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從2年翻10倍的鋰、頻繁暴漲暴跌的鎳，到“承受不來(lái)”紛紛漲價(jià)的新能源車企、緊接著當(dāng)局召開的行業(yè)摸底座談會(huì)，一個(gè)個(gè)不斷傳出的重磅消息讓人目不暇接。
不過(guò)，話題再多，歸根結(jié)底還是同一個(gè)核心：價(jià)格太貴。
目前較為普遍的共識(shí)是，供需關(guān)系的緊張是推高鋰、鎳、鈷等鋰電池原材料價(jià)格的重要因素。近年來(lái)，新能源汽車市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，而鋰鹽等資源開采供給受限，再疊加全球疫情影響，進(jìn)一步放大了價(jià)格的波動(dòng)。盡管近期受政府調(diào)節(jié)及后續(xù)產(chǎn)能逐步釋放的影響，鋰價(jià)已開始企穩(wěn)，但長(zhǎng)期來(lái)看，由于鋰礦等材料屬于不可再生資源，價(jià)格最終仍將受制于供需關(guān)系。因此，在通過(guò)提高供給量調(diào)節(jié)市場(chǎng)價(jià)格的同時(shí)，還需尋找新的可替代電池材料來(lái)源，并做好現(xiàn)有材料的循環(huán)利用。
面對(duì)水漲船高的鋰價(jià)，市場(chǎng)自然不可能一直無(wú)動(dòng)于衷。實(shí)際上對(duì)于鋰電池替代品的研究和布局早已開始，而近期鈉離子、氫燃料等各種新一代電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化情況也再次受到了市場(chǎng)的高度關(guān)注。
那么，鋰電池真的有可能被取代嗎？動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向究竟如何？
· 鈉離子電池 ·
高性價(jià)比潛力足，有待技術(shù)提升規(guī)?；?br />
3月初，鈉離子電池研發(fā)公司眾鈉能源宣布，該公司獲得了由碧桂園創(chuàng)投獨(dú)家領(lǐng)投的新一輪融資。碧桂園創(chuàng)投表示，看好鈉離子電池未來(lái)成為儲(chǔ)能市場(chǎng)的主流產(chǎn)品之一，同時(shí)在低速電動(dòng)車市場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)部分的取代鋰電池和鉛酸電池。這也是目前市場(chǎng)對(duì)于鈉離子電池應(yīng)用前景的代表性觀點(diǎn)。
上世紀(jì)70年代末，鈉離子與鋰離子電池研究幾乎同步開展。然而，由于在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下，鈉離子電池的能量密度和循環(huán)性能較為有限，鋰離子電池更受到人們的關(guān)注。而隨著近年鋰資源分布不均、開發(fā)利用困難等問(wèn)題逐漸暴露，于是資源分布廣、利用成本低的鈉離子電池又重新回到了人們的視野。
成本方面，與存量稀少的鋰相比，鈉是地殼中含量較高的幾種元素之一，原材料碳酸鈉資源豐富、價(jià)格低廉穩(wěn)定，10年價(jià)格保持在1-4千元/噸。
鈉離子電池中正極材料多選用鐵、錳、銅等元素，負(fù)極所用硬碳工藝要求更低，幾乎擺脫對(duì)于價(jià)格昂貴的鎳、鈷等稀有元素的依賴，且選擇范圍更廣。
同時(shí)，還可使用更為廉價(jià)的鋁箔替代傳統(tǒng)鋰離子電池中的銅箔集流體，從而進(jìn)一步降低電池成本。
據(jù)研究顯示，銅基鈉離子電池原材料成本為0.29元/Wh，磷酸鐵鋰電池材料成本為0.43元/Wh，鉛酸電池成本為0.40元/Wh，鈉離子電池材料具備顯著成本優(yōu)勢(shì)，比磷酸鐵鋰電池低約1/3。
資料來(lái)源：國(guó)泰君安證券研究
性能方面，鈉離子電池能量密度優(yōu)于鉛酸，基本與磷酸鐵鋰持平。目前，商業(yè)化鈉離子電池能量密度在100~160Wh/kg，顯著高于鉛酸電池的30~50Wh/kg，比發(fā)展成熟的磷酸鐵鋰電池低10%~20%，但實(shí)驗(yàn)條件下已能做到200Wh/kg。
鈉離子電池所用電解液適用溫度區(qū)間更寬，可達(dá)到-40~80°C，在-20°C下容量保持率大于88%，遠(yuǎn)高于其他電池，使其能夠解決冬季電動(dòng)車充電難，以及高寒地區(qū)儲(chǔ)能電站效率低的問(wèn)題，同時(shí)由于材料內(nèi)阻高、熱穩(wěn)定性高、放熱功率低，相比鋰電池在安全穩(wěn)定性上更有優(yōu)勢(shì)。
最重要的是，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相同，組成結(jié)構(gòu)類似，很大程度上二者的產(chǎn)線可以兼容，大大降低了產(chǎn)業(yè)化難度。
