鈉離子電池似乎正在成為電池業(yè)新的寵兒。
日前，有媒體報(bào)道，比亞迪計(jì)劃于2023年二季度量產(chǎn)鈉離子電池。由弗迪電池承擔(dān)鈉離子電池的研發(fā)、量產(chǎn)任務(wù)，目前鈉離子電池處于樣品驗(yàn)證階段。
此前也有傳言稱，比亞迪全固態(tài)鋰電池在重慶生產(chǎn)即將裝車試驗(yàn)。
隨后，比亞迪官方回應(yīng)——“近期對(duì)固態(tài)電池、鈉離子電池的傳言，經(jīng)向公司確認(rèn)后，均為不實(shí)信息。”
雖已辟謠，但這一消息再次將鈉離子電池這一概念引發(fā)資本市場關(guān)注。
除了弗迪電池，包括寧德時(shí)代、億緯鋰能、欣旺達(dá)等多家頭部動(dòng)力電池企業(yè)均已布局鈉離子電池業(yè)務(wù)。
有說法認(rèn)為，2023年或?qū)⒊蔀殁c離子電池量產(chǎn)元年。
納離子電池能接續(xù)鋰電池開啟自己的時(shí)代嗎？
01.鈉離子電池受到青睞
鈉離子電池和鋰離子電池研究均起始于20世紀(jì)70年代，但因?yàn)殁c的質(zhì)量和體積較大，鋰離子電池的能量密度更優(yōu)，所以在兩者價(jià)格相差不大的情況下，人們更傾向于使用鋰電池。
直到2010年后，鈉離子電池的研發(fā)取得進(jìn)展，國內(nèi)外鈉離子電池的商業(yè)化進(jìn)程開始提速，相關(guān)創(chuàng)業(yè)公司涌現(xiàn)，2017年國內(nèi)第一家鈉離子電池創(chuàng)業(yè)企業(yè)中科海鈉注冊成立。
而近期鈉離子電池重新興起，很大一部分原因是鋰電池原材料價(jià)格的飆升。SMM最新報(bào)價(jià)顯示，今日電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格為55.8~57.5萬元/噸，均價(jià)56.65萬元/噸。而去年1月初其價(jià)格僅為6.2萬-6.7萬元/噸左右。
此外，全球鋰資源儲(chǔ)量相對(duì)少且分布不均，美國地質(zhì)勘探局調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全球超過一半（約53%）的可開發(fā)鋰資源儲(chǔ)量集中在南美洲，中國作為動(dòng)力電池制造大國只占14%。
相反，鈉資源的儲(chǔ)量豐富，是鋰元素的一千多倍，且資源分布平均，在地殼和海洋中即可獲得。
在原材料價(jià)格和資源儲(chǔ)備的雙重作用下，鈉離子電池也自然成為未來電池又一發(fā)展方向。
但目前來看，鈉離子電池還處在產(chǎn)業(yè)化起步階段。
而且，由于目前鈉離子電池還不具備規(guī)模效應(yīng)，因而相較于鋰離子電池，也還不存在所謂的“性價(jià)比”，且還需要依靠國家出臺(tái)的補(bǔ)貼政策。但實(shí)現(xiàn)規(guī)模化后，其成本將明顯低于鋰離子電池。
02.鈉離子電池構(gòu)造
構(gòu)造上，鈉離子電池與鋰離子電池基本一致，均由正極、負(fù)極、電解液、隔膜等組成。鈉離子電池的正極材料有層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)（白）類化合物、聚陰離子化合物三種主流技術(shù)路線，負(fù)極材料則以硬碳和軟碳為主。
層狀氧化物能量密度三者最高，制備工藝成熟，可逆比容量高，有望率先產(chǎn)業(yè)化，缺點(diǎn)在于穩(wěn)定性較低，國內(nèi)目前采用該材料的主要是中科海鈉。
普魯士藍(lán)電化學(xué)性能好，成本優(yōu)勢明顯，但技術(shù)門檻較高，目前寧德時(shí)代采用的是該路線，計(jì)劃23年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
聚陰離子化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定但比容量較低、導(dǎo)電性偏低，較難大規(guī)模生產(chǎn)，國內(nèi)尚無頭部企業(yè)布局該路線。
目前暫時(shí)還沒有明確的技術(shù)路線。
負(fù)極材料方面，無定形碳更有利于鈉離子的嵌入脫出，是鈉離子電池的首選負(fù)極材料。無定形碳按照石墨化難易程度可劃分為軟碳和硬碳，軟碳成本更低，硬碳具有較高的儲(chǔ)鈉容量，但成本較高。
其他方面，鈉離子電池電解液的溶劑和鋰離子電池相似，溶質(zhì)為六氟磷酸鈉，隔膜則基本沿用鋰離子電池隔膜，正負(fù)極集流體則都可以使用鋁箔。
