本文作者系吉林大學(xué)青島汽車研究院副院長、《電車商業(yè)研究》創(chuàng)始人顧國洪

(資料圖)

導(dǎo)讀

2021年7月19日，隨著寧德時代正式發(fā)布新一代鈉離子電池，原來埋頭研發(fā)鈉電池的公司瞬間從門口羅雀到蓬蓽生輝、高朋滿座。2022年8月20日《電車商業(yè)研究》新型電池技術(shù)閉門研討會上，特意邀請了哈爾濱工業(yè)大學(xué)原電化學(xué)系主任、深圳大學(xué)材料學(xué)院電化學(xué)創(chuàng)系主任王振波教授與鈉電池創(chuàng)業(yè)企業(yè)就鈉電池技術(shù)發(fā)展趨勢做了交流。

我基本認同王教授對鈉電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的判斷：各類鈉電池體系都在努力研發(fā)與改進，真正形成產(chǎn)業(yè)化大批量商業(yè)應(yīng)用還需要三五年時間。但在這一年多時間里，涌現(xiàn)了很多創(chuàng)業(yè)公司或者上市公司進入鈉電池賽道，紛紛發(fā)布研發(fā)與中試量產(chǎn)公告，行業(yè)內(nèi)與投資界期待、亢奮與質(zhì)疑并存。

本文歸納總結(jié)了包括筆者本人在內(nèi)的很多業(yè)內(nèi)人士對鈉離子電池的看法，以供業(yè)內(nèi)從業(yè)人員、產(chǎn)業(yè)研究、創(chuàng)業(yè)投資、政府招商引資等工作者參考。

鈉電的優(yōu)劣勢

1、優(yōu)勢

與鋰資源相比，鈉資源儲量非常豐富，所以在大規(guī)模應(yīng)用的場景下，鈉電池沒有明顯的資源約束。而且，鈉電池的正極材料、集流體材料的理論成本比鋰電更低，在完成產(chǎn)業(yè)化降本之后，其初始投資成本有望較鋰電更低。

鈉電池可以在-40℃到 80℃的溫度區(qū)間正常工作，-20℃的環(huán)境下容量保持率接近 90%，高低溫性能優(yōu)于其他二次電池。

鈉電池的內(nèi)阻比鋰電池高，在短路的情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。

2、劣勢

鈉電池的缺點是鈉元素分子量較高，鈉電位更高，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，鈉電池在材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動力學(xué)性能上要求更為嚴(yán)苛。故鈉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。

目前已公布的主流鈉電池能量密度一般在100-150Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池可以達到150-200Wh/kg，三元鋰電池更是能達到200-250Wh/kg。再看循環(huán)壽命，鈉電池一般在1000-4000次之間。相比之下，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命則在3000-10000次之間。

市場對鈉電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優(yōu)勢。而成本優(yōu)勢都是在對比中產(chǎn)生的，目前鋰電池的關(guān)鍵原材料碳酸鋰價格高企，放大了鈉電池的成本優(yōu)勢，而一旦碳酸鋰價格進入下降通道，鋰電池價格也會快速走低，無形中抹消了鈉電池的優(yōu)勢。

并且，與產(chǎn)業(yè)較為成熟的鋰電池相比，鈉電池行業(yè)還遠未形成規(guī)模化量產(chǎn)，目前存在產(chǎn)業(yè)鏈不健全的瓶頸，導(dǎo)致目前電芯價格比磷酸鐵鋰還要高。

鈉電池的正負極材料體系及技術(shù)改善方向

鈉電池正極材料主要有四種：過渡金屬層狀氧化物(容量大，衰減快)、普魯士藍型化合物(循環(huán)好，制備難)、聚陰離子型化合物(循環(huán)好，導(dǎo)電差)、有機小分子化合物(種類多，易失效)。

鈉電池負極材料同樣有四種：碳材料(成本低，導(dǎo)電性高)、鈦基化合物(穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性差)、合金化材料(容量高，穩(wěn)定性差)、相轉(zhuǎn)化材料(容量高，導(dǎo)電性差)。