不過(guò)，理論雖然看起來(lái)很美好，但現(xiàn)實(shí)中的“硬傷”也同樣不容忽視。
從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，鈉的離子半徑比鋰更大，所以活性比鋰要低，這使得它在能量密度和循環(huán)特性上的表現(xiàn)都不如鋰。鈉電池能否與鋰電池一較高下，取決于它是否具備足夠經(jīng)濟(jì)性，也就是說(shuō)，是否能以更低的成本達(dá)到更接近鋰電池的性能。
國(guó)泰君安近期在研報(bào)中指出，盡管鋰電池制造成本相對(duì)較高，但它的能量密度提升空間同樣較大，投入商業(yè)化30年來(lái)，通過(guò)不斷的技術(shù)升級(jí)，鋰電池實(shí)現(xiàn)的降價(jià)幅度高達(dá)97%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋰離子電池年降本幅度約為13%，考慮能量密度后，年降本幅度在原基礎(chǔ)上還能再提升4個(gè)百分點(diǎn)。
而鈉離子電池目前由于未開始量產(chǎn)，電芯材料成本較理論更高，仍在0.4-0.5元/Wh，同磷酸鐵鋰成本相當(dāng)。加上折舊等制造成本，總成本超過(guò)1元/Wh，同鋰電池比尚不具備經(jīng)濟(jì)性。待大規(guī)模量產(chǎn)后，隨著制造成本被攤薄，鈉離子電池將具備顯著成本優(yōu)勢(shì)。
目前，大多數(shù)商業(yè)化鈉離子電池能量密度集中在140-150Wh/kg，如果電芯能量密度能提升至180Wh/kg，鈉離子電池能夠真正打破磷酸鐵鋰競(jìng)爭(zhēng)格局。磷酸鐵鋰電池電芯密度的改進(jìn)方法主要集中在改進(jìn)工藝和電解液配方，進(jìn)一步采用刀片結(jié)構(gòu)、JTM結(jié)構(gòu)、大圓柱等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)方案，不斷突破應(yīng)用上限。鈉離子電池也可以通過(guò)類似的方法對(duì)電芯和系統(tǒng)能量密度進(jìn)行改進(jìn)。
另一方面，電池循環(huán)壽命也可以通過(guò)材料體系和制造工藝的成熟不斷改進(jìn)。鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化初期的壽命也僅有500-600次左右，提升到如今的4000次以上僅用了不到5年的時(shí)間。如果鈉離子電池壽命能夠達(dá)到10000次，將在儲(chǔ)能應(yīng)用上顯示出優(yōu)異的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
圖：電池循環(huán)壽命比較
資料來(lái)源：公司官網(wǎng)、國(guó)泰君安證券研究
長(zhǎng)期來(lái)看，鈉離子擁有同磷酸鐵鋰比肩的潛力，疊加其低成本、高安全優(yōu)勢(shì)，有望在能量密度要求不高的低速電動(dòng)車和儲(chǔ)能領(lǐng)域占據(jù)一席之地。
國(guó)泰君安認(rèn)為，由于鈉電產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)同鋰電高度類似，中游鋰電廠商具備先發(fā)優(yōu)勢(shì)。其中以寧德時(shí)代為首的鋰電龍頭企業(yè)具備規(guī)?；鹆垦杆?、上下游客戶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定兩大優(yōu)勢(shì)，而中科海鈉等專注鈉離子的企業(yè)研發(fā)基礎(chǔ)雄厚、量產(chǎn)走在世界前列，有利于其先行開拓儲(chǔ)能市場(chǎng)。由于上游所需原材料不同，預(yù)期屆時(shí)還將助力一批傳統(tǒng)化工企業(yè)向新能源方向轉(zhuǎn)型。
目前，包括寧德時(shí)代、中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、鵬輝能源、欣旺達(dá)在內(nèi)的多家公司均已布局鈉離子電池，中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、眾鈉能源已經(jīng)開始量產(chǎn)。隨著2021年7月鋰電龍頭寧德時(shí)代公布第一代商業(yè)化鈉離子電池，鈉離子產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，預(yù)計(jì)2023年鈉電產(chǎn)業(yè)鏈基本形成。
與鋰電池相比，鈉離子電池的定位傾向于更經(jīng)濟(jì)的高安全儲(chǔ)能電池，作為動(dòng)力電池更適用于對(duì)能量密度要求較低的中低速電動(dòng)車，未來(lái)規(guī)?；涞睾螅瑢⒂型糟U酸電池的價(jià)格，實(shí)現(xiàn)鋰電池的性能。