此外，鈉離子電池生產(chǎn)工藝路線與鋰離子電池相似，設(shè)備具有一定兼容性。但是前段改造的成本隨技術(shù)方案不同變化較大，同樣外形下中后段影響較小。鈉離子電池相對(duì)來說，體積更大，如果外形不同，產(chǎn)線可能無法兼容。
03.鈉離子電池特征
相較于鋰離子電池，鈉離子電池具有成本低、高低溫性能優(yōu)異、安全性高、具備快充能力等優(yōu)點(diǎn)，主要缺點(diǎn)則是能量密度低。目前主流鈉離子電池廠商開發(fā)的一代產(chǎn)品能量密度區(qū)間為100-160Wh/kg，和磷酸鐵鋰的能量密度區(qū)間存在部分重合。
其性能決定了鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域更具競爭力，另外在兩輪車以及低速電動(dòng)車領(lǐng)域也有一定市場。
首先，從成本來看，相比較鋰電池而言，鈉離子電池所需的鈉資源廣泛，價(jià)格低廉穩(wěn)定。
據(jù)中科海鈉數(shù)據(jù)顯示，鈉離子電池銅基正極成本相比磷酸鐵鋰正極可降低近60%。同時(shí)，由于鈉與鋁不易發(fā)生合金化反應(yīng)，鈉離子電池集流體全部可使用鋁箔代替銅箔，成本降低近70%。
根據(jù)綜合測算，鈉離子電池成本相比性能接近的磷酸鐵鋰電池可降低約30%-40%。
不過，由于目前鈉離子電池制造工藝尚未完全成熟，制造規(guī)模較小，其制造成本約為1元/Wh，與三元鋰電池相當(dāng)。但在規(guī)模效應(yīng)的加持下，鈉離子電池成本有望進(jìn)一步壓縮至0.2~0.3元/Wh。
在安全性方面，由于鈉離子電池的電阻比鋰離子電池高，當(dāng)發(fā)生短路等現(xiàn)象時(shí)，鈉離子電池的安全性能也相對(duì)更高。而且，鈉離子電池的電解液也被證明比鋰離子電池更穩(wěn)定，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸方面比鋰電池更方便。
在能量密度上，寧德時(shí)代去年7月份發(fā)布的第一代鈉離子電池能量密度達(dá)160Wh/kg，為目前全球最高水平。常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上。
寧德時(shí)代表示第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池，但在低溫性能和快充方面具有明顯的優(yōu)勢，特別是在高寒地區(qū)，在-20°C低溫環(huán)境中，鈉離子電池也具有90%以上的放電保持率。
在乘用車應(yīng)用方面，寧德時(shí)代認(rèn)為鈉離子電池普遍可以滿足續(xù)航400公里以下的車型需求。同時(shí)，寧德時(shí)代計(jì)劃將下一代鈉離子電池能量密度提高至200Wh/kg。
至于鈉離子電池能否替代鋰離子電池，由于二者在能量密度上的差距明顯，鈉離子電池不會(huì)完全取代鋰離子電池，但鈉離子電池的發(fā)展也會(huì)倒逼鋰離子電池持續(xù)降本增效。
此外，寧德時(shí)代也計(jì)劃通過AB電池系統(tǒng)集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鈉鋰混搭，優(yōu)勢互補(bǔ)，提高電池系統(tǒng)的能量密度，使鈉離子電池應(yīng)用有望擴(kuò)展到500公里續(xù)航車型。
04.目前發(fā)展情況
總體來說，目前國內(nèi)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，多家電池企業(yè)正在研發(fā)鈉離子電池，其相關(guān)的上游材料配套也在逐步建設(shè)，同時(shí)技術(shù)路線還存在一定的不確定性。
目前，國內(nèi)布局鈉離子電池業(yè)務(wù)的企業(yè)大致可以分為兩大類。一類是以寧德時(shí)代、欣旺達(dá)和億緯鋰能等為代表的鋰電巨頭企業(yè)，另一類則是以中科海鈉、眾鈉能源等為代表專注于鈉離子電池領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)。
對(duì)于鋰電池一線廠商而言，發(fā)展鈉離子電池業(yè)務(wù)主要是出于搶占新興市場先機(jī)的考量。而鈉離子電池初創(chuàng)企業(yè)則主要背靠國家研究院、高校科研團(tuán)隊(duì)，業(yè)務(wù)方向更加聚焦，且產(chǎn)品進(jìn)程相較于鋰電池廠商沒有明顯的落后。
從發(fā)展進(jìn)度來看，目前中科海鈉已經(jīng)擁有自己的量產(chǎn)線。而據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，明年應(yīng)該會(huì)有比較多的中試線。從實(shí)驗(yàn)線到中試線到量產(chǎn)線，就是逐步把電芯的性能指標(biāo)穩(wěn)定下來的過程。
