21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者 彭碩 北京報道
隨著全球能源轉(zhuǎn)型節(jié)奏加快，可充放電的二次電池重要性日益凸顯。一眾二次電池中，鋰離子電池憑借能力密度優(yōu)勢率先跑出，成為當(dāng)下動力、儲能領(lǐng)域的絕對主力。
然而2020年以來，面對需求成倍增長，鋰離子電池主要原材料碳酸鋰、氫氧化鋰出現(xiàn)供應(yīng)短缺，碳酸鋰價格一度飆升超過10倍，帶來電池價格走高，進(jìn)而導(dǎo)致新能源汽車、儲能生產(chǎn)成本的飆升。籍此契機，作為替代方案的鈉離子電池開始走向臺前。
作為元素周期表中同一主族元素，鈉元素與鋰元素化學(xué)性質(zhì)相近，其雖不如鋰離子電勢高、比容量高，但勝在自然界儲量高，原料充足，被市場視為當(dāng)下鋰電池的最優(yōu)替代方案之一。尤其在儲能領(lǐng)域，憑借良好性價比以及穩(wěn)定的電化學(xué)性能，其被視為有望率先在該領(lǐng)域得到推廣。
歷經(jīng)數(shù)年發(fā)展，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化日趨臨近，2023年或?qū)⒊蔀楫a(chǎn)業(yè)化元年。
10月21日，寧德時代在一場電話會議上表示，公司鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展順利，供應(yīng)鏈布局上需要一些時間，已與部分乘用車客戶協(xié)商，明年將會正式量產(chǎn)。10月12日，多氟多在互動平臺上表示，公司鈉離子電池已有小批量成品下線。華陽股份9月30日公告稱，孫公司投建的鈉離子電芯生產(chǎn)線設(shè)備安裝調(diào)試已經(jīng)完成。上述三家公司均曾公開宣布，正致力推進(jìn)鈉離子電池在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
即將揭開面紗之際，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展究竟如何？其是否能夠扛起能源轉(zhuǎn)型大旗？
鋰電暴漲迎替代空間
鈉離子電池并非新鮮事物。20世紀(jì)70年代末，鈉離子電池和鋰離子電池研究幾乎同時進(jìn)行，其最早的研究方向集中在用于儲能領(lǐng)域的鈉硫電池。
1990年以后，伴隨鋰離子電池材料技術(shù)實現(xiàn)技術(shù)突破，鋰離子電池率先開始商業(yè)化。與此同時，鈉離子電池因遲遲沒有研發(fā)出合適負(fù)極材料，以至于長久停留在實驗室研究階段，未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。直到2000年后，鈉離子電池終于在負(fù)極材料技術(shù)突破，鈉離子電池迎來飛速發(fā)展。
據(jù)國盛證券研報，2010年，中科院開始研究鈉離子電池，陳立泉院士為技術(shù)帶頭人。2011 年全球首家鈉離子電池公司英國 Faradion成立。2017 年，依托中科院物理所鈉離子電池技術(shù)的中科海鈉成立，成為中國首家鈉離子電池公司。當(dāng)下，其與英國Faradion、法國Tiamat同為世界領(lǐng)先的鈉離子電池廠商。
據(jù)中科海鈉披露，相比鋰離子電池，鈉離子電池材料成本端更具優(yōu)勢。
資源儲量上，鋰元素的地殼豐度僅0.0065%，絕大多數(shù)分布在美洲。鈉資源地殼豐度高達(dá)2.75%，且全球到處都有分布。鈉資源價格與鋰資源價格就已經(jīng)差距懸殊。綜合各項材料成本測算，相比鋰離子電池，鈉離子電池材料成本要降低30-40%。
（截圖自中科海鈉官網(wǎng)）
