近兩年，隨著鋰電池原材料碳酸鋰價(jià)格持續(xù)飆升、鋰資源爭奪戰(zhàn)升級(jí)，很多企業(yè)為了控制產(chǎn)品成本和利潤，不得不開始尋求其他出路。對(duì)比之下，鈉離子電池因資源豐富、成本更優(yōu)，吸引了廣泛產(chǎn)學(xué)研單位和企業(yè)加碼布局。
江蘇?；履茉垂煞萦邢薰究偨?jīng)理、總工程師葛科表示：鈉離子電池短時(shí)間內(nèi)無法取代鋰離子電池，鈉離子電池的目標(biāo)是搶占鉛酸電池市場(chǎng)！
01 鋰電池為何熱衷跨界鈉電池？
多位專家分享行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)提到，目前從事鈉離子電池相關(guān)企業(yè)已超過150多家，其中大部分是從鋰電池行業(yè)跨界而來。葛科認(rèn)為，其背后原因體現(xiàn)在幾個(gè)方面。
第一，鈉電池和鋰電池其實(shí)有很多相似之處，在技術(shù)研發(fā)來說，鈉電池的一些工藝流程、控制方法，確實(shí)跟鋰電池非常類似。
第二，在開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)兩者并不矛盾甚至是相輔相成的關(guān)系。從性能來看，鈉電池在寬溫性能比較好、能量密度等方面表現(xiàn)出色，例如目前海基新能源開發(fā)的鈉電池寬溫性非常好，零下40度在0.5C或1C的充放倍率條件下，鈉離子電池深度放電可以做到90%左右，最難得的是鈉離子電池在零下20度仍然可以充電，而鋰電池?zé)o法與之媲美。“所以我覺得未來鈉電池一定在市場(chǎng)應(yīng)用中有一席之地，而且是增量很大的市場(chǎng)機(jī)遇。”
第三，當(dāng)下電力儲(chǔ)能領(lǐng)域所采用的電芯以方形鋰電池為主，這類電池產(chǎn)線兼容性和靈活性比較差，然而產(chǎn)品每年更新迭代速度卻尤為迅猛。“基本上一兩年就會(huì)發(fā)生規(guī)格或型號(hào)迭代，前期的一些產(chǎn)線就需要大改造，否則只能閑置或淘汰報(bào)廢，產(chǎn)能產(chǎn)線的高額投資將造成浪費(fèi)。”
葛科表示，企業(yè)開發(fā)鈉離子電池可以將鋰電池淘汰的設(shè)備重新利用起來，大大降低了鈉電池產(chǎn)能設(shè)備投資購置成本。
鈉電池的一些生產(chǎn)工藝、電池材料結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等跟鋰電池仍有明顯的差別，完全把鋰電池工藝套用到鈉電池是行不通的，比如涂布、化成等等，還需要時(shí)間去沉淀去摸索。
02 多重技術(shù)路線如何抉擇？
據(jù)了解，目前鈉離子電池主要存在三個(gè)正極材料體系，分別是層狀氧化物、聚陰離子、普魯士藍(lán)或普魯士白。
“鈉離子電池的商業(yè)化主要取決于正極材料進(jìn)步程度，”葛科說，“目前鈉離子電池的正極材料還是會(huì)面臨一些問題，無論對(duì)于產(chǎn)業(yè)界還是學(xué)術(shù)界來說，材料的升級(jí)改造還有很長的一段路要走。”
首先，普魯士藍(lán)或普魯士白含有氰化物，氰化物屬于劇毒物質(zhì)，若選用這類材料做鈉離子電池、則后期生產(chǎn)過程中的環(huán)保代價(jià)將會(huì)非常高，管理不慎可能引起大面積中毒。而且，葛科進(jìn)一步指出，普魯士藍(lán)對(duì)應(yīng)的材料體系中還含有結(jié)晶水，對(duì)于電池整體性能和生產(chǎn)制造也存在不利影響。
其次，層狀氧化物正極材料也分為幾條技術(shù)路線，P2型層狀氧化物難點(diǎn)在于高電壓穩(wěn)定性差。據(jù)了解，由于目前產(chǎn)業(yè)不成熟、原材料生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)格或質(zhì)量差異較大，而這類材料內(nèi)部的一點(diǎn)點(diǎn)問題都可能在鈉離子電池充電過程中被放大，導(dǎo)致電池內(nèi)部材料結(jié)構(gòu)被破壞，繼而令電池容量迅速衰減。?；履茉茨壳耙苍谔剿鏖_發(fā)P2型層狀氧化物結(jié)構(gòu)，希望解決這類問題推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
目前相對(duì)成熟的技術(shù)路線，是?；履茉催x擇的O3型層狀氧化物，葛科表示：O3型層狀氧化物噸級(jí)的量產(chǎn)產(chǎn)線，就非常有望推動(dòng)鈉離子電池成本下降。
但盡管前期大家普遍看好鈉離子電池的各類優(yōu)勢(shì)，但鈉離子電池目前仍然無法用于市場(chǎng)增速最快的電力儲(chǔ)能，最大障礙就在于其能量密度的制約，據(jù)葛科介紹，目前鈉離子電池的能量密度可能只有磷酸鐵鋰電池的60%~70%，甚至更低的只有30%。
而且在當(dāng)前現(xiàn)有材料體系條件下，鈉離子電池的循環(huán)壽命較鋰電池也有明顯差距。
“取代鋰電是不太可能的，至少在短期內(nèi)是不可能的，”葛科說，“若想實(shí)現(xiàn)在電力儲(chǔ)能的應(yīng)用，更多還是要看聚陰離子材料的技術(shù)突破。
聚陰離子材料體系的鈉離子電池的循環(huán)壽命確實(shí)比較長，但目前這種材料合成技術(shù)和生產(chǎn)工藝仍然存在諸多難點(diǎn)。
