隐忍三十年,钠离子电池终于要备胎转正了
卡门精选2023-03-16
新造车行业
它等来了属于自己的时代

本文来自微信公众号“汽车商业评论”(ID:autobizreview),作者:涂彦平,编辑:张南,设计:师玉超,未来汽车日报经授权发布。

“氯化钠在海水中含有相当大的分量。而我从海水中提出来的就是钠,可以用它来产生电能。

“钠能吗?

“是的,先生。……钠电池能量很大,它的电动力比锌电池要强好几倍。”

这是法国作家凡尔纳的小说《海底两万里》中尼摩船长和阿罗纳克斯教授的对话。这部诞生于1870年的小说,已经写出了人类对钠电池的想象。

而现实中钠离子电池的出现则推迟了差不多一百年。

1976年,Whittingham研究发现了二硫化钛(TiS2)能够进行锂离子(Li+)的嵌入和脱出,并制作了Li||TiS2电池,钠离子(Na+)在TiS2中的可逆脱嵌机制也被发现。

1980年,Armand提出“摇椅式电池”(Rocking Chair Battery)概念。锂离子就像一把摇椅,摇椅的两端为电池的两极,而锂离子就在摇椅两端来回运动。钠离子电池同锂离子电池的原理相同,同被称作摇椅式电池。

原理一样,几乎同时出现,但钠离子电池和锂离子电池两兄弟的命运走向却截然不同。

到了20世纪80年代,Delmas和Goodenough相继发现了层状氧化物材料 NaMeO2可作为钠离子电池正极材料。(Goodenough和上面提到的Whittingham同获2019年诺贝尔化学奖)1988年,Fouletier研究了软碳和石墨的储钠性能,开启了钠离子电池碳类负极材料研究。

1990年,日本索尼公司基于石墨负极完成了锂离子电池的商业化的突破,并于第二年5月投放市场。从此,锂离子电池迎来属于自己的时代,而钠离子电池陷入长久的沉寂。

直到2000年,Stevens和Dahn发现硬碳材料具有优秀的钠离子脱嵌性能,钠离子电池负极材料的研究有了重大转折。

2015年,由法国RS2E主导开发的全球首颗18650圆柱型钠离子电池诞生,电芯能量密度达到90Wh/kg,循环寿命超过2000次。

此后,法国的Tiamat、英国的Faradion、美国的Natron Energy、中国的中科海钠等公司在钠离子电池领域均有了自己的研究成果。

2021年6月,中科海钠推出的全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。

图片来源:中科海纳

同年7月,全球动力电池龙头老大宁德时代正式发布钠离子电池,并明确表示已启动产业化布局,2023年前将基本形成产业链。

彼时,新能源汽车正深受碳酸锂高价之苦,钠离子电池让行业看到了一种近在咫尺的替代方案。

虽然商业化比锂离子电池晚了差不多30年,但钠离子电池还是等来了属于它的时代。虽迟但到,桑榆非晚。

覆盖多元应用场景

要论资源储量,地球上的钠要比锂多得多。钠资源非常丰富,地壳丰度为2.75%,位列第6位;锂的地壳丰度只有0.0065%,位列第27位。

而且,钠遍布全球,而锂75%的资源集中在美洲。所以,相比之下,钠的供应链也更加安全。

因为资源丰富,钠的价格也很实惠,2元/kg。而锂的价格是150元/kg。钠离子电池的材料成本要比锂离子电池降低30%-40%。

图片来源:中科海钠官网

正极材料方面,钠离子电池主要有层状氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士类化合物等三种路线;负极材料方面,主要是硬碳、软碳等碳基材料。

2021年7月29日,宁德时代发布钠离子电池,正极材料采用了克容量较高的普鲁士白材料,负极材料使用了具有独特孔隙结构的硬碳材料。基于材料体系的突破,宁德时代第一代钠离子电池电芯单体能量密度达160Wh/kg。

2022年12月,亿纬锂能发布了大圆柱钠离子电池产品,正极采用层状氧化物,负极采用硬碳,能量密度为135Wh/kg,循环次数达到2500次。

蜂巢能源计划2023年第一季度完成第二代钠离子电池产品的设计定型,能量密度为135Wh/kg,第四季度计划完成160Wh/kg的钠离子电池开发。

因为能量密度介于铅酸电池和锂离子电池之间,钠离子电池将主要应用在两轮电动车、三轮电动车、低速电动车、储能和新能源汽车等领域。

中科海纳的钠离子电池商业化尝试是走在前面的,2018年首辆钠离子电池低速电动车亮相,2019年首座钠离子电池储能电站问世,2021年全球套1MWh 钠离子电池储能系统成功投入运行。

2021年,钠创新能源先是发布了全球首套钠离子电池-甲醇重整制氢综合能源系统,又与爱玛科技联合发布了全球首批钠离子电池驱动双轮电动车。

EVTank、伊维经济研究院发布的《中国钠离子电池行业发展白皮书(2023年)》提出,2025年之前钠离子电池的主要出货领域将集中在以两轮车为代表的小动力,2025年之后在储能领域的应用将逐步提升,2026年储能用钠离子电池将成为最大的应用场景。

