鈉離子
電池開始上車了。發(fā)布鈉離子
電池產(chǎn)品20個月后,寧德時代在4月16日宣布,鈉離子電池將首裝奇瑞汽車,電池品牌名為“ENER-Q”。江淮汽車旗下的思皓和釔為也分別在今年2月和4月發(fā)布了搭載鈉離子電池的車型,其中思皓的鈉離子電池將由中科海鈉供應。
從發(fā)布產(chǎn)品到臨近裝車的這20個月間,汽車動力電池和整個
電動車市場已發(fā)生巨大變化。
多位業(yè)內(nèi)人士認為,寧德時代2021年7月發(fā)布鈉離子電池產(chǎn)品時,不僅是要推新品,也是想平抑高鋰價。當時碳酸鋰價格約9萬元/噸,相比2020年底上漲行情啟動前的約4萬元/噸低點已翻倍有余。
當時寧德時代釋放了一個信號:如鋰價再漲,它會加速改用鈉離子電池。
如今碳酸鋰報價來到20萬元/噸,它是在最近4個月內(nèi)從60萬元/噸的高點下探至此。背后是去年底至今年初,中國電動車市場增速放緩和消費低迷。
鈉離子電池長期仍有平抑鋰價、降低電池成本,進一步普及電動車的作用,但碳酸鋰的下跌和電動車消費熱情的衰減是一個短期沖擊。盡管如此,從上游的材料、中游的電芯生產(chǎn)再到下游的整車制造,已為鈉離子量產(chǎn)上車投入數(shù)年的整個產(chǎn)業(yè)鏈不會停下動作。綜合各公司規(guī)劃,今年將是鈉離子電池規(guī)模量產(chǎn)的第一年:
據(jù)《晚點LatePost》了解,寧德時代已在寧德建成一條鈉離子電池中試線,中試線一般是啟動大規(guī)模量產(chǎn)前的驗證。
《晚點LatePost》曾報道,比亞迪曾計劃在今年將鈉離子電池裝載到A0級小型乘用車海鷗上。億緯鋰能去年底發(fā)布鈉離子電池,目前正處在送樣、測試階段,產(chǎn)品主要用于儲能電站。蜂巢能源已在去年完成鈉離子電池A樣測試。孚能目前也已建成一條鈉離子電池中試線。
鈉離子電池正極材料初創(chuàng)公司啟鈉新能源CEO黃強稱,以材料廠的送貨情況推測,今年中國的電芯廠能生產(chǎn)3-6GWh鈉離子電池,可以裝配約3萬-5萬輛車。
從最初被提出到現(xiàn)在離消費者僅一步之遙,鈉離子電池經(jīng)歷了50多年的沉浮。它的命運顯示了一種實驗室技術走向產(chǎn)品原型,再進入大規(guī)模量產(chǎn)的種種機緣、波折與動力。
鋰價上漲、技術突破,鈉離子電池從遇冷到復蘇
鈉離子電池和鋰電池的工作原理十分相似,都是靠金屬離子在電池內(nèi)移動實現(xiàn)充放電。對二者的研究在50多年前幾乎同時起步。
第一個十年里,兩種電池的產(chǎn)品方案都不夠平衡,要么就是能量密度太低,即一定體積內(nèi)的電量太少,要么就是不夠安全,易燃易爆。直到1981年,石墨儲鋰機制被發(fā)現(xiàn),這意味著可以用石墨作負極,用鋰化合物作正極來構造鋰電池。這是一個相對平衡的方案,其能量密度的理論上限超過300Wh/kg,且比用金屬鋰作負極的方案更安全。鈉離子卻由于體積太大,更難被嵌入石墨以完成充放電,它當時的能量密度僅有鋰電池的十分之一。由此,鋰離子電池有了更大的商用可能性,鈉離子電池落后了一步。
1991年,日本索尼公司成功將鋰電池用到了攝像機上,鋰電池商業(yè)化進一步加快,得以在實際生產(chǎn)中持續(xù)改進,鈉離子電池路線被擱置。
又近20年后的2008年左右,鈉離子的命運開始反轉。這一年,碳酸鋰價格達到6萬元/噸,是當時的近十年高點。電動車也開始興起,這將在手機、電腦等消費電子產(chǎn)品外,打開金屬離子電池的更廣闊市場。
在當時的高鋰價下,鈉離子電池優(yōu)點凸顯:鈉的儲量要遠多于鋰,且開采成本低,鹽就是一種常見的鈉化合物(氯化鈉),全球海洋中的氯化鈉儲量達4億億噸。