盡管目前聚陰離子中試實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的材料廠商都很少，但此前在電力儲(chǔ)能市場(chǎng)有著豐富實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的?；履茉矗呀?jīng)在持續(xù)跟進(jìn)這類技術(shù)的研發(fā)。“一旦聚陰離子材料制備可以像當(dāng)前磷酸鐵鋰合成一樣容易，那么鈉電池進(jìn)入大型電力儲(chǔ)能將指日可待。”
?；履茉醋詢赡昵伴_始從事鈉離子電池的研發(fā)工作，從原材料的開發(fā)、到樣品中試，已經(jīng)基本解決了生產(chǎn)工藝中遇到的各類問題。
而且?；履茉幢澈蟮哪腹景俅ü煞?，在材料研發(fā)方面可以提供專業(yè)而快速的支持，令?；履茉丛阝c電池材料方面可以做到透明開放特性開發(fā)，完全按照?；履茉吹脑O(shè)計(jì)定制化逆向開發(fā)，進(jìn)一步加快了企業(yè)在鈉電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
03 揚(yáng)長避短，找準(zhǔn)商業(yè)化路徑
盡管鈉電池循環(huán)壽命不是很長，能量密度也不是特別高，但?；履茉丛谑袌?chǎng)開拓方面也是領(lǐng)先一步，已經(jīng)跟一些實(shí)際客戶、實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景有了深入探索和經(jīng)驗(yàn)積累。
今年2月1日，?；履茉凑酵瞥隽?5Ah和100Ah兩款方形鈉離子電池產(chǎn)品。
其中的25Ah電芯，海基新能源主要推向了包括兩輪電動(dòng)車、雪橇車在內(nèi)的電動(dòng)車主機(jī)廠。
很多跨界而來的企業(yè)很難得到豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，葛科表示，海基新能源通過與客戶合作發(fā)現(xiàn)，鈉電池在管理上與鋰電池存在明顯差異，而且實(shí)驗(yàn)室的理論數(shù)據(jù)和實(shí)際應(yīng)用端差異非常大。而經(jīng)過深入探討客戶對(duì)鈉電池的SOC和電量控制邏輯使用習(xí)慣等等，?；拟c電池性能得到了更好的發(fā)揮。
“今年上半年我們送樣已經(jīng)順利通過了客戶端測(cè)試，只待量產(chǎn)。”
第二步，?；履茉吹牧硪豢钼c電池——100Ah的電芯，則主要面向通信基站、叉車、戶用儲(chǔ)能等市場(chǎng)。其中通信基站方面，海基新能源已經(jīng)與相關(guān)運(yùn)營商達(dá)成合作意向，爭取今年下半年實(shí)現(xiàn)鈉離子電池在基站的示范運(yùn)營。此外，在叉車領(lǐng)域?；灿幸庀蚝献鲉挝唬磳⒃谙掳肽陮?shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。
相較于業(yè)內(nèi)很多企業(yè)，?；悄_踏實(shí)地已經(jīng)走在了前列。目前，初步規(guī)劃已有2GWh的鈉離子電池產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2024年第二季度將實(shí)現(xiàn)初步量產(chǎn)，未來還將基于市場(chǎng)的應(yīng)用端反饋再制定下一步的業(yè)務(wù)拓展計(jì)劃。
04 鈉電池的目標(biāo)是取代鉛酸電池
“鈉離子電池究竟能不能在市場(chǎng)上大規(guī)模推廣應(yīng)用，最終還是取決于成本。”這是葛科的心聲，也是業(yè)內(nèi)普遍反饋的觀點(diǎn)。
“我們判斷取代鉛酸電池肯定沒問題。”葛科認(rèn)為，未來兩三年內(nèi)，當(dāng)鈉電池整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈跟當(dāng)下的鋰電池一樣成熟，那么鈉電池成本就能夠逼近鉛酸電池，屆時(shí)鈉電池將至少可以取代50%以上鉛酸電池市場(chǎng)份額。
葛科表示，現(xiàn)在目前一些頭部品牌鉛酸電池市場(chǎng)價(jià)格應(yīng)該在0.6元/Wh左右，而制造成本即BOM成本大概在0.4元/Wh左右。而據(jù)其測(cè)算，在正常情況下，鈉電池電解液大概2萬元/噸，正極材料成本大概可以做到5萬元/噸以內(nèi)，這樣鈉電池的BOM成本可以做到4毛多，對(duì)于鉛酸電池來說已經(jīng)是非常具有競(jìng)爭力的水平。
鉛酸電池的明顯缺點(diǎn)是充放電速率比較慢、大概要六七個(gè)小時(shí)，盡管后期升級(jí)版本鉛炭電池改善了快充性能、縮短至三四個(gè)小時(shí)內(nèi)充滿，但循環(huán)壽命并沒有得到明顯改善。因而在葛科看來，鉛炭電池的改善提升空間不大。因此，他堅(jiān)信：鈉離子電池性能完全可以覆蓋鉛酸電池市場(chǎng)。
原標(biāo)題：鈉離子電池的目標(biāo)是搶占鉛酸電池市場(chǎng)
掃描關(guān)注微信
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...