为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?

灵魂爱人 2021-06-08 16:50:47

锂电池的竞争如火如荼、方兴未艾,大家都盯着电池龙头老大宁德时代。这次,宁德时代转身扔了个消息“炸弹”。然后股市也炸了,宁德时代的市值破了万亿。


这个“炸弹”是5月21日响的。当日的宁德时代2020年度股东大会上,公司董事长曾毓群透露,宁德时代将于2021年7月份左右发布钠离子电池,“我们的钠离子电池已经成熟了。”当然,因为目前整个供应链还没起来,曾毓群也表示,钠离子电池成本比锂电池贵。


这里插一个很久远的故事。2015年,日本国立产业技术综合研究所(AIST)的“大牛”周豪慎教授去厦大做讲座,提到钠离子电池,他当时是这样说的:“在锂储量用完前,钠离子电池没有机会。这是从性能、性价比综合考量后得出来的结论。”


有没有机会,宁德时代肯定早就考虑过千万遍。问题是,宁德时代为什么会“亮钠”?是想在未来有万亿市场规模的储能领域下重注?至少,我们从股市的反应可以看出,资本靠这条消息,这一波至少又让韭菜们心痒难忍了。


瞄着乘用车的竞争对手们可以洗洗睡了?


钠离子电池从上个世纪70年代就与锂离子电池同步开始,但是九十年代以后锂电池凭借各方面的优势占据了市场上的绝对份额。直到近十年,钠离子电池技术才开始出现爆发式增长。


为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?


虽然从原材料的储备情况来看,锂矿的储量有限。但是,目前业内共识是,钠离子电池主要的应用潜在领域是在储能领域,钠离子电池代表企业中科海纳,也仅仅是表示钠离子电池未来可应用于低速电动交通工具、家庭储能、电网储能等场景。


所以,对于以乘用车领域为主的汽车行业来说,宁德时代“亮钠”还是有点突兀。在突破万亿元市值的过程中,宁德时代除了这个消息并没有明显的利好。不过,从近两年宁德时代储能领域的动作来看,基本上可以理解。


从目前的信息看,宁德时代即将于7月发布的钠离子电池,除了原材料的考虑,技术路径是一个很重要的因素。通过一个新闻,就能知道曾毓群以及与之相关的开发钠离子电池技术的团队等,对于这方面的关注程度。


今年1月17日,“第七届中国电动汽车百人会论坛”上,中国工程院院士陈立泉发表了主题演讲,重点提到了中科院胡勇胜团队所研发的钠离子电池。


胡勇胜团队用了十年时间研发钠离子电池,目前已经在中科海纳获得了量产。这种钠离子电池,正极材料用的是Cu(铜)基钠离子层状氧化物,负极材料是高温裂解无烟煤(该负极成本非常低廉,产碳率高达90%,具有较高的可逆比容量),初步实现产业化后,具有不错的高低温性能、倍率性能、循环性能。


陈立泉院士论坛上是这么说的:“锂离子电池现在全世界都在做,如果说全世界的车都用锂离子电池来开,全世界的电能都用锂离子电池储存,根本不够。所以,我们一定要考虑新的电池,钠离子电池是首选。”


若论关系,陈立泉院士是宁德时代董事长曾毓群的博士生导师,而且,他们二人的团队都在钠离子电池这个赛道投入重注。这也表明,实际上他们早就意识到了锂电池原料短缺的潜在影响。


而且,除了电动汽车领域,大规模储能装置方面(主要是储能电站),虽然目前锂离子电池是“一哥”,但由于“锂离子电池无法同时支撑电动汽车和规模储能两个巨大市场”的这个判断,让陈立泉院士以及胡勇胜研究员等人,都在钠离子电池身上寄予厚望。宁德时代肯定也非常清楚这个情况。


为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?


按照我国的规划,2025年储能装机量要达到30GW,当前国内的电化学储能规模只有3.28GW,潜力相当大,但是原材料短缺的问题也日益突出。


毕竟,锂电池技术的源头和话语权不在中国,诺贝尔奖的得主都是来自日本和美国的科学家。而钠离子电池方面,我们如果能够胜出的话,无疑能成为规则的制定者。陈立泉院士也说过,我国钠离子电池无论从基础研究、技术水平还是产业化推进速度在国际上都处于领先地位,已具备了先发优势。


那么,谁能拔得钠离子电池量产的头筹呢?在锂离子电池产业链之外,即将诞生一个新的产业链,这里会不会成为各大电池企业奋力抢占的高地呢?不过,正如有分析师指出的,钠离子电池仍处于产业化初期,目前也没有相对明确清晰的路线,各方面应用都有待进一步检验。


此时曾毓群振臂一呼,当然是希望群雄响应,这个产业链能够能做起来。此外,国内的比亚迪、派能科技(SH:688063)(储能领域的新对手)等等,在电池研发方面咬得很紧,这种被关注的压力是需要像国庆阅兵展示“东风快递”一样来释放的。所以,宁德时代此举虽然有“高举高打”的含义在内,但从此前的各方信息来看,对于钠离子电池的布局,乘用车领域并不太影响。


为什么是钠离子电池?


当然,钠离子电池之所以近期开始受到关注,是锂电池背后的成本和原料博弈,原材料以及大宗商品的涨价浪潮让成本问题面临爆发。这么多电动车,还有储能的需求,让已经成为多个国家战略资源的锂矿资源,算起来不够用了。


为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?