根据2022年6月国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》,在防止电化学储能电站火灾事故方面有明确规定,“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池”。

这个导向很明确,客观上利好钠离子电池在储能领域的应用。

在乘用车端,钠离子电池普遍只能满足400公里以下较低续航车型的需求。不过,宁德时代官宣的AB电池方案,通过锂钠混搭优势互补,可以满足续航500公里的车型需求,“有望覆盖纯电动乘用车65%左右的市场”。

步入量产关键期

2022年,中科海钠分别在山西太原及安徽阜阳建成钠离子电池千吨级正负极材料和1GWh电芯生产线,率先开启了产业化之路。

值得一提的是,2022年3月,华为通过旗下平台哈勃投资,认缴出资约413万元购得中科海钠近13.3%股份,成为其第三大股东。

进入2023年,越来越多的钠离子电池企业公布了自己的产业化进展。

图片来源:思皓新能源

2月23日,思皓新能源与中科海钠联合打造的行业首台钠离子电池样车公开亮相,装车试验的是思皓EX10花仙子。这款钠电版车型的续航里程为252km,电池包容量为25kWh,电芯能量密度140Wh/kg,系统能量密度120Wh/kg,快充时间(SOC 10%-80%)为20分钟。

中科海钠总经理李树军接受媒体采访时透露:“随着钠电池产业化规模的扩大,相比磷酸铁锂电池,行业普遍认为将有20%-30%的电芯成本优势。当然,这一数据也跟碳酸锂价格相关。体现在整车上,可能有约10%的成本优势。”

3月1日,孚能科技宣布已经收到江西江铃集团新能源汽车有限公司EV3 钠电池定点函,将为其供应钠离子电池包总成,预计2023年第二季度实现量产装车。

在3月9日进行的年报电话会中,宁德时代表示,公司钠离子电池预计将于2023年实现产业化,具体规模取决于客户项目的进展情况。相较锂离子电池,公司钠离子电池“现在成本优势是比较明显的,待供应链成熟后会更具优势”。

3月10日,多氟多在投资者互动平台表示,公司钠离子电池现已有产品正在多家车厂进行车载测试。到2023年底,多氟多河南基地钠离子电池年产能有望达到1GWh。除了自己生产钠离子电池,多氟多已经具备千吨级的六氟磷酸钠生产能力,并批量对外供货。

在生产制造方面,钠离子电池与锂离子电池生产工艺基本类似,可以通过调试传统的锂离子电池产线快速完成钠离子电池的产能布局。

墨柯告诉汽车商业评论,钠离子电池的产业化,在技术上已经没有什么大问题,量产时还会有一些具体问题需要解决,另外,还需要看下游应用产品(如电动自行车、新能源乘用车等)对钠离子电池的验证过程,有可能在验证过程中也还会发现一些具体问题。

锂价回落,对钠离子电池影响几何

钠离子电池已经写入多个政府文件,作为新型电池路线被鼓励大力发展。

2023年1月,工信部等六部门印发《关于推动能源电子产业发展的指导意见》,明确提出要加快研发钠离子电池等新型电池。“聚焦电池低成本和高安全性,加强硬碳负极材料等正负极材料、电解液等主材和相关辅材的研究,开发高效模块化系统集成技术,加快钠离子电池技术突破和规模化应用。”

2022年7月,我国首批钠离子行业标准《钠离子电池术语和词汇》《钠离子电池符号和命名》计划正式下达,起草单位包括中科海钠、宁德时代、比亚迪等单位。此举将进一步推动钠离子产业的规范化。

EVTank判断,2030年钠离子电池的实际出货量将达到347GWh,届时最大的应用领域将是储能。

EVTank还指出,目前影响钠离子电池大规模应用最敏感的因素在于钠离子电池与锂离子电池和铅酸电池的成本对比。根据它的推算,钠离子电池的成本目前在0.84元/Wh左右,高于磷酸铁锂电池和铅酸电池,成本优势尚未完全体现。

从国内机构生意社的数据来看,碳酸锂的价格在持续走低。3月15日,电池级碳酸锂基准价为35.9万元/吨,相比本月初的40.8万元/吨下降了12%,相比去年11月60.9万元/吨的价格高点更是跌了41%。

图片来源:生意社

如果碳酸锂价格继续下跌,钠离子电池的成本优势也就相应缩小,这会影响钠离子电池的产业化落地吗?

EVTank直言碳酸锂价格的波动将是后期影响钠离子电池大规模应用的最关键因子之一。

墨柯表示:“碳酸锂价格跌跌不休,使得锂离子电池成本在持续走低,而钠离子电池的成本要做到比锂离子电池低,是需要上规模的,这些因素相互作用,确实对钠离子电池的应用推广不太有利。”

今年2月,多氟多在回答投资者提问时透露公司第一批商用化量产的钠离子电池预估成本低于锂电池,并表示“即使碳酸锂价格降到10万元/吨,钠电仍然有竞争力”。

在汽车商业评论看来,钠离子电池的成本优势还是其次,它最大的价值在于可以解决锂资源供应紧张和锂价暴涨的问题,所以,它的存在本身就是一种制衡手段。这种存在价值不因锂价的一时走低就消失。

属于钠离子电池的时代,才刚刚开始。

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