钠离子电池产业化爱宇已至 2023年能否成为量产元年?_爱宇

钠离子电池产业化爱宇已至 2023年能否成为量产元年?

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  21世纪经济报道记者 彭硕 北京报道   随着全球能源转型节奏加快,可充放电的二次电池重要性日益凸显。一众二次电池中,锂离子电池凭借能力密度优势率先跑出,成为当下动力、储

钠离子电池产业化爱宇已至   2023年能否成为量产元年?
钠离子电池产业化爱宇已至 2023年能否成为量产元年?

  21世纪经济报道记者 彭硕 北京报道

  随着全球能源转型节奏加快,可充放电的二次电池重要性日益凸显。一众二次电池中,锂离子电池凭借能力密度优势率先跑出,成为当下动力、储能领域的绝对主力。

  然而2020年以来,面对需求成倍增长,锂离子电池主要原材料碳酸锂、氢氧化锂出现供应短缺,碳酸锂价格一度飙升超过10倍,带来电池价格走高,进而导致新能源汽车、储能生产成本的飙升。籍此契机,作为替代方案的钠离子电池开始走向台前。

  作为元素周期表中同一主族元素,钠元素与锂元素化学性质相近,其虽不如锂离子电势高、比容量高,但胜在自然界储量高,原料充足,被市场视为当下锂电池的最优替代方案之一。尤其在储能领域,凭借良好性价比以及稳定的电化学性能,其被视为有望率先在该领域得到推广。

  历经数年发展,钠离子电池产业化日趋临近,2023年或将成为产业化元年。

  10月21日,宁德时代在一场电话会议上表示,公司钠离子电池产业化进展顺利,供应链布局上需要一些时间,已与部分乘用车客户协商,明年将会正式量产。10月12日,多氟多在互动平台上表示,公司钠离子电池已有小批量成品下线。华阳股份9月30日公告称,孙公司投建的钠离子电芯生产线设备安装调试已经完成。上述三家公司均曾公开宣布,正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。 

  即将揭开面纱之际,钠离子电池产业化进展究竟如何?其是否能够扛起能源转型大旗?

  锂电暴涨迎替代空间钠离子电池并非新鲜事物。20世纪70年代末,钠离子电池和锂离子电池研究几乎同时进行,其最早的研究方向集中在用于储能领域的钠硫电池。

  1990年以后,伴随锂离子电池材料技术实现技术突破,锂离子电池率先开始商业化。与此同时,钠离子电池因迟迟没有研发出合适负极材料,以至于长久停留在实验室研究阶段,未能实现产业化。直到2000年后,钠离子电池终于在负极材料技术突破,钠离子电池迎来飞速发展。

  据国盛证券研报,2010年,中科院开始研究钠离子电池,陈立泉院士为技术带头人。2011 年全球首家钠离子电池公司英国 Faradion成立。2017 年,依托中科院物理所钠离子电池技术的中科海钠成立,成为中国首家钠离子电池公司。当下,其与英国Faradion、法国Tiamat同为世界领先的钠离子电池厂商。

  据中科海钠披露,相比锂离子电池,钠离子电池材料成本端更具优势。

  资源储量上,锂元素的地壳丰度仅0.0065%,绝大多数分布在美洲。钠资源地壳丰度高达2.75%,且全球到处都有分布。钠资源价格与锂资源价格就已经差距悬殊。综合各项材料成本测算,相比锂离子电池,钠离子电池材料成本要降低30-40%。

   

  (截图自中科海钠官网)

  多位市场人士向记者表示,事实上,也正是因为锂电池主要原材料——碳酸锂价格暴涨,才让作为备选方案的钠离子电池有了当下热度。2020年12月至今,碳酸锂价格从4.6万元/吨附近一路飙升至54万元/吨附近,区间涨幅超过11倍。

  除了资源端外,钠离子电池成本优势还体现在产业建设端。

  与锂离子电池工作原理相同,钠离子电池同样依靠离子在正负电极之间往返嵌入和脱出的摇椅式二次电池。

   

  (截图自中科海钠官网)

  正因如此,从生产流程和工艺路线上看,钠电池结构也与锂电高度相似,其决定了两者的生产流程和产线接近,这意味着锂电池材料厂商未来可与钠电池共用产线中的绝大多数环节,从而降低产线建设成本。

