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资本 | 2023年,狂飙的钠电池

新材料情报NMT 2023-05-29 10:13 发布于江苏 发文

2023年钠电池赛道持续火热,钠离子电池细分领域应用有望实现多点突破,钠电池开始狂飙。狂飙的背后,何人在加油添码?

双碳推动钠电池加码狂飙?

习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,指明我国面对气候变化问题要实现的“双碳”目标。

工信部《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》表示,锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石,是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础,也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。

发改委、能源局《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出,加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展开展规模化试验示范。

“双碳”目标的提出,意味着我国更加注重建立以可再生能源为主导、多能互补的能源体系,以此为背景,新能源体系开始发展,钠电池作为新能源之一,逐渐加码,开始狂飙。钠离子电池赛道火热,那么作为新能源之一的钠离子电池,是如何一步步加码的呢?

正负极与电解液

钠离子电池的正极分为层状氧化物、普鲁士蓝/白化合物,聚阴离子化合物三种路线。其中层状氧化物能量密度高,综合性能优,为钠电主流方向,工艺路线可复用度高,技术趋势为单晶化;普鲁士蓝类制备工艺简单,成本低廉、可大量生产,但除水极难,体积能量密度低;聚阴离子循环寿命最佳,但成本高、克容量低、倍率差、导电性差需碳包覆改性。

钠离子电池的负极可分为硬碳、软碳和硬软复合碳,其中硬碳纳米孔洞多储钠量高,用生物质前驱体经济性差,工艺路线长,产品指标严苛,构效关系复杂;软碳制备工艺简单,煤基负极目前最具性价比,成本低产碳率高,但储钠量低。

钠离子电池的电解液液主要由溶剂、溶质和添加剂构成,三者共同决定电解液的性质。溶剂方面,钠离子电池的主要为酯类溶剂和醚类溶剂,钠盐方面,拥有大半径阴离子,阴阳离子间缔合作用弱的钠盐是较好的选择,其能保证足够的钠盐溶解度和离子传输性能。添加剂则主要分为成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等。

钠电池正负极及电解液技术各存优劣,如何利用其优势,减轻其劣势,则能推动钠电池技术革新,进一步推动企业的发展。面对如此行情,各企业加码正负极与电解液技术,进行技术革新,加速钠离子电池狂飙。

钠电池产业化0-1质变

钠离子电池由来已久,最早由ARMAND团队于20世纪80年代提出,在90年代经过产业化推广得到技术应用。钠离子电池本质是在充放电过程中由钠离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移、而锂离子电池是通过锂离子在正负间移动来进行电荷转移,工作原理实质上相同的。

钠离子电池的研究工作在20世纪70-80年代和锂离子电池同时期萌芽。但负极材料嵌钠能力较弱、钠电池能量密度较低成为钠离子电池商业化的瓶颈。从研究论文上看,2010年以后文献数量近似于锂离子电池在1995年前的状态。2020年以后受锂资源的供需紧张刺激以及储能发展的带动,钠离子电池凭借成本优势重视度不断提升,叠加技术不断创新,钠电池产业化迎来0-1质变。当前,国内外各企业开始进行GWh级产能规划,预计规划产能将集中在2023-2024年投产。

技术上的不断进步,钠离子电池比起锂离子电池也更具优势,首先,钠资源更丰富,钠元素在地壳中丰度为2.3%,位居所有元素第六位,显著高于锂元素的0.0017%。其次,技术的革新进步,钠离子电池的成本远低于锂离子电池,并且钠离子电池安全性更高,倍率性能与低温性能也更加优异。如此优势,各大企业纷纷入股,钠电池赛道愈发火热。

多场景发力:储能+两轮车+动力

当前,新能源配储是未来趋势,钠电池特性与储能场景需求高度贴合,有望在储能市场发展中发挥核心作用,推动电池空间的第三次跃升,迎来十万亿级市场。

随着新能源发电占比持续提升,储能发展的迫切性同步提升。2021年中国的可再生能源占比已经达到14%,以风力和光伏发电为主。在当前新能源发电占比显著提升的情况下,可再生能源的消纳问题凸显,需要储能协同发展。发电测和电网侧对储能的关注点主要在于经济性、安全性和寿命,能量密度的优先级较低。钠离子电池的特性与储能场景要求高度贴合,未来在储能领域的发展空间将随着技术进步不断扩大。