當(dāng)前國內(nèi)鈉電池的技術(shù)路線與改進思路：

(1)篩選電池正極、負極材料，進行粒度、孔徑、組成、結(jié)構(gòu)等層面上的優(yōu)化改性；

(2)匹配電解質(zhì)材料，優(yōu)化電解質(zhì)組成、濃度、溶劑化構(gòu)型，輔以功能性添加劑；

(3)研究以電極為主體，以界面、電解質(zhì)為重要組成部分的電極體系在不同溫濕度環(huán)境、不同充放電條件下的電化學(xué)儲能特性，以反饋優(yōu)化電池體系的設(shè)計；

(4)組裝圓柱/方形鋁殼電池，進一步評價及反饋優(yōu)化全電池的組成與結(jié)構(gòu)，以期在提升鈉離子全電池的能量密度、循環(huán)壽命的同時，控制電池成本；

(5)在平衡性能與成本的基礎(chǔ)上，復(fù)合超級電容器等器件，以改善電池功率特性。

鈉電產(chǎn)業(yè)化進程

自1991年第一支商業(yè)化鋰電池從索尼實驗室誕生至今，鋰電池經(jīng)歷了多年驗證。從早期消費電子的鈷酸鋰、錳酸鋰到目前新能源汽車常用的三元鋰、磷酸鐵鋰，鋰離子電池的定型走了二十年，鈉電池行業(yè)如何在眾多材料體系中短時間確定那種材料體系將是未來主流？

筆者翻閱了《高工鋰電》2014年9月1日的刊文：《鋰電正極材料路徑：三元取代鈷酸鋰之“路漫漫”》，文中寫道：“正極材料鈷酸鋰經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)占據(jù)鋰電池應(yīng)用市場的半壁江山。作為后起之秀的三元材料，乘著Tesla的春風(fēng)，也在慢慢侵入整個應(yīng)用市場。在業(yè)內(nèi)人士看來，鑒于目前鈷酸鋰的市場地位，三元材料取代鈷酸鋰之路仍然任重道遠。目前鈷酸鋰的應(yīng)用市場廣闊，企業(yè)不可能輕易放棄鈷酸鋰這片森林，走上三元材料獨木橋式的道路。”

也就是說目前我們常見的三元鋰電池材料體系在業(yè)內(nèi)8年前依然是不明確的，是爭論的焦點。鈉電池材料體系的還沒有經(jīng)歷鋰電池這樣的驗證過程，沒有長時間的裝機驗證。鈉電池的性能真像實驗室里測試的那么好？鈉電池材料體系最后誰會勝出？業(yè)內(nèi)誰也不知道。當(dāng)筆者問到這個問題時，跑在最前面的幾家鈉電企業(yè)異口同聲地說：讓市場鑒定，讓時間來驗證。

這正說明鈉電池材料體系的確定依然需要時間，需要示范工程，需要不斷地試。

鈉電應(yīng)用場景探討

1、兩三輪車端應(yīng)用：鈉電池成本優(yōu)勢目前還只體現(xiàn)在理論上。現(xiàn)階段，和已經(jīng)發(fā)展成熟，靠規(guī)模化生產(chǎn)降低了大量成本的鋰電池相比，尤其是梯次循環(huán)利用的鋰電池相比，鈉電池實際上并不具備成本的優(yōu)勢。

2、汽車端應(yīng)用：誰先用？大巴、網(wǎng)約車在鋰電池應(yīng)用過程中已經(jīng)吃過一次螃蟹了，還要再吃一次？況且公交車與網(wǎng)約車的電動化已經(jīng)基本完成，沒有太多新的需求；乘用車消費者為什么要用鈉電池做的車，是更便宜？還是性能更佳？可能寧德時代的客戶群里有一些會試試它的鈉電池與鋰電池AB合配，但都會小心謹慎地試。車企不敢大規(guī)模使用未經(jīng)驗證的技術(shù)，一旦出問題，導(dǎo)致車輛召回就前功盡棄了。

3、儲能端應(yīng)用：鈉電池自誕生以來就面臨循環(huán)壽命低的問題，因此導(dǎo)致了鈉電池當(dāng)下僅有個別儲能領(lǐng)域的示范項目，大規(guī)模應(yīng)用還沒有穩(wěn)定的剛性需求；另外鈉電池能量密度低，也決定了用鈉電池建的儲能電站占地面積、所用箱體、線纜等成本上漲，小規(guī)模示范都不要緊，大規(guī)模商業(yè)化就會計算這些成本，電網(wǎng)端與工商業(yè)儲能都要計算全生命周期成本回收的，這些層面都制約了其產(chǎn)業(yè)化進度。

