18日下午,伊維經濟研究院研究部總經理、中國電池產業(yè)研究院院長吳輝在會上發(fā)表了題為《鈉離子電池市場機會研究》的主題演講,分享了鈉離子電池產業(yè)現狀、國內外政策、正負極材料技術路線、成本與應用場景、產業(yè)化發(fā)展趨勢等,電池網摘選了其部分精彩觀點,以饗讀者:
鈉離子電池主要應用場景包括電動二輪車、三輪車、A00級電動車、重卡、船舶、儲能等領域。除上述領域外,隨著鈉離子電池技術的不斷突破帶來的能量密度提升,以及基于創(chuàng)新的電池PACK方式,鈉離子電池還可通過與鋰離子電池等其他產品混搭、串聯(lián)、并聯(lián)、集成的方式應用在新能源汽車領域。
“鈉離子電池目前處于產業(yè)化的前期,從材料體系來看,正極材料、負極材料、電解液、隔膜發(fā)生了一些變化,但是變化又不大,這樣對產業(yè)化的發(fā)展非常有幫助。”吳輝介紹,“從鉛酸到鋰電的轉型,很難有鉛酸企業(yè)真正轉型做鋰電很成功的。但是鋰電池企業(yè)做鈉離子電池相對比較容易,未來在鈉離子電池產業(yè)中,能夠崛起的企業(yè),有可能還是現在的鋰電池企業(yè)。”
鈉離子電池正負極材料技術路線
“鋰電池面臨三元材料和磷酸鐵鋰技術路線的競爭,鈉離子也有一些技術路線競爭,這個是非常有意義的,行業(yè)的不確定性,增加了我們投資的風險性,也提高了看準方向的收益,這是需要重點關注的。”在正極材料方面,吳輝介紹,目前鈉離子電池主要有過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類化合物三種主流正極材料。
層狀氧化物優(yōu)點是可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技術轉化容易,但容易吸濕,循環(huán)性能稍差;普魯士藍類似物具有工作電壓可調、可逆比容量高、能量密度高、合成溫度低等優(yōu)勢,但也存在導電性差、有結晶水、庫倫效率地等不足;聚陰離子化合物的優(yōu)勢則在于工作電壓高、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)好、空氣穩(wěn)定性好,不過其可逆比容量低,且部分含有有毒元素。
吳輝表示,目前布局鈉離子電池正極材料的公司代表性公司有容百科技、振華新材、當升科技,其他布局的企業(yè)還有廈門鎢業(yè)、長遠鋰科、多氟多、格林美、中偉股份、美聯(lián)新材等,另外部分鈉離子電池生產企業(yè)如中科海納等也自產鈉離子電池正極材料。
在負極材料方面,可用于鈉離子電池的負極材料類別有金屬化合物、碳基材料、合金類材料、非金屬單質等,鈉離子電池負極材料主要企業(yè)包括:貝特瑞、杉杉股份、星城石墨、翔豐華、凱金能源、中科海鈉、佰思格等。其中大部分企業(yè)采用的是硬碳技術路線,中科海鈉依托華陽股份無煙煤優(yōu)勢采用較為便宜的軟碳方案。
軟碳和硬碳的主要區(qū)別主要來自于前驅體的微觀結構,如果是煤、石油焦、瀝青這樣層間交聯(lián)作用較弱的前驅體,則制備出的材料為軟碳。硬碳前驅體則主要是生物質、合成樹脂、及碳水化合物這一類層間交聯(lián)作用較強的材料。
軟碳通常是指2800℃以上容易石墨化的碳材料,有序度較高,軟碳層間范德華力較弱,在高溫下具有較大的移動能力,因此容易形成易結晶的石墨;硬碳層間具備較強的交聯(lián)相互作用,即使在2800℃以上也難以完全石墨化的碳,有序度較低。
吳輝表示:“我們通過研究發(fā)現,鈉離子電池的負極材料跟鋰電池的天然/人造石墨相比,石墨化的溫度相對低一點,人造石墨需要3000℃以上,石墨化周期需要3周以上,但是硬碳和軟碳降到1000多℃,而且碳化周期也減少了,這是可以把成本降下來的關鍵因素。”
鈉離子電池產業(yè)化發(fā)展趨勢
吳輝分析稱,從成本來看,2021年鈉電池實際生產成本約0.7元/Wh,甚至高于1元/Wh。而當前行業(yè)平均磷酸鐵鋰電池成本約0.51元/Wh左右,三元電池0.64元/Wh左右,而當碳酸鋰價格漲到50萬元/噸時,相應的磷酸鐵鋰電池和三元電池的成本都接近1元/Wh,鈉離子電池現階段相對于鋰電池并沒有非常明顯的價格優(yōu)勢。
從產業(yè)鏈培養(yǎng)方面來看,一是鈉離子電池的上游原材料生產企業(yè)數量較少,規(guī)?;潭炔桓?。二是多數企業(yè)僅僅具備鈉離子電池正、負極材料,電解液等原材料的研發(fā)成果或者處于正在布局的階段。因此,目前鈉離子電池的產業(yè)鏈布局尚不完善,具有技術儲備的企業(yè)在生產設備和制備工藝方面尚不成熟,故鈉離子電池在產業(yè)鏈培養(yǎng)上仍然存在較大缺陷,對鈉離子電池形成規(guī)模化生產造成較大的制約影響。
從技術缺陷改進方面來看,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構穩(wěn)定性和動力學性能上要求更為嚴苛。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。這些技術缺陷大大制約了其應用市場以及產業(yè)化進度。
從產品穩(wěn)定性驗證來看,一款電池產品從市場調研和需求識別—總體方案設計—產品研發(fā)—研究測試—設計定制—量產所需要的周期較長,其中在客戶方面認證通過時間一般由半年到一年不等,當產品小規(guī)模應用后,問題的出現與反饋也要經歷至少一到兩年的周期。
通過上述對影響鈉離子電池產業(yè)化關鍵性因素的分析,吳輝認為,從上游供應端來看,由于制備工藝不成熟,生產設備不完善,產業(yè)鏈尚不完善等因素,導致鈉離子電池生產效率較低,產品一致性較差,生產良率不高,成本優(yōu)勢還未體現,鈉離子的產業(yè)化進程還處于初期階段。從下游需求端來看,理論上,鈉離子電池可廣泛的應用在電動兩輪車、低速電動車、儲能等領域,EVTank預測鈉離子理論市場空間到2026年將達到369.5GWh,但是從目前的應用現狀來看,僅有個別儲能領域的示范項目,兩輪車領域雖已有訂單,估計完全裝機出貨至少在2023年初,產品將進行一段時間的市場驗證和消費者體驗反饋,因此大規(guī)模應用還沒有穩(wěn)定的剛性需求,即便是寧德時代已經明確將在2023年開始推出鈉離子電池,EVTank預計鈉離子電池實現產業(yè)化發(fā)展也將在2025年之后。
原標題:鈉電池成本優(yōu)勢還未體現 產業(yè)化發(fā)展將在2025年之后