两轮电动车市场主要消费群体为低消费人群,对价格十分敏感。目前,锂离子电池原材料价格大幅上涨,导致锂电池在市场竞争中处于劣势。钠离子电池则抓住机遇乘势而起,钠离子电池具有低成本、安全性强等特性,且钠离子电池在低温下的容积保持率高,可在低至- 40℃下工作,是铅酸电池更好的替代品。当前市场,铅酸电池被替代将成趋势,但锂电池的高价使其渗透率提升大幅减缓,未来钠离子电池渗透率有望快速提升,在电动两轮车市场上前景广阔。

在动力领域中,钠离子电池则主要面向乘用车市场与商用车市场。在乘用车市场中,主要应用于低速车,此类电动车里程要求较低,对电池能量密度要求较低,一般使用家用充电桩即可完成,充电便捷性高。在商用车市场中,则应用于公交与物流车,公交车营运线路固定、路线长度较短,对配电量要求较低;同时统一配置充电较便利和高效。物流车使用场所单次充电里程要求较低,速度需求低,综合对电池能量密度要求不高,且同样适合集中配置充电设施。在动力应用场景中,钠电池有望在低速乘用车、物流车、公交等细分领域突破 。

随着各大厂商的钠电池技术的逐步突破,第一批钠离子电池产能逐渐投放。在产能投放之后,随着钠离子电池的多场景发力,会有更多的厂商看见钠离子电池的发展前景,产业链建设也将加速推进,规模效应将进一步展现。未来钠离子电池市场空间和需求量将不断释放,发展前景广阔。

钠电前景广阔,企业龙头愈发加码,各大企业、厂商也不甘示弱,纷纷推动钠离子电池技术发展,钠电加码狂飙。当前,钠离子电池化学体系多样,23年初有望实现产业化。

宁德时代:主推普鲁士白正极

在正极材料方面,宁德时代主推普鲁士白正极,通过技术创新,对材料体相结构进行电荷重排,重新设计材料表面,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题;针对普鲁士白体系的痛点:结晶水问题、钠离子脱嵌时晶格常数变化问题、导电性问题,宁德时代进行多个材料+工艺创新设计,提高了普鲁士白正极的可用性。宁德时代通过材料技术创新,突破产品性能瓶颈,加速钠电池狂飙。

中科海钠:引领层状氧化物体系

中科海纳脱胎于中科院物理所陈立泉院士(中国锂电鼻祖)团队,研发实力国际领先,产业化应用领先于同行,目前拥有钠电池核心专利26项。当前,中科海纳专注于层状氧化物路线,主打高性价比,产品综合性能优异,大力发展层状氧化物体系技术,引领层状氧化物体系,并同时加速企业商业化进程,叠加储能电站项目落地,加速企业发展,推动钠电池狂飙。

鹏辉能源:独家押注硫酸铁钠

鹏辉能源增资入股布局硬碳,在保障原材料供应的同时,有望收获性价比优势。在众钠能源方面,采用聚阴离子技术路线,自主研发硫酸铁钠系正极材料,正极添加硫酸亚铁及碳纳米管,搭配硬碳负极和高氯酸钠电解液(添加剂FEC),可实现高工作电压、高循环稳定性和优异的倍率性能。而技术的进步,则有望助推钠电池狂飙。

小结

钠电池赛道持续火热,钠离子电池细分领域应用有望实现多点突破,钠电池产业化0-1质变,开始狂飙。而钠电池狂飙的背后,除了政策的添油,还有技术、行业(应用场景)、企业的多方面加码。未来,钠电池赛道竞争如何,发展如何,受技术发展因素影响很大。企业在应用场景中如何进行技术革新,决定了钠电池在未来如何狂飙。

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