从丰度来讲,锂在地壳中的储藏量约占0.0065%,而钠则占到2.75%。按照相关统计,目前全球已探明的锂资源储量,共约6200万吨。这其中,南美三国阿根廷(23.87%)、玻利维亚(14.52%)、智利(13.71%)占比超过一半。(美国地质调查局2018年报告的数据是约5300万吨,其中阿根廷占18.5%、玻利维亚17.0%、智利15.8%、中国13.2%、美国12.8%、澳大利亚9.4%)。


虽然很早宁德时代、天齐锂业、赣锋锂业等企业,就开始在南美洲、大洋洲布局锂矿资源,但受限于营商环境,还有对锂资源的需求上涨,解决锂资源对外依赖度高的问题很紧迫。国泰君安证券的报告就指出,中国70%的锂资源需要进口。


我们国内虽然探明的锂资源储量排名第四,但85%以上分布在西部的高海拔山区和盐湖地区,以矿石型和卤水型两种资源为主,锂资源品位低、分离难度大、开采成本高等问题突出,总体上来说,进口依赖度高。


为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?


所以,虽然锂资源还能“吃”几年,但是吃完之后呢?尽快寻找锂矿的替代资源其实是核心的。而最合适的,莫过于与锂同族的钠。不过,就像前面说过的,在乘用车部分,钠离子电池就跟固态电池一样,是下一个阶段的技术,远水还无法解近渴。


我们把钠离子电池的结构和工艺简单解析一下:


1、正极材料:这是有别于锂离子电池最大的地方。目前钠离子电池的正极材料主要有钠过渡金属氧化物、钠过渡金属磷酸盐、钠过渡金属硫酸盐、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物等几大类。


2、负极材料:软碳、硬碳、过渡金属氧化物等。最容易实现产业化和商业化的,仍然是碳材料。


3、电解质:钠盐+溶剂,除钠盐之外,溶剂与锂离子电池差别不大。不过,还需要寻找更合适的盐、溶剂以及添加剂,以满足高电压、长循环、高倍率、耐高低温、阻燃等需求。


4、隔膜:与锂离子电池基本相同。


5、外形封装:圆柱、软包、方形,与锂离子电池基本相同。


6、制备工艺:与锂离子电池基本相同。


钠离子电池的缺陷在于,能量密度偏低,能量密度上限超不过200Wh/kg。这对于车载电池的300Wh/kg要求来说,就不够了。目前,钠离子电池也不过做到150Wh/kg。钠离子电池还有一个问题,虽然锂电池的生产线能无缝使用,但是当前供应链不足导致生产成本较高,商业化难度大。


为什么是钠离子电池?宁德时代发布钠离子电池是为了储能吗?


根据业内测算,如果对锂离子电池和钠离子电池进行原材料成本对比,钠离子电池的原材料成本约为0.25元/Wh,而磷酸铁锂的原材料成本超过0.35元/Wh。不过这仅仅是原材料成本,就像曾毓群说的,钠离子电池短期内价格难以低于锂电池。此外,钠电池的负极材料硬碳目前仍未规模化,因此现阶段价格并不具备优势。


产业现状还属于早期


从行业实际来看,目前能够实现钠离子电池量产的,就是依托于中科院物理所的中科海纳,可以年产30万只电芯。中科海钠的钠离子电池能量密度可以做到150Wh/kg,循环寿命4500次。不过30万只相对于巨大的行业应用来说,是微不足道的。


而原料方面,全球金属钠的绝对龙头企业是中盐化工。技术方面,采用杜邦技术,金属钠产能6.5 万吨,占全球产能的40.5%,相比汽车产业和储能的需求,就算全球年产能20万吨也是远远不够的,所以,就像前面曾毓群所说的,供应链相对于锂电池还差得远。


目前钠电池产业中,除了中国,欧美企业已有多家拿出成品,实力也相对较强。不过,能够在量产电动车型上搭载的电池,基本没有。2015年,英国的Faradion与Williams Advanced Engineering和牛津大学合作,展示过世界上第一种由钠电池供电的电动自行车,看过新闻图片的就知道,这离着锂电池应用的实际还差着很远。目前,Faradion在开发用于商用车的电池。


至于法国的Timat,按照行业专家朱玉龙的说法,他们的长期目标主要是为混合动力汽车开发低压系统。这也成为不了主流。从目前的信息来看,Timat比Faradion走得更慢一些,而且Timat做的是18650的钠离子电池,然后集成到48V电池组,用于大功率轻混架构。


还有美国的初创公司泡碱能源(Natron Energy),其总部位于加州,他们开发了一种使用普鲁士蓝模拟电极和钠离子电解质的电池。这家公司是由ABB技术风险投资公司、NanoDimension Capital和Volta能源技术公司牵头投资的。目前来看,产品还处于小批量商业生产阶段。


从目前的实际来看,钠离子电池要进入电动汽车供应链的可能性不大,而且还有很长的距离,现在只能说是做一种技术储备。就像前不久刮的固态电池风,说起来“大风起兮云飞扬”,实际上做的还是“万里长征第一步”。


不过,我们来看看上海车展前北京举办的不太引人注目的第十届储能展览会上,宁德时代发布的储能产品,能看出一些端倪。这次,宁德时代发布了在发电侧、输配电侧及用户侧的储能全场景解决方案,以及户外液冷电柜、光储充检智能充电站、UPS锂电池柜、基站备电及家用储能系统等产品。


实际上,根据宁德时代披露的2020年业绩报,宁德时代全年实现营业收入503.19亿元,同比增长9.90%。其中储能系统营收19.43亿元,同比大增218.56%。而相对业绩亮眼的储能业务,其主要的动力电池系统营收占比稍有下降趋势。所以,宁德时代此时“亮钠”,是憋了什么新的“大招”?还是想在储能领域攻城拔寨呢?我们且等7月份的幕布拉开。


参考文献:


1、《钠离子电池:从基础研究到工程化探索》,《储能科学与技术》2020年9月刊


来源:汽车公社

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