“我不認為未來鈉離子電池會完全取代鋰電池，我認為他們應(yīng)該是并存的關(guān)系”。北京理工大學(xué)車輛與交通工程學(xué)院副教授 孫立清表示。
不管是哪一種電池體系，材料的進步?jīng)Q定電池的進步。儲量豐富，原料價格低，更不易燃，低溫效果更好……，鈉離子電池商用并取代鋰電池的呼聲越來越高。由于鋰電原材料價格持續(xù)高企，短期內(nèi)供需矛盾難改，企業(yè)端承壓，相對鋰電池發(fā)展“落后”20年的鈉離子電池似乎有了“備胎轉(zhuǎn)正”的可能。寧德時代計劃在今年實現(xiàn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化；網(wǎng)傳比亞迪計有望成為全球首個鈉離子電池裝車的企業(yè)；另外，蜂巢能源、中科海鈉、億緯鋰能、孚能科技等電池開發(fā)制造企業(yè)先后推進鈉離子電池項目。就連華為也通過旗下投資平臺哈勃科技認購中科海納13.3%股份，成為后者第三大股東，跨界涉獵鈉離子電池。2022年以來，新能源汽車高景氣，而鋰電池原材料價格上漲。在此背景下，鈉電池將取代鋰電池的聲量越來越大，從上游的礦場到中游的動力電池廠商，都爭先恐后布局鈉電池產(chǎn)業(yè)，鈉電池概念股也持續(xù)呈現(xiàn)高景氣狀態(tài)。接下來，鈉離子電池能否完全取代鋰電池？掌握了鈉電池，是否就等于拿到了贏得下一個時代的財富密碼？難點：技術(shù)性能、產(chǎn)業(yè)鏈存明顯短板
與鋰電池相比，鈉離子電池最明顯的優(yōu)勢是價格，另外在性能方面具備低溫性能好、適合快充、安全穩(wěn)定等特點。從2021年下半年到2022年上半年，全球鋰資源處于供需緊平衡的狀態(tài)，電池級碳酸鋰價格自2021年下半年到2022年上半年增速達到433%，到2022年底價格高達56.45萬元/噸。相比之下，碳酸鈉的價格僅為2650元/噸，是碳酸鋰價格的0.47%。根據(jù)中科海納估計，Cu-Fn-Mn基鈉離子電池原材料最終成本相對磷酸鐵鋰/石墨體系將降低30%-40%。另外，相比鋰資源，鈉資源地殼程度更豐富為鋰礦的400倍，且分布更為均勻。雖然，鈉離子電池優(yōu)勢明顯，但是從擴能投產(chǎn)所目前的角度來看，鈉離子電池在技術(shù)性能和產(chǎn)業(yè)鏈層面還存在明顯的短板。首先，就技術(shù)性能層面來說，鈉離子電池的短板主要體現(xiàn)在能量密度和循環(huán)壽命等方面。在能量密度上，鈉離子電池在100-150Wh/kg之間，而鋰離子電池在150-250Wh/kg之間；在循環(huán)壽命方面，鈉離子電池為2000+次，而鋰離子電池為3000+次。其次，則是鈉離子電池正極三種技術(shù)路線都存在一定的短板。據(jù)了解，目前，鈉離子電池正極三種路線分為層狀氧化物、普魯士藍/白化合物，聚陰離子化合物。橫向來看，層狀氧化物的優(yōu)點是能量密度高、循環(huán)性能和倍率性能好。其缺點是空氣中材料穩(wěn)定性差、漿料容易果凍、容易與電解液發(fā)生副反應(yīng)等。這些問題可能會導(dǎo)致層狀氧化物容量衰減嚴重、循環(huán)性能及加工性能變差。普魯士藍/白優(yōu)點為成本低、合成簡單、可塑性強、理論克容量和倍率性能高。其缺點是除水困難、循環(huán)壽命低、實際倍率性能差、體積能量密度低、電壓極化大、有熱失控風(fēng)險等。