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钠离子电池:重走锂电老路,还是开辟“新大陆”?
来源: | 作者:石伟 和君咨询新能源事业二部 | 发布时间: 2024-07-31 | 246 次浏览 | 分享到:

随着新能源汽车产销量持续提升,锂电池在政策、技术和市场的助推下实现了规模性发展,但是同样面临着原料受限、价格震荡、技术瓶颈、闭环未成形等挑战。

2023年随着市场环境成熟,钠离子电池迎来发展元年。作为一种以钠离子为电荷载体的充电电池,其工作原理及结构与锂离子电池相似,但具有高安全性、高低温性及较为凸显的成本优势。宁德时代、亿纬锂能、蜂巢能源等逐步纷纷布局钠离子新兴领域,但仍处于研发和小规模应用阶段。随着锂价回归理性及钠离子电池技术持续转型升级,未来在储能、基站备用电源、电动二轮车及低速四轮车等相应领域可实现规模化量产应用有望成为锂离子电池的有效替换选择。


锂电池“一路高歌”,但也挑战重重

锂电池行业现正处于高速发展期,但发展过程也衍生出了一些发展痛点:

由于本地锂资源有限,中国70%锂源仍依赖进口,美国贸易单边制裁、“俄乌”战争对供应链影响较大,正极材料市场竞争激烈正淘汰一体化生产较为薄弱的企业。
中游由于现有锂电的性能已临近理论上限或未达到最佳状态,仍需进一步迭代新材料/产品供给市场,满足高性能、高安全等需求。

电池成本占储能电站总成本65%左右。在上游锂矿供给有限的情况下,大型储能装机量增加缓慢等。


钠离子电池工作原理与锂电相近,量产后成本优势凸显

之所以可以成为锂电的最佳替换选择,主要因为钠离子电池工作原理与锂离子电池基本相同,内部主要组成部分也基本相似。钠离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和集流体构成,同属于“摇椅式”电池,即通过利用Na+在正负极间的往返迁移进行充放电。理想情况下,充放电过程高度可逆,Na+嵌入脱出不会破坏材料的晶体结构,因此钠离子电池为一种二次电池

钠离子电池与锂离子电池各有优势,有望在储能、二轮车和物流电动车等领域对锂电池形成补充。
低成本方面,得益于钠资源的丰富储量和适用成本更低的铝箔负极集流体,钠离子电池的材料成本有显著优势。钠离子电池BOM成本约低30-40%,大规模量产后有望更低。根据中科海纳官网数据,由于碳酸钠的成本不到碳酸锂的1%,钠电池的BOM成本,尤其是正极成本远低于锂电池。

在高安全性方面,钠离子化学性能稳定性高,电阻稍高,受热受冷表现都比锂离子电池好,示范产品在国标测试中热稳定性远超安全要求。高温环境下,天然良好稳定性叠加外部防热失控物理结构,可以有效避免着火或爆炸等不良现象发生;低温环境下,抗寒能力凸显,比如在-20℃的环境下仍有90%的放电保有率,钠离子电池未来或将成为新能源汽车攻坚北方地区尤其是“东三省”等寒冷地区的重要备选路线。

在生产协同性方面,钠离子电池与锂离子电池的工作原理和电池结构相近,钠离子电池的正负极、电解液及隔膜研发可借鉴锂离子电池的成熟技术,同时可以兼容现有的锂电生产设备,产线可进行快速切换,这对于有意拓展钠离子电池业务的锂离子电池相关企业可在一定程度上降低生产成本和提升运营效率。


理性看待短板,未来发展可期

钠离子电池由于本身能量密度较低且提升空间有限,已投产的钠离子电池能量密度在140Wh/kg-160Wh/kg,这与磷酸铁锂电池或三元锂电池相比“率逊一筹,目前预测在行业内更多地扮演新能源细分领域替代者的角色,有望率先在对能量密度要求不高、成本敏感性较强的储能、低速交通工具以及部分低续航乘用车领域实现替代和应用,对中高端乘用车市场影响相对有限。

与此同时,即使锂价已经下滑至“理性”区间,但钠离子电池与锂离子电池相比,在规模化量产之间,成本优势并不明显。据比亚迪某高官透露,2023年钠离子电池和锂离子电池在上游材料相比,层状氧化物路线与聚阴离子路线的钠离子电池是磷酸铁锂电池的221%、214%,2025年预计才能降至83%、69%。


全球钠离子电池“全面开花”,中国企业“遥遥领先”

2023年可谓是钠电池的“元年”,受到锂价波动以及资源丰富性对比,钠电产业的重视程度不断加深,无论是从上游产能,还是下游应用端,国内外相关企业都在积极布局,全球钠离子电池的产业化进程仍在导入期,我国企业的钠离子电池技术水平已处于国际领先地位

全球布局来看,英国Faradion公司是全球第一家专注钠离子电池产业化的企业,自其于2011年成立后,钠离子的产业化进程在全球迎来全面增长;正如上文所述,不同体系路线各有优劣势,例如以国内钠离子龙头中科海纳为代表的层状金属氧化物路线具有与锂离子电池工艺兼容的优势,但同时有机体系存在安全隐患问题仍待解决。
国内生产方面,2023年钠电池项目布局相对频繁,共有45个钠电池项目实现签约、开工,投资金额约1552亿元,规划产能达344GWh。其中,锂电龙头企业宁德时代入局加速产业链完善和产业化进程,并有望拓展钠离子电池应用场景。公司于2021年7月发布了第一代钠离子电池,并已经开始了与车企和储能客户进行商业化合作,在2023年已形成基本产业链。

宁德时代布局钠离子电池,一方面帮助企业卡位潜力巨大的储能市场,另一方面其在钠离子电池能量密度上的突破以及创新性搭载方案有望进一步拓展钠离子电池在动力电池领域的应用场景。

整体来看,钠离子电池更多是锂离子电池的一种补充方案,而不是性能或价值的完全替代,主要用较高的性价比满足对能量密度要求低的中低端车、储能等领域。从实际情况出发,锂离子电池正处于发展初期,优势和短板“平分秋色”,未来只有不断“取长补短”增强核心竞争力,才可保障行业可持续健康发展。


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