,提高了運(yùn)輸安全性;第三,鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高,在短路時(shí)發(fā)熱量更少;不足則主要是受限于鈉離子本身的離子性質(zhì),能量密度較低,目前市場(chǎng)上的鈉離子電池能量密度只有80~160Wh/kg,略好于鉛酸電池,而差于鋰離子電池。
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預(yù)計(jì)2023年各大鈉電池龍頭中試線、規(guī)模產(chǎn)線將陸續(xù)落地,行業(yè)規(guī)模開(kāi)始增長(zhǎng)。近年來(lái),鈉電池實(shí)際產(chǎn)業(yè)化加速,鈉離子電池相關(guān)產(chǎn)品逐漸問(wèn)世,相關(guān)技術(shù)水平不斷提升。2021年6月,中科海納聯(lián)合中科院物理所聯(lián)合打造全球首套1MWh鈉離子儲(chǔ)能系統(tǒng);2022年1月,太陽(yáng)能設(shè)備制造商BlueettiPowerInc發(fā)布了全球首臺(tái)鈉離子太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)BluettiNA300&B480;此外,日本電氣玻璃公司與美國(guó)NatronEnergy公司近期均研發(fā)出性能更好的鈉離子電池,研究成果還在繼續(xù)優(yōu)化中。寧德時(shí)代發(fā)布公告,預(yù)計(jì)在2023年將完成鈉離子電池的重大產(chǎn)業(yè)鏈突破。
與鋰電池相比,鈉電池的單位成本更低,安全性更強(qiáng),但受限于鈉元素本身的直徑影響,其能量密度要低于鋰離子電池。因此鈉離子電池在對(duì)能量密度需求不高,但對(duì)成本相對(duì)敏感的領(lǐng)域應(yīng)用潛力更大,如分布式電網(wǎng)儲(chǔ)能、兩輪車、低速交通工具等。目前,儲(chǔ)能電站主要存在于可再生能源接入、家庭和工業(yè)儲(chǔ)能、5G通信基站和數(shù)據(jù)中心等,低速交通工具主要包括低速電動(dòng)車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)船舶和公共汽車與大巴。
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儲(chǔ)能:行業(yè)高速發(fā)展,電化學(xué)儲(chǔ)能是應(yīng)用范圍最為廣泛、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬?chǔ)能技術(shù)。全球新能源發(fā)電規(guī)模大幅增長(zhǎng),電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模一直保持高速增長(zhǎng)的趨勢(shì),未來(lái)隨著分布式光伏、分散式風(fēng)電等分布式能源的大規(guī)模推廣,電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)將面臨更廣闊的市場(chǎng)機(jī)遇。
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動(dòng)力電池領(lǐng)域:電動(dòng)摩托市場(chǎng)將迎來(lái)?yè)Q車高峰期,低速車應(yīng)用開(kāi)啟鈉電池增長(zhǎng)空間。目前中國(guó)電動(dòng)兩輪車的保有量為2.5-3億臺(tái)。2019年開(kāi)始實(shí)施的新國(guó)標(biāo)對(duì)電動(dòng)兩輪車進(jìn)行了更加明確的規(guī)定,考慮到各城市3-5年的響應(yīng)時(shí)間,2021-2023年預(yù)計(jì)將為換車高峰期,電動(dòng)兩輪車的需求可能在2023年達(dá)到頂峰。
同時(shí)中國(guó)電動(dòng)兩輪車出口量不斷增加,2020年增速達(dá)到34.8%,進(jìn)一步助推行業(yè)發(fā)展;而在低速電動(dòng)車領(lǐng)域,2016年全國(guó)四輪電動(dòng)車產(chǎn)量突破百萬(wàn),達(dá)到116.9萬(wàn)輛,2017年受國(guó)標(biāo)草案不明朗影響增速放緩,產(chǎn)量133.5萬(wàn)輛,之后受行業(yè)整頓影響,產(chǎn)量開(kāi)始縮減,至2021年產(chǎn)量?jī)H為32萬(wàn)輛。2021年《純電動(dòng)乘用車技術(shù)條件》(征求意見(jiàn)稿)出臺(tái),預(yù)計(jì)后續(xù)低速電動(dòng)車產(chǎn)量將迎來(lái)上升趨勢(shì),為鈉電池帶來(lái)增長(zhǎng)空間。
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根據(jù)測(cè)算,2025年上述三大應(yīng)用領(lǐng)域潛在總需求達(dá)190GWh。2023年隨著各大鈉電池龍頭中試線、規(guī)模產(chǎn)線陸續(xù)落地,預(yù)計(jì)鈉電池市場(chǎng)規(guī)模約十億元左右到,到2025年,預(yù)計(jì)鈉電池市場(chǎng)空間或達(dá)百億。
鈉電池的正極材料、負(fù)極材料以及電解液體系與鋰電區(qū)別較大,但上市公司重合度高。由于部分公司未披露實(shí)際鈉電池相關(guān)業(yè)務(wù)規(guī)劃數(shù)據(jù),我們用1GWh 鈉電池需求測(cè)算對(duì)各個(gè)上市公司的拉動(dòng)以及對(duì)行業(yè)的拉動(dòng)。假設(shè)各個(gè)上市公司能完成 1GWh 鈉電池以及對(duì)應(yīng)供應(yīng)材料的產(chǎn)線并產(chǎn)生收入,對(duì)標(biāo) 2023 年WIND 一致預(yù)期對(duì)應(yīng)行業(yè)的市銷率,根據(jù)變化市值的比例進(jìn)行排序,優(yōu)先看好電池板塊,其他板塊的順序?yàn)殄i>鋁箔>電解液>正極>負(fù)極。
按照1GWh鈉電池對(duì)主要原材料的拉動(dòng)量占2021年該品種國(guó)內(nèi)產(chǎn)量的比例排序,鈉電池對(duì)行業(yè)拉動(dòng)的彈性順序?yàn)殡姵劁X箔>電池>錳>負(fù)極材料>電解液>正極材料>碳酸鈉>無(wú)煙煤。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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