不過目前鈉離子電池材料形式多，還未形成統(tǒng)一的發(fā)展趨勢，仍處于由國家推動(dòng)的階段，其自身的成本和售價(jià)還不足以取得優(yōu)勢，需要靠一定的補(bǔ)貼。
但一方面由于鈉離子電池的后發(fā)優(yōu)勢，另外一方面是它可以兼容整個(gè)鋰離子電池的生產(chǎn)工藝，鈉離子電池未來商業(yè)化的進(jìn)程，一定會(huì)比鋰離子電池要快很多但是商業(yè)化至少也需要2-3年的時(shí)間。
在具體企業(yè)方面，寧德時(shí)代去年7月份發(fā)布的第一代鈉離子電池能量密度達(dá)160Wh/kg，為目前全球最高水平。常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上。第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池，但在低溫性能和快充方面具有明顯的優(yōu)勢，特別是在高寒地區(qū)，在-20°C低溫環(huán)境中，鈉離子電池也具有90%以上的放電保持率。
欣旺達(dá)電子股份有限公司創(chuàng)立于1997年，是鋰離子電池領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，目前擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉的方法、鈉離子電池及其制備方法等多項(xiàng)專利，與南開大學(xué)合作設(shè)立院士工作站，共同研究新型鈉離子電池等關(guān)鍵材料及技術(shù)。目前暫未量產(chǎn)鈉離子電池。
中科海鈉科技有限責(zé)任公司成立于2017年2月，技術(shù)來自中科院物理所成果轉(zhuǎn)化，在關(guān)鍵材料方面已獲國內(nèi)外專利近三十個(gè)，處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。今年4月，公司獲得A＋輪融資，華為此輪入股成為中科海鈉第三大股東。其鈉離子電池的能量密度目前已達(dá)到145Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)4500次以上，工作溫度為-40℃-80℃，具備快充能力，160Wh/kg以下為目標(biāo)應(yīng)用場景。
目前中科海鈉在建兩條規(guī)模量產(chǎn)線，第一條與三峽能源、三峽資本和安徽省阜陽市政府合作，規(guī)劃鈉離子電池產(chǎn)能5GWh，第一期規(guī)模為1GWh已于今年7月落成；第二條產(chǎn)線與華陽股份合作，規(guī)劃1GWh鈉離子電池pack產(chǎn)能計(jì)劃今年投產(chǎn)。
江蘇眾鈉能源科技有限公司成立于2021年1月，由蘇州大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)、福州大學(xué)、浙江大學(xué)及中科院納米所等高校的聯(lián)席科學(xué)家團(tuán)隊(duì)組建，今年3月獲由碧桂園創(chuàng)投獨(dú)家領(lǐng)投的新一輪融資。
眾鈉能源的核心專利技術(shù)為高性能正極材料制備方法，正極為聚陰離子型鐵基材料與碳基復(fù)合材料，負(fù)極為商業(yè)化硬碳，產(chǎn)品為硫酸鐵鈉電池，應(yīng)用場景包括大規(guī)模儲(chǔ)能、低速電動(dòng)工具等領(lǐng)域。
眾鈉能源現(xiàn)處于中試驗(yàn)證階段，已與多家下游客戶達(dá)成戰(zhàn)略合作，第一代量產(chǎn)產(chǎn)品將于年內(nèi)啟動(dòng)交付，計(jì)劃在2023年進(jìn)入量產(chǎn)階段，2023年電芯產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)GWh級(jí)。
電動(dòng)汽車的高速發(fā)展，正催熟納離子電池產(chǎn)業(yè)，雖然業(yè)內(nèi)不認(rèn)為鈉離子電池會(huì)完全取代鋰離子電池，但隨著汽車產(chǎn)業(yè)的全面電動(dòng)化，不同的出行工具對(duì)電池性能的要求不同，納離子電池的商業(yè)化應(yīng)用具有巨大的想像空間。
而納離子電池一旦量產(chǎn)商業(yè)化，動(dòng)力電池對(duì)電動(dòng)汽車成本的制約會(huì)進(jìn)一步減弱，相信電動(dòng)汽車的售價(jià)將有進(jìn)一步下探的空間。