聚陰離子化合物優(yōu)點為循環(huán)壽命高、理論工作電壓高、熱穩(wěn)定性好。其缺點是能量密度低、原材料成本高、可逆比容量低和部分材料含有有毒元素，而且聚合陰離子化合物合成方法復(fù)雜，同時為提高其電導(dǎo)率往往需要采取碳包覆等手段，材料改性要求較高。據(jù)了解，鈉離子電池正極材料與鋰電池一大主要差異在于正極材料，而鈉離子正極材料多樣，正極材料技術(shù)路線超百種，現(xiàn)階段主流路線為上表中的三種，但三者間各有不足，這也對各企業(yè)加大研發(fā)力度采取多種改性策略提出挑戰(zhàn)。換句話，目前行業(yè)仍處在尋找最優(yōu)解的摸索階段。孫立清表示：“目前，鈉離子電池的套體系沒有固定，材料體系沒有固定。比如說普魯士藍，普魯士白是化工染料，并不是針對電池的東西。說白了，這拿來搞電池能成嗎？另外還有，材料純度等方面是否合適？這些，我都存在懷疑。所以現(xiàn)在雷聲大雨點小，做出來的東西從實驗室再到產(chǎn)業(yè)化過程中還是存在問題的�！�從發(fā)展歷史上看，由于SONY（索尼）公司率先實現(xiàn)鋰電池商業(yè)化，導(dǎo)致鈉離子電池發(fā)展長期陷入停滯期。那么，伴隨如今的需求倒逼和未來的研發(fā)突破，鈉離子是否有機會“替補出場”取代鋰電池的位置？值得一提的是，鈉離子電池和鋰離子電池的生產(chǎn)工藝相似度頗高。據(jù)了解，鈉離子電池和鋰離子電池一樣都屬于“搖椅電池”的模型。區(qū)別在于把正極和電解液換成了含鈉的正極和含鈉的電解液，同時把石墨和銅箔換成了硬碳和鋁箔。有觀點認為，鈉離子電池的生產(chǎn)工藝與鋰離子電池趨同，技術(shù)可復(fù)刻，設(shè)備可遷移。換句話說，對企業(yè)而言，如果要轉(zhuǎn)為鈉離子電池生產(chǎn)線，只需要部分技術(shù)替代，而不需要整體重造。所以未來鈉離子電池有望進一步取代鋰電池。對此，孫立清持不同觀點，他表示：“鈉離子電池替代不了鋰電池，兩者只能是共存的關(guān)系，就像現(xiàn)在鋰電池和鉛酸一樣。”除了前文中提到的鈉離子電池存在的技術(shù)難題，孫立清還提出很關(guān)鍵的一點，在不久的將來，鋰電池技術(shù)還將迎來一次質(zhì)的飛躍。孫立清表示：“現(xiàn)在鋰資源之所以緊張，很大一部分原因是鋰電池的壽命問題，一般電池使用時限在三四年。如果，能通過技術(shù)鋰電池的壽命延長到十年，那么，由鋰資源緊張導(dǎo)致的成本問題就會在很大程度被化解。”“這種技術(shù)可能會很快實現(xiàn)”孫立清表示，“現(xiàn)在正極材料富鋰錳基的主要問題就是首效，在電池做好后，要進行首次循環(huán)，正極材料里添加的物質(zhì)要轉(zhuǎn)化成有效的搖椅的成分。而現(xiàn)在首效的過程中效率比較低，只有60%�！�由于成本低、安全性好等有點，富鋰錳基正極材料被視為下一代鋰動力電池的理想之選。但是，富鋰錳基材料首周效率偏低的問題待解。據(jù)了解，造成富鋰錳基材料首周效率偏低，是由于富鋰錳基層狀正極材料充電至高電位時易與電解液發(fā)生一系列復(fù)雜的界面反應(yīng)導(dǎo)致電解液分解，同時在高電位下還存在不可逆的活化過程，從而使其容量和循環(huán)性能降低。“后續(xù)是有辦法把守孝提到97以上”孫立清透露，“我們知道用什么方法能把它提升上來，所以，富離錳基做正極的400Wh/kg以上的電池沒問題，現(xiàn)在已經(jīng)有材料可以做到，我預(yù)計很快就會應(yīng)該量產(chǎn)了�！