減少已有產(chǎn)品成本的訴求,疊加對新市場的期待,鈉離子電池被重新關注。據(jù)美國化學領域綜合性期刊《ChemicalReviews》,2010年之后,與鈉離子電池相關的研究論文從之前的每年不到10篇迅速上升至幾十篇,到2013年突破了130篇。
經(jīng)過更多研究,人們發(fā)現(xiàn),可以用硬碳來做鈉離子電池的負極。硬碳和石墨都是碳單質,但分子結構不同,硬碳的空隙更大,這解決了鈉離子難以嵌入石墨負極的問題。鈉離子電池能量密度得以提升。
在正極材料上,鈉離子電池也逐漸發(fā)展出幾種主要路線:
普魯士正極,包括普魯士白和普魯士藍,它們都是鈉和鐵氰根組成的化合物;
層狀氧化物正極,由鈉和氧化金屬組成,金屬可為銅、鐵、錳、鎳等;
聚陰離子正極,它是各類金屬磷酸鈉,如磷酸鐵鈉和磷酸釩鈉等。
普魯士和層狀氧化物正極能量密度更高,但循環(huán)次數(shù),即使用壽命較低,類似鋰電池的三元鋰路線;聚陰離子正極能量密度較低,但壽命更長,類似鋰電池的磷酸鐵鋰路線。
實驗室研發(fā)有一定成果后,一批以鈉離子電池商業(yè)化為目標的新公司出現(xiàn):中科院物理研究所研究員胡勇勝2017年創(chuàng)立中科海鈉;上海交通大學馬紫峰教授在2018年創(chuàng)辦浙江鈉創(chuàng);兩家公司都同時研發(fā)和生產(chǎn)鈉離子電池正極與電芯。這之后成立的新公司還有鈉離子正極材料廠商啟鈉新能源、珈鈉能源,負極材料廠商佰思格等。
胡勇勝團隊是層狀氧化物正極的提出者。中科海鈉在2018年展示了鈉離子低速電動車,是全球首家發(fā)布鈉離子電池產(chǎn)品的公司,最新估值超60億元人民幣。
在需求端,鈉離子電池因理論上更低的成本和更長的壽命,有三個主要應用前景:
用于對續(xù)航里程要求較低,但追求低成本的A00級或A0級小車,替代磷酸鐵鋰電池;
用于對成本敏感的儲能電站等儲能場景,替代磷酸鐵鋰電池;
用于兩輪電動車,替代錳酸鋰類電池或部分鉛酸電池。
不小的市場空間吸引一批鋰電池企業(yè)入局。汽車動力電池企業(yè)中,寧德時代2020年成立21C創(chuàng)新實驗室時,研究方向即包含鈉離子電池。欣旺達在2021年年報中披露,已建立鈉離子電池研發(fā)項目。
中國第五的儲能電芯廠商鵬輝能源近期剛發(fā)布了自己的鈉離子電池;中國最大二輪電動車電池供應商天能集團稱,三年前已開始開發(fā)鈉離子電池,目前正在給部分二輪電動車企業(yè)送測試樣品。
全球最大動力電池企業(yè)寧德時代的動作尤為受關注,對產(chǎn)業(yè)鏈其它環(huán)節(jié)的影響也最大。
2021年7月,寧德時代正式發(fā)布鈉離子電池產(chǎn)品,并宣布其能量密度達到160Wh/kg。高于當時的磷酸鐵鋰電池,低于三元鋰電池。不過近年來磷酸鐵鋰電池的能量密度也在提升,去年寧德時代發(fā)布的麒麟電池磷酸鐵鋰版,能量密度也達到了160Wh/kg。能量密度外,寧德時代的鈉離子電池在充電速度、安全性、低溫性能和系統(tǒng)集成效率上都優(yōu)于磷酸鐵鋰電池。
這場鈉離子電池的發(fā)布會,是寧德時代創(chuàng)始人曾毓群少數(shù)幾次親自參與的產(chǎn)品發(fā)布會。另一次是2022年初,寧德時代宣布進入換電市場,并發(fā)布換電服務“EVOGO”和用于換電的巧克力電池。
寧德時代曾稱下一代鈉離子電池能量密度目標在200Wh/kg以上。不過本周的上海車展中,寧德時代公布的鈉離子電池能量密度指標仍為160Wh/kg。
供應鏈加速形成,老玩家延續(xù)優(yōu)勢
兩年前的那場寧德時代發(fā)布會,仿佛一聲發(fā)令槍,鈉離子電池所需的各類材料供應鏈開始加速發(fā)展。
