鈉電池：未來八年年均復(fù)合增速近83% 鋰電飆漲催生出的巨大風(fēng)口

一路飆漲的鋰電池價格，帶起來的是居然是鈉電池風(fēng)口。

為何這個節(jié)點談起了鈉電池？

其實鈉電池的研究工作，與鋰電池幾乎是同時開始的。

早在20世紀(jì)70-80年代，鈉離子電池的研究工作和鋰離子電池就同時期萌芽。鈉離子電池結(jié)構(gòu)和原理類似鋰電池，鈉離子電池主要由兩種不同的鈉嵌入型材料（正極材料、負(fù)極材料）、電解液、隔膜等關(guān)鍵部件組成。

充電時，鈉離子從正極材料中脫出，經(jīng)過電解液，隔膜，最后嵌入到負(fù)極材料；與此同時，電子經(jīng)外電路從負(fù)極流向正極，放電過程則與充電過程相反，工作原理和鋰離子電池基本類似，也是一類“搖椅式電池”。

只是因為負(fù)極材料嵌鈉能力較弱、鈉電池能量密度較低，使得鈉電池一直未能受到重視。

但供需緊張帶動鋰價高漲，使得具備成本優(yōu)勢的鈉離子電池開始發(fā)力。

數(shù)據(jù)顯示，全球純電小汽車滲透率從2016年的0.87%快速提升至2021年的8.7%，過去五年，全球純電小汽車滲透率增長9倍。這導(dǎo)致上游電池鋰鹽的需求快速增長，并且受到全球疫情對于供應(yīng)鏈的打擊，以及各國對于稀有金屬鋰的管控，鋰資源擴產(chǎn)周期大幅長于下游擴產(chǎn)速度，鋰鹽價格上漲顯著。同時，我國鋰鹽上游原材料鹽湖或礦石70%，是依賴進口的。

數(shù)據(jù)來源：Wind

此背景下，原料豐富且成本低廉的鈉再次引起了市場的興趣。

在元素周期表中，鈉與鋰是處于同一主族且具有相似物理化學(xué)性質(zhì)的金屬元素，地球上的鈉資源儲量非常豐富，鈉資源地殼含量占2.75%（鋰資源僅占0.0065%），豐度位于第6位，且分布于全球各地，可完全不受資源和地域的限制。所以在資源方面，鈉離子電池比鋰離子電池具有更大的優(yōu)勢。

根據(jù)iFinD數(shù)據(jù)，截止至2022.10.13，碳酸鈉的價格僅2791.67元/噸，與碳酸鋰52.5萬元/噸的價格相差甚遠(yuǎn)。而根據(jù)業(yè)內(nèi)專業(yè)測算，量產(chǎn)后鈉離子電池成本可以降到0.5-0.6元/度，將比磷酸鐵鋰成本低40%左右。

資料來源：中科海納官網(wǎng)

除了能量密度、循環(huán)壽命受限外，鈉離子電池其實有著不少優(yōu)勢。

相較磷酸鐵鋰電池，鈉離子電池兼具快充性能、高低溫性能、安全性優(yōu)勢。快充性能方面，鈉離子斯托克斯直徑更小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率，或者更低濃度電解液可以達(dá)到同樣離子電導(dǎo)率，快充性能好。

如寧德時代的第一代鈉離子電池在常溫下充電15分鐘即可達(dá)到80%的電量，充電速度約為鋰離子電池的兩倍。

低溫性能方面，鈉離子電池可以在-40℃到80℃的溫度區(qū)間正常工作，-20℃的環(huán)境下容量保持率接近90%，而鋰離子電池（磷酸鐵鋰/石墨體系）則小于70%，因此鈉電池高低溫性能優(yōu)于其他二次電池。

安全性方面，鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，在短路的情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。因此針對過充過放、短路、針刺、擠壓等測試，鈉電池能夠做到不起火、不爆炸。

資料來源：CATL官網(wǎng)

