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新能源時代，汽車往往不受制于油，而受制于鋰。如何擺脫鋰資源稀缺的約束呢？寧德時代等中下游廠商試圖找到解決辦法。他們把目光投向了“塵封已久”的鈉離子電池。
前些時候，寧德時代董事長助理孟祥峰表示，通過鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化解決部分鋰資源供應(yīng)緊張和鋰價暴增問題。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化真的來了嗎？在法恩萊特創(chuàng)始人、中國發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎人物獎獲得者邵俊華看來，鈉離子電池仍需要解決高溫循環(huán)產(chǎn)氣、低溫循環(huán)充電以及高壓循環(huán)壽命三大難題。他認(rèn)為，目前正極材料技術(shù)路線尚未確定，不適合大規(guī)模量產(chǎn)，預(yù)計至2024年甚至再晚一些方能產(chǎn)業(yè)化。
被高價鋰逼出來的鈉
自2022年3月突破50萬元/噸之后，碳酸鋰價格一度震蕩下行。據(jù)Wind數(shù)據(jù)，在50萬元下方徘徊了半年后，碳酸鋰價格再度攀升，9月底又一次突破50萬元/噸，11月初漲至超55萬元/噸。11月10日，碳酸鋰價格報57萬元/噸，逼近60萬元/噸大關(guān)。目前46萬/噸的價格依然處于高位，而在2020年12月，碳酸鋰價格尚不足5萬元/噸。
一年光景，碳酸鋰價格漲近十倍，中下游廠商苦不堪言。但是鋰資源又恰恰是鋰電池體系中不可替代的。那為何不更改材料體系，將鋰改為化學(xué)性質(zhì)較為相似的鈉元素？鈉離子電池與鋰離子電池幾乎同時起步，不過，鋰電池在20世紀(jì)90年代成功商業(yè)化，鈉離子電池卻一直發(fā)展緩慢。直到2020年，才開始應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，走向產(chǎn)業(yè)化。
在如今鋰價高企的背景下，廣泛分布且低成本的鈉再度受到重視。
“從整體上講，（鈉離子電池）成本具有優(yōu)勢；安全性上，也具有優(yōu)勢。尤其是在緩解鋰資源的壓力方面，比如鈉元素儲備比較豐富。此外，鈉離子電池對鋰電池設(shè)備的兼容性強(qiáng)。在電解液、隔膜研發(fā)這塊，也可以借鑒鋰電池相關(guān)成熟的技術(shù)。”10月28日，邵俊華對《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者表示。
圖片來源：頭豹研究院2021年中國鈉離子電池行業(yè)研究短報告
隆眾資訊分析師王娟11月4日告訴記者：“鈉元素在地球上分布非常廣，而我國目前使用的鋰資源大部分是進(jìn)口的。國內(nèi)鋰礦主要集中在西南地區(qū)，且礦的品位不是很高。”
頭豹研究院向記者提供的發(fā)布于2021年8月的報告顯示，鈉資源的地殼豐度達(dá)2.75%，在地殼中的豐度位居第6位，且鈉資源分布于全球各地。而鋰離子的地殼豐度為0.0065%，且資源分布不均，75%的鋰資源分布在南美洲地區(qū)。
根據(jù)上述報告，鋰電池正極材料磷酸鐵鋰的報價為17萬元/噸左右。相比起來，鈉電池的價格更顯“親民”。其中，正極材料如銅鐵錳層狀氧化物價格約為2.9萬元/噸、鎳鐵錳層狀氧化物約為4.2萬元/噸、普魯士白類為2.6萬元/噸。
據(jù)傳藝科技（002866.SZ）此前披露，鈉電池的電池材料量產(chǎn)成本要比磷酸鐵鋰電池便宜約30%～40%，隨著工業(yè)化進(jìn)一步完成，成本應(yīng)該會更低。如今，碳酸鋰價格已經(jīng)逼近60萬元/噸大關(guān)，價格差距更加明顯。
資本市場競逐：鈉電概念受追捧
在A股市場，鈉離子電池概念股也廣受追捧，代表公司之一便是傳藝科技。6月22日晚間，傳藝科技披露設(shè)立孫公司江蘇傳藝鈉電科技有限公司（以下簡稱傳藝鈉電），宣布布局鈉電池業(yè)務(wù)，6月23日旋即漲停。自6月20日至11月16日，傳藝科技區(qū)間漲幅高達(dá)289.28%。