多位市場人士向記者表示，事實上，也正是因為鋰電池主要原材料——碳酸鋰價格暴漲，才讓作為備選方案的鈉離子電池有了當(dāng)下熱度。2020年12月至今，碳酸鋰價格從4.6萬元/噸附近一路飆升至54萬元/噸附近，區(qū)間漲幅超過11倍。
除了資源端外，鈉離子電池成本優(yōu)勢還體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)建設(shè)端。
與鋰離子電池工作原理相同，鈉離子電池同樣依靠離子在正負(fù)電極之間往返嵌入和脫出的搖椅式二次電池。
（截圖自中科海鈉官網(wǎng)）
正因如此，從生產(chǎn)流程和工藝路線上看，鈉電池結(jié)構(gòu)也與鋰電高度相似，其決定了兩者的生產(chǎn)流程和產(chǎn)線接近，這意味著鋰電池材料廠商未來可與鈉電池共用產(chǎn)線中的絕大多數(shù)環(huán)節(jié)，從而降低產(chǎn)線建設(shè)成本。
“鈉離子（正極材料）生產(chǎn)工藝與鋰離子（工藝）90%相似。都是通過研磨使其納米化、通風(fēng)干燥、燒結(jié)、粉碎，造粒……它的工藝過程都是一樣的。”某國內(nèi)頭部正極材料企業(yè)董事長張帆（化名）向21世紀(jì)經(jīng)濟報道記者表示，鋰電池正極廠商未來轉(zhuǎn)型鈉電池正極材料生產(chǎn)不具備技術(shù)難度。
張帆同時認(rèn)為，鈉離子電池未來領(lǐng)軍企業(yè)還將是現(xiàn)有的鋰電池企業(yè)，尤其在正極材料端更是如此。“鈉電（鈉離子電池）以后仍是磷酸鐵鋰廠商，或者三元廠商的天下，新進(jìn)的企業(yè)很少，可能會有一兩家。這些鐵鋰的廠商，只要追求進(jìn)步，都在私下做著，只是看什么時候爆發(fā)出來。”
墨柯同樣表示，鈉離子電池與鋰離子電池生產(chǎn)體系相通。“納電的（生產(chǎn)體系）體系和鋰電基本相同，所以生產(chǎn)設(shè)備這兩塊都是可以通用的。”
產(chǎn)業(yè)化時機已至？
據(jù)鈉離子電池企業(yè)披露的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化臨近，最快或?qū)⒃?023年迎來產(chǎn)業(yè)化元年。
10月21日，寧德時代在一場電話會議上表示，公司鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展順利，供應(yīng)鏈布局上需要一些時間，已與部分乘用車客戶協(xié)商，明年將會正式量產(chǎn)。公開報道顯示，在此之前，寧德時代已多次公開表示，公司正致力推進(jìn)鈉離子電池在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
產(chǎn)業(yè)化同樣走在行業(yè)前列還有華陽股份。9月30日，華陽股份公告稱，當(dāng)日，其旗下公司山西華鈉芯能科技投建的鈉離子電芯生產(chǎn)線設(shè)備安裝調(diào)試已經(jīng)完成。公司鈉離子電芯生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。據(jù)介紹，華陽股份的鈉離子電芯生產(chǎn)線主要生產(chǎn)圓柱鋼殼和方形鋁殼電芯，能量密度約為120Wh/kg到130Wh/kg，項目滿產(chǎn)后將成為國內(nèi)首條產(chǎn)能達(dá)到GW級別的鈉離子電芯產(chǎn)線。
從電芯到電池中間并不用花太多工夫。真鋰研究院創(chuàng)始人墨柯向記者解釋，電池包相當(dāng)于把N個電芯放一塊串/并聯(lián)方式連接到一起，其涉及到電池管理系統(tǒng)的問題，技術(shù)難度上，有了電芯后，生產(chǎn)電池并不難。“而且可以用鋰電的PACK技術(shù)，這個問題并不是太大。”