與鋰離子電池類似,鈉離子電池的主材是正極、負極、電解液和隔膜等,其中隔膜與鋰電池一樣,正極、負極、電解液則需要專門的材料。
三年前,市場上供應鈉離子正極材料的公司只有中科海鈉等少數(shù)幾家,且產(chǎn)能少、價格高,一公斤鈉離子電池正極可賣到數(shù)萬元人民幣,電芯廠只能做小規(guī)模試驗。
到去年,正極材料供應已相對充裕,價格也隨生產(chǎn)規(guī)模擴大下降。天能集團鈉離子項目推進領導小組產(chǎn)業(yè)化總監(jiān)鄔財浩稱,一些鈉離子正極材料廠商愿意免費給天能送樣品。另一位從業(yè)者稱,行業(yè)里的一家龍頭電芯廠,現(xiàn)在有19家鈉離子正極材料商給它送樣,層狀氧化物正極材料尤其充裕。
鋰電池材料龍頭公司在這個新市場延續(xù)了已有優(yōu)勢。一位從業(yè)者稱,鈉離子電池正極材料不涉及艱深的新技術,原先做過鋰電池正極的公司都有能力進入。
近年新增的鈉離子正極產(chǎn)能,主要來自這些鋰電池材料公司,如寧波容百、廈門鎢業(yè)和格林美等。其中全球最大的鋰電池正極三元鋰材料商,寧波容百已為寧德時代建成了層狀氧化物產(chǎn)線。格林美今年年初也建成了年產(chǎn)萬噸層狀氧化物材料的產(chǎn)線。
創(chuàng)業(yè)公司中,去年9月剛成立的啟鈉新能源CEO黃強稱,他們計劃今年建成千噸級聚陰離子正極材料產(chǎn)能。
鈉離子電池電解液的供應也比較充足。中國第二大的鋰電池電解液原材料生產(chǎn)商多氟多,去年年中披露已能量產(chǎn)六氟磷酸鈉,這是鈉離子電解液的主要材料。天賜材料、新宙邦、石大勝華等鋰電電解液廠商也正在開發(fā)鈉離子電解液生產(chǎn)工藝。
在中小企業(yè)多、市場相對分散的材料環(huán)節(jié),上述已能供應鈉離子電池正極和電解液的多家公司是相對有錢、有資源的行業(yè)老玩家。如天賜材料的市值接近850億元人民幣,寧波容百、廈門鎢業(yè)、格林美、多氟多的市值均在300億-400億元人民幣左右。
目前仍緊俏的是鈉離子負極材料硬碳,這是限制鈉離子電池量產(chǎn)規(guī)模的主要瓶頸之一。
硬碳的主要材料是各種生物質原料,如椰子殼、螃蟹殼等。受限于原料特性,硬碳產(chǎn)能不穩(wěn)定,一致性也不夠好。“這次的原料是海南椰子殼,下次又成了泰國椰子殼,最后產(chǎn)品性能就會不一樣。”一位負極從業(yè)者解釋。如使用瀝青基/樹脂基替代生物質作硬碳材料,則需經(jīng)過一連串高成本、高污染風險的化工處理。
據(jù)了解,目前國內(nèi)能大規(guī)模量產(chǎn)硬碳負極的公司主要是鋰電池負極材料公司貝特瑞和2018年成立的鈉離子電池負極材料創(chuàng)業(yè)企業(yè)佰思格。其中貝特瑞是中國第一大的鋰電池負極生產(chǎn)商,目前市值超300億元人民幣。
“不用主動給電池廠送樣,別人都來找你要。產(chǎn)能一噸難求。”一位接近貝特瑞的人士說。
上車或儲能,下游應用分化
綜合各材料公司的送貨情況,可推測主要電芯廠的鈉離子電池量產(chǎn)進度。
據(jù)了解,寧德時代已建設了一條鈉離子電池中試線。它現(xiàn)在主要押注層狀氧化物路線,這也是進展最快的路線。
寧波容百已與寧德時代達成了幾十噸量級的層狀氧化物送貨協(xié)議,這大約能生產(chǎn)幾十MWh鈉離子電池。寧德時代的鈉離子正極材料供應商不止容百一家。
聚陰離子路線進展稍慢,據(jù)億緯鋰能年報,它已完成層狀氧化物鈉離子電池研發(fā),正在開發(fā)聚陰離子鈉離子電池。儲能電池供應商鵬輝能源也選擇了聚陰離子路線。