  “钠离子(正极材料)生产工艺与锂离子(工艺)90%相似。都是通过研磨使其纳米化、通风干燥、烧结、粉碎,造粒……它的工艺过程都是一样的。”某国内头部正极材料企业董事长张帆(化名)向21世纪经济报道记者表示,锂电池正极厂商未来转型钠电池正极材料生产不具备技术难度。 

  张帆同时认为,钠离子电池未来领军企业还将是现有的锂电池企业,尤其在正极材料端更是如此。“钠电(钠离子电池)以后仍是磷酸铁锂厂商,或者三元厂商的天下,新进的企业很少,可能会有一两家。这些铁锂的厂商,只要追求进步,都在私下做着,只是看什么时候爆发出来。”

  墨柯同样表示,钠离子电池与锂离子电池生产体系相通。“纳电的(生产体系)体系和锂电基本相同,所以生产设备这两块都是可以通用的。”

  产业化时机已至?据钠离子电池企业披露的产业规划,钠离子电池产业化临近,最快或将在2023年迎来产业化元年。

  10月21日,宁德时代在一场电话会议上表示,公司钠离子电池产业化进展顺利,供应链布局上需要一些时间,已与部分乘用车客户协商,明年将会正式量产。公开报道显示,在此之前,宁德时代已多次公开表示,公司正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。 

  产业化同样走在行业前列还有华阳股份。9月30日,华阳股份公告称,当日,其旗下公司山西华钠芯能科技投建的钠离子电芯生产线设备安装调试已经完成。公司钠离子电芯生产线正式投产。据介绍,华阳股份的钠离子电芯生产线主要生产圆柱钢壳和方形铝壳电芯,能量密度约为120Wh/kg到130Wh/kg,项目满产后将成为国内首条产能达到GW级别的钠离子电芯产线。

  从电芯到电池中间并不用花太多工夫。真锂研究院创始人墨柯向记者解释,电池包相当于把N个电芯放一块串/并联方式连接到一起,其涉及到电池管理系统的问题,技术难度上,有了电芯后,生产电池并不难。“而且可以用锂电的PACK技术,这个问题并不是太大。”

  行业内人士普遍认为,华阳股份走在前列,原因是中科海钠在背后提供了技术支持。

  事实上,中科海钠与华阳股份已在股权等多个领域有合作。

  在股权结构上,华阳股份是中科海钠的股东之一。公开信息显示,华阳股份通过旗下子公司——阳泉市梧桐树嘉裕阳煤智能制造股权投资合伙企业(持股49.8%)间接持有中科海钠7.8%的股权。如果算上母公司华阳集团有限公司间接持有的股权,华阳系一共持有中科海钠15.6%的股权。

  中科海钠与华阳股份在具体项目上也曾多次展开合作。2021 年华阳股份与中科海钠共同打造了全球首个1MWh 钠离子电池光伏储能系统。在9月30日公告中,公司同样表示,该1GWh钠离子电芯生产线由华阳集团与中科海钠联合打造。

  除了与华阳股份/集团合作外,中科海钠合作对象还包括三峡能源,后者的产业化也走在行业前列。

  今年7月,全球首条 5GWh 级钠离子电池生产线一期项目——阜阳海钠科技1GWh 钠离子电池生产项目落成。该项目由三峡能源与中科海钠合作完成,技术支持主要来自中科海钠。

  计划在2023年量产的电池企业还包括多氟多、传艺科技、维科技术,三者计划2023年底前分别建成1GWh、2GWh、2GWh产能。

  值得一提的是,在正极材料领域,一家名为钠创新能源的公司也走在行业前列。钠创新能源由上海交通大学马紫峰教授于2012年组建的核心研发团队延伸成立,公司于2018年成立,2019 年完成全球首条吨级铁酸钠基正极材料生产线。维科技术的正极材料、电解液均由钠创新能源提供。

  行业中,多氟多、传艺科技正极材料、电解液等主要材料则主要来源于自产。

  9月19日多氟多在投资者互动平台表示,钠电池样品正在进行中试验证。9月21日,传艺科技公告,钠离子电池项目已具备中试生产条件并即将投产运行。从进展来看,二者产品较尚未通过中试,整体进度落后于华阳股份与三峡能源。