就連鋰電龍頭寧德時代也在積極布局鈉離子電池。頭豹研究院認(rèn)為，2017年以來，寧德時代凈利潤逐年增加，但毛利率卻持續(xù)下降，從2017年約44%降至2020年約28%。2021年，毛利率進(jìn)一步降至26.28%，2022年一季度更是一度降至14.48%，主要原因就在于上游原材料價格持續(xù)上漲。
降低對鋰的依賴，或許也是寧德時代的必然選擇。隨著技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，發(fā)展鈉離子電池可降低被上游鋰資源卡脖子的風(fēng)險，并可作為一種有效的技術(shù)儲備。
寧德時代也在行動。2021年7月29日，寧德時代發(fā)布了第一代鈉離子電池。該電池電芯單體能量密度達(dá)到160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上；在﹣20℃低溫環(huán)境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上。
2022年1月，寧德時代公告稱，根據(jù)英國蘭卡斯特大學(xué)、劍橋大學(xué)等多個機(jī)構(gòu)的科學(xué)家聯(lián)合撰寫的論文《2021年鈉離子電池的路線圖》，以及根據(jù)部分鈉離子電池生產(chǎn)商的公開信息，世界領(lǐng)先的鈉離子電池已經(jīng)做到了100Wh/kg～160Wh/kg的能量密度（如Faradion公司2021年的鈉離子電池的能量密度達(dá)到了150Wh/kg）。寧德時代表示，第二代鈉離子電池電芯單體能量密度將突破200Wh/kg。要知道，磷酸鐵鋰電芯單體能量密度最高也只在210Wh/kg附近。
由此，寧德時代擘畫的鈉離子電池藍(lán)圖也不斷吸引新的入局者。
10月24日，傳藝科技稱，稱因下游需求旺盛，傳藝鈉電鈉離子電池項(xiàng)目原計劃一期2GWh產(chǎn)能建設(shè)、二期8GWh產(chǎn)能建設(shè)，現(xiàn)公司將項(xiàng)目二期部分產(chǎn)能建設(shè)前移，調(diào)整為一期4.5GWh產(chǎn)能建設(shè)，二期產(chǎn)能建設(shè)情況視一期項(xiàng)目進(jìn)展情況制定后續(xù)擴(kuò)產(chǎn)計劃。
10月27日早間，傳藝科技發(fā)布公告稱，公司鈉離子電池中試線設(shè)備安裝調(diào)試完成并投產(chǎn)，生產(chǎn)的鈉離子電池產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)參數(shù)為：單體能量密度150Wh/kg～160Wh/kg，循環(huán)次數(shù)不低于4000次。
《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者了解到，傳藝鈉電15萬噸電解液項(xiàng)目一期已于10月23日開工建設(shè)，預(yù)計12月底建設(shè)完成，項(xiàng)目全部建成達(dá)產(chǎn)后，可滿足百GWh鈉離子或者鋰離子電池需求，產(chǎn)值可達(dá)到百億元。
10月21日，寧德時代投資者關(guān)系記錄也顯示，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)。
三種技術(shù)路線之爭
在鋰離子電池正極領(lǐng)域，磷酸鐵鋰曾與三元鋰“糾纏”多年。
而在鈉離子電池領(lǐng)域，對正極材料的選擇也存在多種路線之爭。其中代表便是層狀氧化物、普魯士藍(lán)（白）和聚陰離子。據(jù)了解，層狀氧化物主打能量密度；普魯士藍(lán)（白）主打低成本；聚陰離子主打循環(huán)壽命。
目前，寧德時代第一代鈉離子電池采取普魯士白材料；北京中科海鈉科技有限責(zé)任公司（以下簡稱中科海鈉）采取層狀氧化物路線；傳藝科技則兼有層狀氧化物和聚陰離子。
鑫欏資訊分析師張金惠認(rèn)為：“三條路徑同步進(jìn)行，誰會勝出還不一定。”
這是因?yàn)槿舐肪€都存在優(yōu)缺點(diǎn)。張金惠說，層狀氧化物由于能量密度較高，循環(huán)性能優(yōu)異、倍率性能好，綜合性能優(yōu)異為目前鈉離子電池主流方向。然而也有空氣中穩(wěn)定性差、漿料容易果凍、克容量發(fā)揮不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