�至于鈉離子未來的發(fā)展路徑，孫立清認為，鈉電池有一個是好的趨勢，如果未來鈉離子電池正極材料的純度問題和電極之間相互干擾的問題能被解決，那么可能會存在另外一種情形，在某種正極材料和固態(tài)電解質(zhì)搭配組合下，鈉電池是有希望望做到250～260Wh/kg能量密度等級的。“但是，這種固態(tài)電解質(zhì)，不是目前所謂的聚合物，也不是氧化物或者硫化物，需要另外一種物質(zhì)來解決。而負極材料，可能不是什么所謂的硬碳、軟碳，也不是現(xiàn)在大家拿石墨加點硅就能解決的問題，而是需要新型的材料�！睂O立清補充說。然而，即便鈉離子在全新的材料技術(shù)加持下，做到了250～260Wh/kg能量密度，但是距離完全取代鋰電池還有很遠的路要走。“250～260Wh/kg能量密度能量密度相當(dāng)于是什么？相當(dāng)于目前我們做的鋰的三元電池�！睂O立清表示，“換句話說，如果用鈉做出來的電池和現(xiàn)在的三元電池性能差不多，按照這個邏輯的話，鈉電池在未來際可以替代一部分鋰電池，到那個時候這種鋰電池，應(yīng)該叫低溫鋰電池�！�未來，鋰離子電池與鈉離子電池的技術(shù)，更迭有望實現(xiàn)互為補充的雙贏格局。對車企來說，短期來看鈉電池對汽車最大賦能應(yīng)該最先體現(xiàn)在入門級電動車市場，或者說續(xù)航里程較短的一類車型之上。如前文中提到的鈉離子的主要劣勢體現(xiàn)在能量密度方面，相較于磷酸鐵鋰電池200-350Wh/kg的能量密度，鈉離子電池能量密度偏低，所以更適用于續(xù)航較短的純電細分市場。浙商證券在行研報告中指出，根據(jù)不同場景對于性價比的敏感程度，鈉離子電池預(yù)計未來首先取代鉛酸電池。率先實現(xiàn)電動自行車、低速電動車、備用電源和起動電池的無鉛化；標(biāo)準化程度提高之后，有望實現(xiàn)A00級電動汽車的有效應(yīng)用。實際上從市場表現(xiàn)來看，去年持續(xù)上漲的鋰電價格在一定程度上影響到了純電市場。數(shù)據(jù)顯示，在2021年，中國A00級電動車的銷量為89.02萬輛，在新能源車的滲透率為27.04%，2022年前11月A00級電動車的銷量為125萬輛，只有2021年銷量的六成左右，滲透率下降至21.77%。分析認為，A00級車型的用戶是成本敏感性，鋰電池成本的上漲影響了銷量，動力電池方面，用A00級別車型跑量，是過去多年中國新能源汽車發(fā)展的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。由于電池及各種零部件成本大漲（原材料包含金屬和石油衍生工業(yè)品價格上漲），擠壓了A00級電動車型的生存空間。在供給端意愿受影響的情況下，調(diào)整的手段主要是通過對整車售價進行大幅調(diào)整，這將直接導(dǎo)致需求減弱。從成本端進行調(diào)控成為車企的主要需求。財通證券曾在研報中指出，宏光MINI EV的毛利率只有2%-3%。顯然，A00 電動車的生產(chǎn)企業(yè)對于成本的敏感性較高，鈉電池的應(yīng)用具備一定優(yōu)勢。浙商證券行業(yè)分析認為，如果鈉電池產(chǎn)業(yè)化進展順利的話在2025年就會形成20%~30%的價格優(yōu)勢，對于下游客戶來說會形成非常大的吸引力。