行業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，華陽股份走在前列，原因是中科海鈉在背后提供了技術(shù)支持。
事實上，中科海鈉與華陽股份已在股權(quán)等多個領(lǐng)域有合作。
在股權(quán)結(jié)構(gòu)上，華陽股份是中科海鈉的股東之一。公開信息顯示，華陽股份通過旗下子公司——陽泉市梧桐樹嘉裕陽煤智能制造股權(quán)投資合伙企業(yè)（持股49.8%）間接持有中科海鈉7.8%的股權(quán)。如果算上母公司華陽集團(tuán)有限公司間接持有的股權(quán)，華陽系一共持有中科海鈉15.6%的股權(quán)。
中科海鈉與華陽股份在具體項目上也曾多次展開合作。2021 年華陽股份與中科海鈉共同打造了全球首個1MWh 鈉離子電池光伏儲能系統(tǒng)。在9月30日公告中，公司同樣表示，該1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線由華陽集團(tuán)與中科海鈉聯(lián)合打造。
除了與華陽股份/集團(tuán)合作外，中科海鈉合作對象還包括三峽能源，后者的產(chǎn)業(yè)化也走在行業(yè)前列。
今年7月，全球首條 5GWh 級鈉離子電池生產(chǎn)線一期項目——阜陽海鈉科技1GWh 鈉離子電池生產(chǎn)項目落成。該項目由三峽能源與中科海鈉合作完成，技術(shù)支持主要來自中科海鈉。
計劃在2023年量產(chǎn)的電池企業(yè)還包括多氟多、傳藝科技、維科技術(shù)，三者計劃2023年底前分別建成1GWh、2GWh、2GWh產(chǎn)能。
值得一提的是，在正極材料領(lǐng)域，一家名為鈉創(chuàng)新能源的公司也走在行業(yè)前列。鈉創(chuàng)新能源由上海交通大學(xué)馬紫峰教授于2012年組建的核心研發(fā)團(tuán)隊延伸成立，公司于2018年成立，2019 年完成全球首條噸級鐵酸鈉基正極材料生產(chǎn)線。維科技術(shù)的正極材料、電解液均由鈉創(chuàng)新能源提供。
行業(yè)中，多氟多、傳藝科技正極材料、電解液等主要材料則主要來源于自產(chǎn)。
9月19日多氟多在投資者互動平臺表示，鈉電池樣品正在進(jìn)行中試驗證。9月21日，傳藝科技公告，鈉離子電池項目已具備中試生產(chǎn)條件并即將投產(chǎn)運行。從進(jìn)展來看，二者產(chǎn)品較尚未通過中試，整體進(jìn)度落后于華陽股份與三峽能源。
總體來看，上述即將迎來鈉電池產(chǎn)業(yè)化的電池企業(yè)可以分為3大類：鋰電龍頭（寧德時代）、具有研究機構(gòu)背景的創(chuàng)新型企業(yè)（如中科海鈉-中科院，鈉創(chuàng)新能源-上海交大），以及新興企業(yè)（如傳藝科技、維科技術(shù)）等。
產(chǎn)業(yè)進(jìn)度上，華陽股份、三峽能源、維科技術(shù)、傳藝科技計劃規(guī)劃投產(chǎn)進(jìn)度較為靠前，寧德時代也表示明年將會正式量產(chǎn)，而多氟多則相對落后。
離“挑大梁”還有幾道關(guān)？
“即便是鈉離子電池量產(chǎn)了，鈉電池的裝機、測試、試用都還沒有經(jīng)歷過，現(xiàn)在都還處于一個初級的產(chǎn)品，還要經(jīng)過很長時間的驗證。”隆眾資訊鋰電池部分析師曲音飛向記者表示，鈉電池沒有經(jīng)歷過類似鋰電池的市場驗證，還遠(yuǎn)未到“攻城略地”的時候。
業(yè)內(nèi)人士普遍觀點認(rèn)為，短期來看，即便是實現(xiàn)量產(chǎn)，鈉離子電池距離真正的成熟還有很長的路要走。