不過，傳藝科技相關(guān)工作人員在回應(yīng)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者提問時表示，層狀氧化物有各種技術(shù)路線，對相關(guān)問題也有不同的解決辦法，他本人沒有聽公司技術(shù)人員說過鈉電池正極材料出現(xiàn)層狀氧化物高溫產(chǎn)氣的問題。
“普魯士白最大問題在于結(jié)晶水，普魯士藍(lán)（白）還有毒，回收要倒貼錢。”張金惠表示，普魯士藍(lán)正極在熱失控情況下會釋放出氫氰酸、氰氣等劇毒氣體，該材料的制備涉及劇毒的氰化鈉，生產(chǎn)供應(yīng)需要具備特殊資質(zhì)。
據(jù)傳藝科技相關(guān)工作人員介紹，聚陰離子的穩(wěn)定性高、制造難度要比層狀氧化物簡單，但能量密度也低了很多，主要用于大型儲能。張金惠也表示，采取聚陰離子路線的廠商不多。
上述工作人員還表示，傳藝鈉電采用的是正極為層狀氧化物和聚陰離子、負(fù)極為硬碳的技術(shù)路線。“業(yè)內(nèi)對鈉電池的技術(shù)路線已經(jīng)達(dá)成共識，行業(yè)并沒有排斥其他技術(shù)路線，只是其他技術(shù)路線的一些問題在短時間內(nèi)都無法解決。”該工作人員認(rèn)為。
邵俊華則總結(jié)稱：“第一，需要改善高溫循環(huán)產(chǎn)氣；第二，需要改善低溫循環(huán)充電；第三，需要改善高壓循環(huán)壽命。就電解液廠商而言，要從新型添加劑出發(fā)，把方向摸透了，才能讓鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化。”
綜上所述，鈉離子電池很多技術(shù)尚在摸索之中。從目前的專利儲備看，中國寧德時代、英國Faradion走在行業(yè)前列。
智慧芽數(shù)據(jù)顯示，寧德時代及其關(guān)聯(lián)公司目前在鈉離子電池領(lǐng)域的專利申請共110余件，其中授權(quán)發(fā)明專利40余件，主要布局于正極活性物質(zhì)、普魯士藍(lán)、正極集流體等相關(guān)領(lǐng)域。
中科海鈉及其關(guān)聯(lián)公司目前在鈉離子電池領(lǐng)域的專利申請共30余件，其中授權(quán)發(fā)明專利7件，主要布局于正極材料、負(fù)極材料、電池組零部件等相關(guān)領(lǐng)域；傳藝科技相關(guān)工作人員介紹稱，公司目前在鈉離子電池領(lǐng)域的在申報專利有60件～70件。
國外廠商方面，英國Faradion及其關(guān)聯(lián)公司目前在鈉離子電池領(lǐng)域的專利申請共110余件，其中授權(quán)發(fā)明專利40余件，主要布局于電池電極、電解質(zhì)、堿金屬等相關(guān)領(lǐng)域；美國Natron Energy及其關(guān)聯(lián)公司目前在鈉離子電池領(lǐng)域的專利申請共10余件，其中授權(quán)發(fā)明專利6件，主要布局于電池電極、過渡金屬、金屬氰化物等相關(guān)領(lǐng)域。此外，日本岸田化學(xué)目前共有17件專利申請，該公司暫無與鈉離子電池直接相關(guān)的專利。
因此，智慧芽認(rèn)為，鈉離子電池作為前沿研發(fā)領(lǐng)域，目前各家廠商正在積極布局，專利儲備體量仍在持續(xù)增長中。相較而言，寧德時代與英國Faradion兩家企業(yè)在鈉離子電池領(lǐng)域的儲備較為豐富，均已超過百件。
“PPT電池”？鈉電量產(chǎn)仍有多個問題待解
鈉離子電池時代，真的來了嗎？
11月10日，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者實(shí)地走訪了位于江蘇高郵的傳藝科技及旗下公司傳藝鈉電。現(xiàn)場標(biāo)牌顯示，傳藝鈉電項(xiàng)目占地約140畝，計劃投資10億元，規(guī)劃建設(shè)15萬噸鈉（鋰）離子電池電解液。