4、通訊基站端應(yīng)用：鈉電池性價比明顯比老舊基站使用的鉛酸電池要高，但與退役二次使用的磷酸鐵鋰電池相比，又顯得雞肋。

總體來講鈉電池替換原來的鉛酸應(yīng)用場景是沒問題的，鉛酸電池市場規(guī)模也挺大，這是鈉電池可以先行進攻的市場。

鈉電池企業(yè)投資回報的問題

目前根據(jù)中國鋰電行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，業(yè)內(nèi)基本認同單一生產(chǎn)基地達到10GWh以上才具有經(jīng)濟性，那么我們以現(xiàn)在的物價來估算一下建設(shè)一個10GWh的鋰電生產(chǎn)基地所需資金。采購相關(guān)產(chǎn)線設(shè)備需要20-25億人民幣，加上地面建筑與輔助動力10億左右，外加流動資金15億左右，需要有45-50億人民幣。根據(jù)目前我對鈉電池的了解，生產(chǎn)工藝也差不多，需求資金也相差無幾。

據(jù)測算，三元鋰目前價格在1.1-1.2元/Wh左右，磷酸鐵鋰電池目前價格在0.85-0.95元/Wh之間，鈉電池售價預(yù)估在0.6-0.7元/Wh之間。在設(shè)備、生產(chǎn)節(jié)拍、人員配備相同的條件下，鈉電池生產(chǎn)產(chǎn)值只有三元鋰電池的一半、磷酸鐵鋰電池的六七成，在大部分鋰電企業(yè)都在盈虧平衡點周圍徘徊的情況下，鈉電企業(yè)如何收回投資呢？要解決這個問題，單純指望鈉電池材料降價與復(fù)用鋰電淘汰產(chǎn)能是做不到的。需要在生產(chǎn)工藝上改進，生產(chǎn)設(shè)備上提速，在原材料上降本增效。

還有一個鈉電池視為機會，但同時也是捅向自己的一把雙刃劍：鋰電池的材料是貴金屬，既稀缺又貴，但有回收價值！鈉電池沒有貴金屬，但同時也沒有回收價值。廢舊鈉電池處理，誰來出錢？

鈉電投資機會

個人認為投資機會在于抓住鈉電池材料企業(yè)，鋰電池成本構(gòu)成中電池材料占比超過75%，其中正極負極材料占到55%，隔膜和電解液占比為20%。鈉電池成本比的占比與鋰電池類似，所以未來從投資的角度，我們應(yīng)該重點關(guān)注正極、負極、電解液、隔膜四大主材，那么哪種材料體系將會勝出？就看投資人的眼光與運氣了。

由于鈉電池的先天性缺點，天然將更加依賴導(dǎo)電劑、各種添加劑，所以這些非專業(yè)人士看不到的細分領(lǐng)域也是專業(yè)投資人應(yīng)該重視的。

鈉電池電芯頭部企業(yè)原則上將在目前的鋰電企業(yè)中產(chǎn)生，主要原因有二：一是鈉電池生產(chǎn)工藝與設(shè)備與鋰電池基本相同，鋰電企業(yè)在人、財、物三方面都有優(yōu)勢；二是鈉電池應(yīng)用場景是鋰電池的補充，沒有完全替代的變革性應(yīng)用，鋰電企業(yè)在業(yè)務(wù)端有現(xiàn)成的人員與應(yīng)用客戶可以試，一邊試一邊等鈉電池材料體系成熟完整。他們不會主動去破壞鋰電的市場，同時將鈉電池在其它應(yīng)用場景做大蛋糕。

最后

沒有經(jīng)過市場驗證過程，鈉電池成熟度難以與鋰電池相媲美，三五內(nèi)不具備爆發(fā)條件。

不論是儲能還是其他領(lǐng)域，鈉電池很難完全取代鋰電池，是鋰電池的一種補充，一種平衡，而非替代。

如果鈉電池不能將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為綜合成本優(yōu)勢，連鋰電池補充與平衡的資格都沒有，鈉電企業(yè)真的不要急，要穩(wěn)健地慢慢走。

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