墨柯認(rèn)為，鈉離子仍舊處于從0到1的發(fā)展階段，并預(yù)判未來兩三年它不會有多大的市場。
張帆則表示，沒有經(jīng)過市場印證過程，鈉離子電池成熟度難以與鋰離子電池相媲美，短期內(nèi)不具備爆發(fā)條件。
張帆認(rèn)為，在用戶端，鈉離子電池發(fā)展是受到制約的。比如電池管理系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)、后端應(yīng)用系統(tǒng)配套都是需要時間去解決的。
“鋰電池也是經(jīng)歷了很多年驗證。電動汽車開始推廣前，曾推出過“百城千輛”計劃，即在100個城市每個城市布10輛車，要跑好幾年。鈉離子也是一樣的，沒有經(jīng)歷這樣的驗證過程一下推出來，應(yīng)用場景、壽命都不知道。鈉離子電池是不是真那么好，大家也都沒有經(jīng)驗。”
張帆預(yù)計，最快到2027年后，鈉離子電池才會進(jìn)入市場爆發(fā)期。
除了市場驗證需要時間，不同應(yīng)用場景下，鈉離子電池在技術(shù)層面也需要一些問題需要時間克服。
東高科技首席策略研究員陳宇恒認(rèn)為，鈉離子存在壽命短、能量密度低等突出劣勢。“鈉離子電池的缺點是鈉元素分子量較高，鈉離子電位更高，體積更大，在嵌入正負(fù)極時易使極片材料發(fā)生較大的體積變化，因此，鈉離子電池在材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動力學(xué)性能上要求更為嚴(yán)苛。故鈉離子電池存在能量密度低、倍率性能欠佳、循環(huán)壽命短等相對劣勢。”
也正因此，陳宇恒認(rèn)為，鈉離子電池當(dāng)下僅有個別儲能領(lǐng)域的示范項目，大規(guī)模應(yīng)用還沒有穩(wěn)定的剛性需求，這些層面都制約了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度。
作為市場主要看好的應(yīng)用領(lǐng)域，“循環(huán)壽命低的問題”同樣正制約其在儲能領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
“鈉離子（電池）和鋰離子（電池）一樣，都是在隔膜中間來回來去的去穿梭放電，你想鈉離子那么大體積，要穿梭的次數(shù)比體積小的鋰離子還要長，可想而知，說它的困難程度肯定是要大一些的。”墨柯表示，相比于儲能領(lǐng)域，他更看好鈉離子電池在電動自行車的應(yīng)用。
“在儲能這一塊，鈉離子電池其實也不太好走，這條路相對好走的可能就是電動自行車，對于電池的循環(huán)壽命并沒有太多的要求，關(guān)鍵就是要便宜。這個領(lǐng)域它是有可能率先去嘗試的，這也是中科和海納把鈉電市場首選在電動自行車的主要原因。”
公開資料顯示，鈉離子電池的能量密度為達(dá)到145Wh/kg，是鉛酸電池的3倍左右，據(jù)國泰君安統(tǒng)計，目前三元電池單體能量密度普遍在200Wh/kg以上，主流產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到250Wh/kg，頭部企業(yè)的磷酸鐵鋰電池單體能量密度則在180Wh/kg附近。
循環(huán)壽命上，根據(jù)正極材料不同，鈉離子循環(huán)壽命也在一定區(qū)間內(nèi)變動。
目前已公布的主流鈉離子電池循環(huán)壽命，在1000-4000次之間。相比之下，磷酸鐵鋰電池壽命則在3000-10000次之間。
“不論是儲能還是其他領(lǐng)域，鈉離子電池現(xiàn)階段還很難完全取代鋰電池，因為二者之間的應(yīng)用領(lǐng)域是存在互補的，目前市場給鈉離子電池的定位是鋰離子電池的潛在替代者，是鋰電池的補充，而非替代。”陳宇恒表示。