記者在現(xiàn)場看到，一期項(xiàng)目的廠房已經(jīng)建成，二期項(xiàng)目工地上正在打地基，工人在搭建腳手架。施工方相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，一期項(xiàng)目的設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)場，預(yù)計2023年1月份就可以投產(chǎn)。
對于當(dāng)前鈉離子電池項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展，11月10日，傳藝科技工作人員介紹稱，公司的鈉電池項(xiàng)目和電解液項(xiàng)目總占地400余畝，總建筑面積12萬平方米，其中200MWh中試線已于10月27日投產(chǎn)，中試線使用廠房面積6000余平方米，總投資約5000萬元，購置設(shè)備100余臺套。
“在中試線投產(chǎn)前，正負(fù)極材料已經(jīng)在生產(chǎn)中，而電解液在初期則是通過外購方式獲得，后期將自主供應(yīng)，目前一期在建電解液項(xiàng)目產(chǎn)能與正負(fù)極材料項(xiàng)目產(chǎn)能是匹配的。”該工作人員表示，一期項(xiàng)目的廠房已經(jīng)建得差不多了，二期在建，一期項(xiàng)目將于2023年初投產(chǎn)，后續(xù)有個產(chǎn)能爬坡的過程，大概要兩到三個月。
該工作人員還表示，公司是在做鈉電池整條產(chǎn)業(yè)鏈，一期項(xiàng)目的正極材料主要生產(chǎn)層狀氧化物，且電解液的配方成熟，已處于行業(yè)領(lǐng)先位置。
與傳藝科技“紅紅火火”推進(jìn)項(xiàng)目不同，多位業(yè)內(nèi)專家在接受記者采訪時表示，鈉離子電池的量產(chǎn)可能并不容易。
“鈉電池和鋰電池雖是同一時代的產(chǎn)物，但是差距很大。當(dāng)前各家都還是實(shí)驗(yàn)室階段，市場上還很少，更多的是（停留在）‘PPT’”，張金惠認(rèn)為，“鈉離子電池暫時難以用到動力電池領(lǐng)域，儲能方面與磷酸鐵鋰還有很大差距。成本方面，確實(shí)少了40%。但循環(huán)次數(shù)少一大半，廢品回收上沒有價值，又要付出成本，儲能上打不贏磷酸鐵鋰。”
關(guān)于鈉離子電池技術(shù)難點(diǎn)，邵俊華直言：“正極材料還沒有大規(guī)模投產(chǎn)；正極材料的循環(huán)穩(wěn)定性還有待提高。鋰離子電池發(fā)展多年，比如磷酸鐵鋰循環(huán)壽命能達(dá)到1萬次，這是沒法比的。此外，負(fù)極目前只能選擇硬碳，它對整個電池首次充換電庫倫效率較低，且價格也偏高。”
上述是正極材料方面的問題。另外，在電解液方面，邵俊華表示：“目前電解液也處于摸索階段，市場上用得多的是六氟磷酸鈉。”電芯方面，邵俊華認(rèn)為單體能量密度偏低，只有100Wh/kg出頭。
電芯最關(guān)鍵的指標(biāo)是能量密度。隆眾資訊分析師王娟認(rèn)為：“鈉離子直徑比鋰離子要大，鈉離子電池在體積上來說能量密度肯定比不上鋰離子電池。在導(dǎo)電性上，鈉離子的嵌入、脫嵌難度比鋰離子要大，因此鈉離子想流動起來更難。這個應(yīng)該可以通過技術(shù)路線的選擇得到改善，關(guān)鍵難的還是能量密度。”
“在實(shí)驗(yàn)室，（鈉離子電池）循環(huán)次數(shù)確實(shí)可以達(dá)到磷酸鐵鋰的水平，但這只是實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)，與規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)的結(jié)果存在一定差別。”王娟認(rèn)為，“（鈉離子電池）2023年量產(chǎn)是可能的，應(yīng)用在動力電池有點(diǎn)困難，用在儲能上還是可以的。”
此外，王娟也表示：“理論上鈉離子電池較鋰離子電池成本低很多。但目前鋰離子電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈并沒有搭建起來。從產(chǎn)業(yè)鏈角度，鈉離子電池較鋰離子電池目前并不具備成本優(yōu)勢。”
原標(biāo)題：距離鈉離子電池真正火熱還有多遠(yuǎn)？
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