· 氫燃料電池 ·
政策大力扶持，增速有望爆發(fā)
3月23日，國(guó)家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》，對(duì)我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)做出分析和規(guī)劃，對(duì)氫能發(fā)展提出了方向性指導(dǎo)和政策上明確的支持。
值得注意的是，規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)了氫燃料與鋰電池純電動(dòng)汽車的互補(bǔ)發(fā)展。氫能基燃料電池車的發(fā)展與鋰電池純電動(dòng)汽車不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，而是各自適應(yīng)不同的領(lǐng)域，燃料電池車將在中重型的客車、貨車中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，與鋰電形成互補(bǔ)，推動(dòng)交通領(lǐng)域的綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。
中泰證券指出，短期內(nèi)氫能及燃料電池車、氫氣作為儲(chǔ)能手段在調(diào)峰、分布式發(fā)電、工業(yè)等領(lǐng)域的示范應(yīng)用將是目前具備條件并將優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域。
氫燃料電池實(shí)際上是基于氫氣和氧氣/其他氧化劑進(jìn)行氧化還原反應(yīng)而制作的發(fā)電裝置。如果說(shuō)鋰電池是儲(chǔ)能的充電寶，那么氫燃料電池就是以氫為原料的微型發(fā)電機(jī)。
由于氫電池是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，中間不經(jīng)過(guò)燃燒過(guò)程，因而能量轉(zhuǎn)化效率高，一般在45%～ 60%，高于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，也高于火力發(fā)電和核電的約30%～40%的效率。
與鋰電池相比，氫燃料電池的加氫速度和充放電速度更快，續(xù)航能力更強(qiáng)，因此首先主要被應(yīng)用在巴士、物流車等商用車輛領(lǐng)域。同時(shí)，適用于氫燃料電池汽車的質(zhì)子交換膜燃料電池以高分子質(zhì)子交換膜為傳導(dǎo)媒介，發(fā)電過(guò)程無(wú)需加壓或減壓，也不使用任何化學(xué)液體，安全性和環(huán)保性相對(duì)更高。
表：氫燃料電池關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)
資料來(lái)源：中國(guó)氫能聯(lián)盟《中國(guó)氫能及燃料電池產(chǎn)業(yè)手冊(cè)（2020）》、天風(fēng)證券研究所
另一方面，目前氫電池最大的問(wèn)題在于制造成本較高。氫燃料電池成本結(jié)構(gòu)中，占比最高的為燃料電堆，成本達(dá)30%；而燃料電堆中成本占比最高的為催化劑，占比達(dá)36%，因?yàn)槿剂想姸汛呋瘎┲饕獮殂K金屬，與鋰、鎳等金屬相比，成本更加高昂。氫燃料電動(dòng)車中，電池和儲(chǔ)氫系統(tǒng)占據(jù)整車成本的65%，遠(yuǎn)高于鋰離子純電動(dòng)汽車的電池成本占比。
圖：氫燃料電池系統(tǒng)的成本構(gòu)成
資料來(lái)源：產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng) 、天風(fēng)證券研究所
天風(fēng)證券分析指出，近年來(lái)，隨著氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈核心材料和關(guān)鍵部件國(guó)產(chǎn)化水平持續(xù)提升，氫電池的價(jià)格快速下降。根據(jù)GGII在2021年初的分析，2020年我國(guó)燃料電池系統(tǒng)和電堆的價(jià)格已經(jīng)實(shí)現(xiàn)20%-50%幅度的下調(diào)， 2021年燃料電池電堆及系統(tǒng)有望繼續(xù)降價(jià)30%左右。
隨著電池系統(tǒng)及儲(chǔ)氫技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)和材料的突破，規(guī)?；a(chǎn)、技術(shù)成熟度的提高，氫電池成本下降的趨勢(shì)有望持續(xù)。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，2035年我國(guó)氫燃料電池系統(tǒng)的生產(chǎn)成本將降至800元/kW，為當(dāng)前的五分之一，2050年進(jìn)一步降至300元/kW。目標(biāo)是2035年，氫燃料電池汽車成本將具有與內(nèi)燃機(jī)汽車同等的競(jìng)爭(zhēng)力并基本接近國(guó)外先進(jìn)水平。