行業(yè)空間究竟有多大？

在儲能、基站等對能量密度不敏感的固定式場景，鈉離子則有著巨大市場潛力。

首先在快速發(fā)展的儲能領(lǐng)域，鈉電池有望成為重要的技術(shù)路線之一。電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池儲能技術(shù)裝機規(guī)模1830.9MW，功率規(guī)模占比高達(dá)99.3%；鉛蓄電池儲能技術(shù)裝機規(guī)模2.2MW；液流電池儲能技術(shù)裝機規(guī)模10.0MW；其它電化學(xué)儲能技術(shù)裝機規(guī)模1.52MW。

根據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會發(fā)布的《2022儲能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報告》,預(yù)計到2025年，電化學(xué)儲能累計裝機或?qū)⑦_(dá)到40GW，到2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，新能源發(fā)電年裝機量將保持年均100GW增量，電化學(xué)儲能的年裝機增量將保持在12GW至15GW，預(yù)計到2030年，電化學(xué)儲能裝機規(guī)模將達(dá)到約110GW。

中郵證券研究所預(yù)測，電化學(xué)儲能的裝機量還將快于此，預(yù)計2025年電化學(xué)儲能裝機量將達(dá)到52GW，2030年累計裝機量將達(dá)到297GW，年復(fù)合增長率在58%。其中鈉電池預(yù)計2023年開始提升滲透率，于2025年、2030年分別達(dá)到10%、30%，需求量也由2023年的0.1GWh增至2025、2030年的2.7GWh、17.8GWh。

雖然在動力電池領(lǐng)域，因能量密度和使用壽命原因，鈉離子電池?zé)o法完全取代鋰離子電池，但同樣有著巨大的需求量。

當(dāng)前電動二輪車、A00，級均受到鋰電池價格高企的影響，增長有所放緩，鈉電池憑借著成本的優(yōu)勢，一方面對鋰電池進行替代，另一方面通過低成本可以助力電動二輪車、A00級汽車的銷售。

再加上鈉離子電池有望對當(dāng)前存量的鉛酸蓄電池進行替代，預(yù)計2025年年為中國鈉離子電池總需求量為61GWh，到2030年總需求將達(dá)到292GWh，2022-2030年年復(fù)合增長率高達(dá)82.5%。

數(shù)據(jù)來源：鈉離子電池儲能技術(shù)及經(jīng)濟性分析

國內(nèi)鈉電池商業(yè)化進展如何？

國內(nèi)鈉電池進展迅速，已經(jīng)進入商業(yè)化前夕。

2010年，中科院開始發(fā)現(xiàn)鈉離子電池，成為國內(nèi)最早涉及該領(lǐng)域的組織機構(gòu)；2017年，國內(nèi)首家專注于鈉離子電池開發(fā)與制造的企業(yè)中科海納成立；2018年，中科海納首輛鈉離子電池低速電動車亮相，同年，浙江鈉創(chuàng)新能源有限公司注冊成立；2019年，鈉創(chuàng)新能源全球首條噸級鐵酸鈉基正極材料生產(chǎn)線完工，同年，中科海納首座鈉離子電池儲能電站問世。

2021年，中科海納全球套1MWh鈉離子電池光儲充智能微網(wǎng)系統(tǒng)成功投入運行，同時期，鈉創(chuàng)新能源發(fā)布全球首套鈉離子電池-甲醇重整制氫綜合能源系統(tǒng)，而且寧德時代發(fā)布第一代鈉離子電池，其能量密度可達(dá)160Wh/kg。

2022年，鈉離子電池消息更是頻現(xiàn)。

9月30日，華陽股份全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線在山西陽泉正式投運，實現(xiàn)了鈉離子電池從中試到量產(chǎn)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化迎來新的里程碑。

10月8日中國能建安徽院中標(biāo)三峽能源安徽阜陽南部風(fēng)光儲基地項目儲能系統(tǒng)EPC總承包工程，該項目含30兆瓦/60兆瓦鈉離子電池，是國內(nèi)最大鈉離子儲能電池項目。

10月11日中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布鈉離子電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)征求意見通知，著手推進相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制工作。硬碳方面，9月14日，杉杉股份硬碳負(fù)極率先實現(xiàn)自由化、產(chǎn)業(yè)化，填補國內(nèi)技術(shù)空白，并已批量供貨頭部電池企業(yè)。