事實上，電池生產(chǎn)制造企業(yè)以及汽車主機廠已經(jīng)開始布局。今年1月寧德時代表示，正在推進鈉離子電池在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。寧德時代研究院副院長黃起森在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈與標(biāo)準發(fā)展論壇上表示：“在乘用車應(yīng)用方面，鈉離子電池普遍可以滿足續(xù)航400公里以下的車型需求�！�更遠一些來說，對于部分裝載鈉離子電池的 A0 級汽車車型，會形成一定的降本空問，縮小與原搭載鋰電池的A00 級汽車的價差，對于搭載鋰電池的 AO級汽車會形成替代效應(yīng)。去年12月，孚能科技在投資者互動平臺透露，公司鈉離子電池產(chǎn)品已處于集中送樣階段，產(chǎn)品已滿足A0級車需求。公司計劃2023年全面進入鈉電池產(chǎn)業(yè)化階段，目前已與江鈴集團等多家知名兩輪車企和乘用車企開展深入合作。其中，江鈴新能源在2019年推出EV3純電動車型，目前該車型最新款的售價在8萬元左右，續(xù)航里程為302公里，搭載是孚能科技的鋰電池。此前有媒體報道稱，比亞迪計劃在今年二季度量產(chǎn)鈉離子電池，搭載于秦、海豚及海鷗等車型，將成為全球第一個將鈉離子電池裝車的企業(yè)。但，該消息目前尚未獲得比亞迪方面證實。除了在汽車方面的應(yīng)用，鈉離子電池更廣闊的應(yīng)用場景或是儲能市場。鑫欏咨詢高級研究員張金惠認為，2023年碳酸鋰供給增量有限，預(yù)計價格將維持高位。張金惠表示：“鈉資源更加豐富，可以滿足后續(xù)廣闊的儲能市場需求。未來，鈉離子電池將全方位取代傳統(tǒng)鉛酸電池市場，預(yù)計替代空間達500GWh左右�！�成本、高低溫性能、高安全是下一代產(chǎn)品儲能產(chǎn)品重要方向。據(jù)行業(yè)研究報告顯示，當(dāng)前，鋰電池的下游應(yīng)用存在痛點：一方面，電池和系統(tǒng)的成本偏高，項目財務(wù)收益性受打壓；循環(huán)次數(shù)虛標(biāo)，相當(dāng)部分大儲電池在實際儲環(huán)縮水，導(dǎo)致全生命周期度電成本是抽水蓄能的 2-3倍；電池過熱引起的爆炸起火事件頻發(fā)，安全性存憂。而相比之下，從各種的儲能場景來看，鈉離子電池更能滿足電力儲能、通信儲能、戶用家儲的場景和新要求。對車企來說，伴隨鈉離子電池材料的進步，短期來講或?qū)⒈桓鼜V泛的運用在里程較短的入門級純電市場，其優(yōu)秀的低溫性及成本優(yōu)勢，能有助于車企提升毛利并且能更好的下沉更廣泛市場。另外，在規(guī)模化效應(yīng)的趨勢下，鈉離子降本效應(yīng)進一步凸顯，其在儲能市場的滲透率也將會提升。但同時，車云菌認為，關(guān)于鈉離子電池未來的市場前景應(yīng)該秉持樂觀謹慎的態(tài)度。鈉離子電池在2022年迅速走紅主要是因為鋰電材料緊俏需求倒逼所造成的結(jié)果。但近來，鋰電材料近來價格有走低之勢，如果之后鋰資源邊際供大于求，電池行業(yè)的供需關(guān)系或?qū)⒅匦缕胶�。另外，與商業(yè)化程度更為成熟的鋰離子電池相比，鈉離子電池的商業(yè)化進度仍處于起步階段，在技術(shù)層面，鈉離子電池還有不少需要突破的地方。
