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钠电池产业化进程加速 市场空间仅锂电1%?

来源:第一财经 2022-07-14 10:34
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锂价暴涨对行业发展的掣肘,令诞生于20世纪70年代的钠离子电池技术重获市场关注,并在政策利好加持下加速开启产业化进程。

相较于磷酸铁锂和三元锂电池,钠离子电池在成本、安全、快充和低温性能上有较大优势。以中科纳海为代表的专业初创企业,以及以宁德时代(300750.SZ)为代表的拥有成熟技术的锂电产业链企业纷纷进入这一赛道。

中南大学唐有根教授团队认为,目前钠离子电池产业链正处于完善过程中,三年或者更长一点时间可实现量产、商业化应用。富国基金经理徐智翔则在接受第一财经专访时表示,基于多种应用场景中锂电池无法被替代,钠电池未来市场可能在锂电1%的水平。

安全性能优异,能量密度有待提升

由于钠、锂元素物化性质有所差异,两种电池性能优势各异。

首先,钠离子的离子半径大于锂离子,1个电荷中的钠离子质量是锂离子的近4倍,导致钠离子更难嵌入、脱出层状正负极材料,因此,钠离子正极材料在能量密度方面落后于锂电池。

其次,钠离子第一电离能更低,使得钠离子更稳定,安全性、稳定性与低温性能也更加优异。钠离子高低温表现均优于锂电池,能够在-40℃到80℃的温度区间工作,同时,在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中也未出现起火或爆炸。

随着技术的进步与新材料的诞生,钠离子电池的能量密度也在不断提升。

普鲁士蓝类似物、层状氧化物是两种不同的钠离子电池正极材料路线,都具备较高的理论能量密度。2021年7月,宁德时代在第一代钠离子电池发布会上也表示,普鲁士白(普鲁士蓝类化合物)和层状氧化物两类材料最具潜在商业化价值。

有研究表明,普鲁士蓝正极材料在实验室中可测得能量密度超111Wh/kg;另有一种新型铁基普鲁士白(NaMHCF)的能量密度至少可达182Wh/kg。同时,普鲁士蓝原料易于制备,价格低廉,但需要增加导电高分子包覆等工艺。国海证券认为,普鲁士蓝类似物加工工艺的改进空间较大,未来尚有降本空间。

层状氧化物方面,胡勇胜团队研究的P2-Na0.72[Li0.24Mn0.76]O2钠离子电池正极材料具有高可逆氧变价特性,理论最高能量密度可达700Wh/kg,最高可逆比容量270mAh/g。层状氧化物制备方法简单且与三元正极制备方法类似,主要为烧结等热处理工艺。

原料价格不足锂的1%,成本优势突出

成本优势是钠离子电池的一大亮点。

从原料储备来看,钠资源非常丰富,其在地壳中的丰度位于第6位。钠离子电池正极常用的钠、铁、锰在地壳中的丰度分别为23000ppm(百万分之一)、63000ppm、1100ppm,远高于锂电池所需锂、钴、镍的17ppm、30ppm、90ppm。

丰富的原料储备保障了供给稳定,因此价格波动也较小。WIND数据显示,2022年以来碳酸锂平均单价高于40万/吨,而钠离子电池所需的轻质纯碱价格还不足碳酸锂的1%,仅维持在0.2万-0.4万元/吨。

从成本占比最高的正极材料来看,钠离子电池的正极材料不仅无须使用昂贵的锂盐,还能采用铜基正极材料来避开价格较高的过渡金属元素化合物。中科海钠数据显示,铜基正极相比磷酸铁锂正极成本可降低近60%。同时,由于钠与铝不易发生合金化反应,集流体可以全部使用铝箔代替铜箔,成本可降低近70%。负极材料可通过价格较低的无烟煤加工获得,隔膜成本基本与锂电池相近。

根据中科海钠的综合测算,钠离子电池成本相较于磷酸铁锂电池可降低约30%-40%;目前,钠离子电池尚处于发展阶段,制造成本约为1元/Wh,与三元锂电池相当。中科海钠预测,若行业迎来大规模量产,钠离子电池成本有望降至0.2元-0.3元/Wh。

“宁王”领衔,产业化进程加速

总体来看,当前钠离子电池技术还不是特别成熟。但唐有根教授认为,钠离子电池可以借鉴锂电池的发展经验,避免走弯路,可能3-5年就能达到锂电池20年的效果。

目前,在非上市公司中,中科海钠技术为最领先。公司成立于 2017 年,依托于中国科学院物理研究所,是国内首家专注钠离子电池开发与制造的高新技术企业。

技术方面,中科海钠正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳,具备明显的成本优势。经过不懈努力,公司钠离子电池的能量密度已达到145Wh/kg。

2021年,由中科院物理所与中科海钠联合推出的全球首座1MWh钠离子电池储能系统投运。同时,公司与三峡能源(600905.SH)正在合作建设全球首条钠离子电池1GWh级规模化量产线。

产业链布局方面,公司专利涉及电池、正负极、电解液、隔膜等全领域,预计到2025年钠离子电池材料产能将达到40GWh。

中科海钠以专业的技术获得了资本的青睐。2022年4月,公司进行了A+轮融资,投资方包括哈勃投资、海松资本、深圳聚合资本。其中,哈勃投资由华为技术有限公司持股69%。企查查显示,融资后华为成为中科海钠第三大股东,持股比例为13.33%。

上市公司中,宁德时代持续保持领先地位。

2021年7月,宁德时代发布第一代钠离子电池,电芯单体能量密度达到160Wh/kg,为全球最高水平;常温下充电15分钟电量可达80%。在公司材料体系创新成果加持下,据悉公司下一代钠离子电池能量密度有望突破200Wh/kg。

同时,宁德时代还开发出了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂电池混合集成共用的解决方案。该方案可以弥补钠离子电池的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能的优势,为进入高端电池领域创造有利条件。

7月11日,公司在互动平台表示,致力于推进钠离子电池2023年实现产业化。有沪上新能源基金经理表示,该举措或旨在打压高居不下的锂价。

除电池外,另有多家上市公司覆盖正极、负极等多个生产环节。

正极材料方面,振华新材(688707.SH)已具备层状氧化物材料千吨级生产能力;容百科技(688005.SH)也已具备纳电正极吨级生产能力,正在配合下游客户规划开发的钠离子电池。负极材料方面,杉杉股份(600884.SH)的硬碳石墨复合材料已进入中试阶段;璞泰来(603659.SH)在硬碳负极、钠电涂覆薄膜等方面均有技术积累。

(来源:第一财经)

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