此外，有專業(yè)人士指出，與鋰電池相反，隨著規(guī)?；陌l(fā)展，燃料電池的邊際成本將會(huì)越來(lái)越低。鋰電池電動(dòng)車越多，對(duì)充電樁等配套基礎(chǔ)設(shè)施的需求增加，對(duì)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)就越重；對(duì)鋰和鈷等貴金屬的需求量也越大，還要考慮回收等問(wèn)題，因此邊際成本實(shí)際上會(huì)越來(lái)越高。但是氫燃料電池不同，隨著氫電動(dòng)車的增加，加氫站的建設(shè)成比例增長(zhǎng)，就像加油站，一旦形成規(guī)模化的固定網(wǎng)絡(luò)后，邊際成本也會(huì)隨之降低。
交通運(yùn)輸領(lǐng)域作為目前關(guān)注度最高的氫燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)計(jì)將成為氫能和燃料電池下游應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展的突破口，并逐漸向儲(chǔ)能、工業(yè)、建筑領(lǐng)域拓展。過(guò)去的十多年里，在產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼和國(guó)家支持政策等措施激勵(lì)下，中國(guó)氫燃料電池客車、物流車等商用車的應(yīng)用已經(jīng) 領(lǐng)先于其他氫燃料電池汽車。未來(lái)的20-30年，隨著技術(shù)突破與規(guī)模效應(yīng)帶來(lái)的成本下降， 氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場(chǎng)化進(jìn)程將加快。
圖：截至2019年底我國(guó)氫燃料電池汽車運(yùn)行情況
資料來(lái)源：車百智庫(kù)《中國(guó)氫能發(fā)展報(bào)告2020》、新能源汽車國(guó)家檢測(cè)與管理平臺(tái)、天風(fēng)證券研究所
預(yù)計(jì)在一段時(shí)間內(nèi)，氫燃料電池和鋰電池的應(yīng)用將處于并行互補(bǔ)的狀態(tài)。而在近期國(guó)家政策大力扶持下，氫燃料電池的增長(zhǎng)速度有望迎來(lái)一波爆發(fā)。
目前國(guó)內(nèi)多個(gè)汽車品牌已參與到氫燃料電池汽車的研發(fā)生產(chǎn)中，包括上汽集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車、廣汽集團(tuán)、長(zhǎng)安汽車、宇通客車、福田汽車等，均是布局氫燃料電池整車研發(fā)與應(yīng)用，掌握核心技術(shù)的整車企業(yè)。
布局氫燃料電池系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件，具備技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的零部件企業(yè)，包括上汽集團(tuán)旗下擬上市的捷氫科技、億華通、濰柴動(dòng)力、威孚高科、泛亞微透等，同樣也值得關(guān)注。
· 結(jié)語(yǔ) ·
在減碳減排、可持續(xù)發(fā)展的全球大趨勢(shì)下，尋找更高效、更環(huán)保的動(dòng)力能源無(wú)疑將成為必然的選擇。
無(wú)論是鈉離子電池還是氫燃料電池，都是未來(lái)極具潛力的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，同時(shí)也都擁有自身的獨(dú)特定位，在實(shí)際應(yīng)用上與鋰離子電池互為補(bǔ)充；
鋰離子電池在固態(tài)化等技術(shù)升級(jí)上也仍存在很大的提升空間，短期內(nèi)鋰電在乘用車領(lǐng)域的應(yīng)用很難被取代。
或許有一天，氫燃料能帶領(lǐng)新能源應(yīng)用產(chǎn)業(yè)邁向新的紀(jì)元，不過(guò)這將是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程，還需要不斷的去嘗試和探索。
誰(shuí)才是動(dòng)力電池的明日之星，你是怎么認(rèn)為的呢？
原標(biāo)題：鋰電池真的能被取代嗎？
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