一位能源投資人稱,目前生產(chǎn)聚陰離子材料的供應商的送樣數(shù)量普遍在公斤級,這主要是用于手工生產(chǎn)電芯以測試產(chǎn)品性能,進度最快的電芯廠正計劃進入百公斤級材料送樣階段,即量產(chǎn)驗證階段。
普魯士正極則已被大部分國內(nèi)電芯廠商放棄。它以劇毒的氰化鈉為原材料,碰撞后也易產(chǎn)生有毒物質,循環(huán)壽命也較低。據(jù)了解,寧德時代曾研發(fā)普魯士路線的鈉離子電池,但在去年中止。
各公司的路線選擇,反映了不同的應用意圖。寧德時代選擇的層狀氧化物鈉離子電池,能量密度相對高,更適合乘用車。
聚陰離子路線能量密度更低,但壽命更長,更適合儲能。億緯鋰能、鵬輝等公司避開了寧德時代的鋒芒,優(yōu)先投入儲能市場。
在二輪電動車市場。鈉離子電池的主要投入者是已有的二輪車電芯生產(chǎn)商,如天能集團、超威集團、雅迪電動車旗下的華宇新能源等。
乘用車市場最受關注,但產(chǎn)業(yè)化周期最長。在電芯廠具備量產(chǎn)能力后,還要經(jīng)過車企的檢測、三電系統(tǒng)驗證才能正式裝車。
寧德時代和奇瑞目前都未披露何時會正式發(fā)布、交付搭載鈉離子電池的汽車!锻睃cLatePost》曾報道,比亞迪弗迪去年本計劃在今年二季度將鈉離子電池裝到A0級新車海鷗上。據(jù)了解,現(xiàn)在這一計劃已被推遲。比亞迪回應稱信息不實。
儲能和二輪車市場中,有少數(shù)公司已給出了使用鈉離子電池的具體時間表。雅迪已發(fā)布鈉離子電池電動車極鈉S9,電池由雅迪旗下的華宇新能源供應,預計今年夏天可正式裝車。三峽能源去年宣布,會在安徽阜陽建設的儲能電站中,使用部分鈉離子電池,計劃今年年中投入使用。
寧德時代等大公司動作不斷,但鈉離子電池的短期前景正受到鋰價暴跌的沖擊,它最大的優(yōu)勢——成本優(yōu)勢正被消解。
當前碳酸鋰報價已跌破20萬元/噸,上周實際成交價低至16萬元/噸,還有可能進一步下探。這意味著磷酸鐵鋰電池的成本來到約0.7元/Wh。
在4月初舉辦的儲能國際峰會中,中科海鈉、鵬輝能源的銷售人員稱,他們的鈉離子電池售價與磷酸鐵鋰電池持平。傳藝科技在投資者互動平臺上稱,其鈉離子電池售價預估為0.6元/Wh。
長期看,鈉離子電池已初步形成供應鏈,從材料、電芯到車企和儲能集成商,各環(huán)節(jié)已從實驗室研發(fā)進入投產(chǎn)階段,它不太可能再度經(jīng)歷50年前的遇冷,而將在實際使用中被不斷優(yōu)化。
不管是上車還是儲能,行業(yè)現(xiàn)在都在想辦法發(fā)揮鈉離子電池的優(yōu)勢。在A0級、A00級小車上,寧德時代給出了A、B電池混裝方案,即在一個電池包中搭配使用鋰電池和鈉離子電池。鋰電池保證續(xù)航里程,鈉離子電池受溫度影響更少,可減少冬季的續(xù)航衰減。
在儲能市場,鈉離子電池目前的壽命仍不能滿足需求。儲能電站要求電芯的充放電次數(shù)在8000次以上,而現(xiàn)在鈉離子電池最多只能做到約4000次。儲能集成商由此開發(fā)了交替使用磷酸鐵鋰電池和鈉離子電池的方案。一位頭部儲能電站集成商研發(fā)總監(jiān)稱,過去天冷時,需要用空調(diào)給鋰電池加熱,未來可以夏天用鋰電池,冬天用鈉離子電池。
鈉離子電池不足以改變電池市場格局,它的結構與鋰電池相似,生產(chǎn)過程和部分供應鏈也可復用,這并非一種顛覆產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)價值的技術。
對鈉離子的角逐更多是強者間的游戲,參與其中的多家公司本身就在鋰電池產(chǎn)行業(yè)里領先。其中已率先宣布鈉離子電池乘用車客戶的寧德時代,和自己掌握電池與整車環(huán)節(jié)的比亞迪可能是鈉離子電池增長紅利的最大受益者。
(責任編輯:子蕊)