  总体来看,上述即将迎来钠电池产业化的电池企业可以分为3大类:锂电龙头(宁德时代)、具有研究机构背景的创新型企业(如中科海钠-中科院,钠创新能源-上海交大),以及新兴企业(如传艺科技、维科技术)等。

  产业进度上,华阳股份、三峡能源、维科技术、传艺科技计划规划投产进度较为靠前,宁德时代也表示明年将会正式量产,而多氟多则相对落后。

  离“挑大梁”还有几道关?“即便是钠离子电池量产了,钠电池的装机、测试、试用都还没有经历过,现在都还处于一个初级的产品,还要经过很长时间的验证。”隆众资讯锂电池部分析师曲音飞向记者表示,钠电池没有经历过类似锂电池的市场验证,还远未到“攻城略地”的时候。

  业内人士普遍观点认为,短期来看,即便是实现量产,钠离子电池距离真正的成熟还有很长的路要走。

  墨柯认为,钠离子仍旧处于从0到1的发展阶段,并预判未来两三年它不会有多大的市场。

  张帆则表示,没有经过市场印证过程,钠离子电池成熟度难以与锂离子电池相媲美,短期内不具备爆发条件。

  张帆认为,在用户端,钠离子电池发展是受到制约的。比如电池管理系统、BMS系统、后端应用系统配套都是需要时间去解决的。

  “锂电池也是经历了很多年验证。电动汽车开始推广前,曾推出过“百城千辆”计划,即在100个城市每个城市布10辆车,要跑好几年。钠离子也是一样的,没有经历这样的验证过程一下推出来,应用场景、寿命都不知道。钠离子电池是不是真那么好,大家也都没有经验。”

  张帆预计,最快到2027年后,钠离子电池才会进入市场爆发期。

  除了市场验证需要时间,不同应用场景下,钠离子电池在技术层面也需要一些问题需要时间克服。

  东高科技首席策略研究员陈宇恒认为,钠离子存在寿命短、能量密度低等突出劣势。“钠离子电池的缺点是钠元素分子量较高,钠离子电位更高,体积更大,在嵌入正负极时易使极片材料发生较大的体积变化,因此,钠离子电池在材料结构稳定性和动力学性能上要求更为严苛。故钠离子电池存在能量密度低、倍率性能欠佳、循环寿命短等相对劣势。”

  也正因此,陈宇恒认为,钠离子电池当下仅有个别储能领域的示范项目,大规模应用还没有稳定的刚性需求,这些层面都制约了其产业化进度。

  作为市场主要看好的应用领域,“循环寿命低的问题”同样正制约其在储能领域推广应用。

  “钠离子(电池)和锂离子(电池)一样,都是在隔膜中间来回来去的去穿梭放电,你想钠离子那么大体积,要穿梭的次数比体积小的锂离子还要长,可想而知,说它的困难程度肯定是要大一些的。”墨柯表示,相比于储能领域,他更看好钠离子电池在电动自行车的应用。

  “在储能这一块,钠离子电池其实也不太好走,这条路相对好走的可能就是电动自行车,对于电池的循环寿命并没有太多的要求,关键就是要便宜。这个领域它是有可能率先去尝试的,这也是中科和海纳把钠电市场首选在电动自行车的主要原因。”

  公开资料显示,钠离子电池的能量密度为达到145Wh/kg,是铅酸电池的3倍左右,据国泰君安统计,目前三元电池单体能量密度普遍在200Wh/kg以上,主流产品已经达到250Wh/kg,头部企业的磷酸铁锂电池单体能量密度则在180Wh/kg附近。

  循环寿命上,根据正极材料不同,钠离子循环寿命也在一定区间内变动。

  目前已公布的主流钠离子电池循环寿命,在1000-4000次之间。相比之下,磷酸铁锂电池寿命则在3000-10000次之间。

  “不论是储能还是其他领域,钠离子电池现阶段还很难完全取代锂电池,因为二者之间的应用领域是存在互补的,目前市场给钠离子电池的定位是锂离子电池的潜在替代者,是锂电池的补充,而非替代。”陈宇恒表示。

   

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