當(dāng)前國內(nèi)外各企業(yè)開始進行GWh 級產(chǎn)能規(guī)劃，預(yù)計規(guī)劃產(chǎn)能將集中在2023-2024 年投產(chǎn)。

值得關(guān)注的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)和企業(yè)又有哪些？

當(dāng)前鈉離子產(chǎn)業(yè)鏈已逐步完善，技術(shù)基本定型。

首先作為影響電池能量密度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵組部件的正極材料方面，鈉離子電池主要的正極材料有過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)，聚陰離子等。其中過度金屬氧化物能量密度高，是當(dāng)前鈉離子電池的主流正極。普魯士藍(lán)具有較好的穩(wěn)定性，但循環(huán)壽命較差，生產(chǎn)過程不環(huán)保。聚陰離子正極穩(wěn)定性較強，但成本較高。

負(fù)極材料作為鈉離子電池的核心部件之一，影響著電池首次庫侖效率、倍率性能和循環(huán)耐久等特性。目前鈉離子電池使用較多的負(fù)極是硬碳、軟碳。硬碳是目前最適合鈉離子電池的負(fù)極。同時，軟炭材料具有液相熱解的特性，并且相比于硬炭來說，軟炭的比表面積較低。因此軟炭材料可以作為硬炭材料的包覆層，減少電極材料與電解液的副反應(yīng)，增大首次庫倫效率。

電池內(nèi)部溝通正負(fù)極橋梁的電解液，是影響電池安全性的主要因素，對電池的能量密度、循環(huán)壽命以及倍率性能等也起著重要影響。目前最常用的電解液可以分為醚類電解液和酯類電解液，其中酯類電解液安全性高，具有良好的導(dǎo)電性，是鈉離子當(dāng)前最常用的電解液溶劑。

集流體方面，相比于鋰離子電池只能選擇銅做集流體，由于鋁與鈉在低電位不會發(fā)生合金化反應(yīng)，因此鈉離子電池可以選擇更便宜的鋁做集流體。

而在企業(yè)進展方面，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)紛紛在布局鈉電池，跑馬圈地。

其中寧德時代于2021年發(fā)布第一代鈉離子電池，預(yù)計在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

華陽股份則深度綁定中科海鈉，切入負(fù)極、電解液、電芯pack等，打造全產(chǎn)業(yè)鏈模式，規(guī)劃的全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。根據(jù)各公司披露，除中科海鈉與華陽股份使用無煙煤軟碳負(fù)極材料，以及多氟多仍在軟碳與硬碳中選擇外，其余已披露負(fù)極材料種類的鈉離子電池廠商均使用硬碳。而杉杉股份硬碳負(fù)極率將率先實現(xiàn)自由化、產(chǎn)業(yè)化，帶動負(fù)極企業(yè)硬碳規(guī)劃提速。

同時，鈉創(chuàng)新能源今年擬完成3000噸正極材料和5000噸電解液投產(chǎn)，未來3-5年分期建設(shè)8萬噸正極材料和配套電解液生產(chǎn)線。維克技術(shù)與鈉創(chuàng)新能源簽訂了《深度合作戰(zhàn)略框架協(xié)議》，研發(fā)中心在鈉電池正極、負(fù)極、電解液比較和性能測試工藝條件篩選等方面積累了數(shù)據(jù)并取得了技術(shù)突破，已在開發(fā)鈉電池。

此外，立方新能源2022年4月19日第一代電池發(fā)布，處于客戶送樣階段，第二代產(chǎn)品開發(fā)中。鵬輝能源目前三個團隊從事鈉離子電池研發(fā)工作，包括層狀氧化物、聚陰離子體系等正極路線。研發(fā)高性能鈉離子電池。

傳藝科技則是轉(zhuǎn)型進軍鈉離子電池，投資50億元建設(shè)10GWh鈉離子電池生產(chǎn)線及相應(yīng)產(chǎn)能的正負(fù)極材料產(chǎn)線，其中一期2GWh，二期8GWh。

2022年，已成為鈉電池產(chǎn)業(yè)化0-1質(zhì)變的關(guān)鍵節(jié)點；2023年，隨著各大企業(yè)產(chǎn)能集中投產(chǎn)，行業(yè)舞臺將正式拉開帷幕。

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