鈉電池合成端-產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度成本是關(guān)鍵

2021年四月下旬，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，主要目標(biāo)是到2025年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高，核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、長壽命等方面取得長足進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場(chǎng)環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上。新型儲(chǔ)能在推動(dòng)能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機(jī)規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。鈉電池合成端-產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度成本是關(guān)鍵成本低是鈉電未來大規(guī)模應(yīng)用的核心優(yōu)勢(shì)，從理論來看，鈉電池的成本優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在鈉鹽成本低廉、集流體改換價(jià)格更低的鋁箔等方面，使得鈉電理論成本相比鋰電下降30-40%。但目前的實(shí)際價(jià)格并非如此，寧德時(shí)代董事長曾毓群在此前公布鈉電池時(shí)表示：鈉離子電池不是剛推出來就很便宜，因?yàn)槟壳暗墓?yīng)鏈規(guī)模還很小，不夠成熟，鈉離子電池可能比鋰離子電池貴一些。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度較慢導(dǎo)致正負(fù)極材料的原料成本、生產(chǎn)成本及加工費(fèi)較高，輔材度電攤薄低于鋰電，且鈉電尚存能量密度的劣勢(shì)，導(dǎo)致鈉電度電成本高于鋰電、攤薄效應(yīng)遠(yuǎn)低于鋰電，成本優(yōu)勢(shì)尚未凸顯。技術(shù)提升與規(guī)?；慨a(chǎn)提速是鈉電降本的關(guān)鍵路徑。如果鈉離子電池降本進(jìn)度不及預(yù)期，將難以在未來應(yīng)用中與鋰電池競(jìng)爭(zhēng)。目前鈉電池正負(fù)極材料選擇及制備工藝等方面仍存在改善空間，正負(fù)極材料廠家需加大研發(fā)力度，突破正負(fù)極材料的劣勢(shì)，努力達(dá)到成本與性能之間的平衡，實(shí)現(xiàn)正負(fù)極材料售價(jià)的降低；同時(shí)電池廠商也需進(jìn)行技術(shù)提升，實(shí)現(xiàn)鈉電更高的能量密度，成本攤薄效應(yīng)將隨之顯現(xiàn)，共同助力鈉電降本。此外，電池廠商應(yīng)加速鈉電規(guī)模化量產(chǎn)，一些廠商已經(jīng)開始布局和規(guī)劃產(chǎn)能建設(shè)，如寧德時(shí)代規(guī)劃2023年形成鈉電基本產(chǎn)業(yè)鏈，中科海鈉已于2022年7月落成全球首條GWh鈉離子電池規(guī)?；慨a(chǎn)線等等，但目前鈉電量產(chǎn)進(jìn)程仍舊緩慢。若鈉電規(guī)?；慨a(chǎn)速度得到提升，鈉電制造成本將會(huì)進(jìn)一步被攤薄，從而進(jìn)一步降低鈉電成本，鈉電成本優(yōu)勢(shì)將得到凸顯。從電池的安全性來看，鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性全球鋰電池起火事故頻出，電動(dòng)車、儲(chǔ)能起火事故頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011-2021年全球共發(fā)生32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故，其中26起事故采用三元鋰離子電池。鈉離子電池電化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定，熱失控過程中容易鈍化失活，安全實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)較鋰離子電池更好。目前，鈉離子電池已通過中汽中心的檢測(cè)，針剌時(shí)不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過充、過放、擠壓等實(shí)驗(yàn)也不起火燃燒。對(duì)比鋰離子電池起始自加熱溫度達(dá)到165℃，鈉離子電池則達(dá)到260℃：且在ARC測(cè)試中鈉離子電池最大自加熱速度顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，鈉離子電池未來發(fā)展前景廣闊1、鈉離子電池生產(chǎn)技術(shù)不斷成熟，規(guī)模量產(chǎn)有望實(shí)現(xiàn)由于鈉離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理基本與鋰離子電池相同，因此，鈉離子電池可以借鑒鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，極大的簡化鈉離子電池的生產(chǎn)工序。但是由于鈉離子半徑要比鋰離子大70%，導(dǎo)致鈉離子電池能量密度不足，為此，相關(guān)企業(yè)紛紛加大研發(fā)投入力度，鈉離子電池應(yīng)用的關(guān)鍵問題被逐漸攻克，前期制約鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的正負(fù)極材料均已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，層狀氧化物正極+碳基負(fù)極+有機(jī)電解液體系的鈉離子電池即將邁入到商業(yè)化階段，有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。同時(shí)，鈉離子電池的原材料成本相對(duì)于鋰離子電池具有天然的優(yōu)勢(shì)，尤其是在碳酸鋰價(jià)格處于高位的情況更為顯著，鋰離子電池成本居高不下將推動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速。2、鈉離子電池前景廣闊，跨界企業(yè)加速布局目前，我國鋰離子電池受原材料影響價(jià)格猛漲，相關(guān)企業(yè)成本增加導(dǎo)致盈利減少，為此，鋰電池相關(guān)企業(yè)選擇性價(jià)比較高的鈉離子電池來替代鋰離子電池發(fā)展。在資源方面，我國鈉資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，與鋰資源相比能很好的減少對(duì)國外資源的需求。在價(jià)格方面，由于鈉離子電池正極用銅鐵錳，負(fù)極用無煙煤做的碳，整體電芯成本低于鋰電池，并不會(huì)像鋰離子電池一樣受到原材料價(jià)格波動(dòng)影響，價(jià)格較為穩(wěn)定。在性能方面，鈉離子電池由于高安全性而受到行業(yè)重視。隨著鈉離子電池生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，鈉離子電池將擁有更廣闊的發(fā)展空間，其應(yīng)用范圍在儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域不斷拓展。在儲(chǔ)能方面，隨著未來鈉離子電池的規(guī)模化生產(chǎn)，將逐漸替代鋰離子電池在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用，未來市場(chǎng)空間廣闊。在電動(dòng)汽車方面，新能源汽車作為政策驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)物，需求量不斷增加，由于能量密度不足，鈉離子電池能夠在微型汽車方面得到加速應(yīng)用。國家政策的支持將快速推動(dòng)鈉離子電池的發(fā)展鈉離子電池，是一種二次電池，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作，與鋰離子電池工作原理相似。隨著我國新能源汽車呈現(xiàn)持續(xù)高速增長趨勢(shì)，對(duì)鋰離子電池需求較大，然而我國鋰資源十分有限，必然會(huì)出現(xiàn)鋰鹽供不應(yīng)求的局面。為此，我國將大力發(fā)展在資源和成本上都更有優(yōu)勢(shì)的鈉離子電池，通過頒布多項(xiàng)政策來推動(dòng)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在2022年發(fā)布的《十四五可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中，提出加強(qiáng)可再生能源前沿技術(shù)和核心技術(shù)裝備攻關(guān)。研發(fā)儲(chǔ)備鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)。在2021年發(fā)布的《關(guān)于在我國大力發(fā)展鈉離子電池的提案》中，提到鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池作為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石，是支撐新能源在電力、交通、工業(yè)、通信、建筑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的重要基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一。于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號(hào)）2021年四月下旬，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，主要目標(biāo)是到2025年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新能力顯著提高，核心技術(shù)裝備自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、長壽命等方面取得長足進(jìn)步，標(biāo)準(zhǔn)體系基本完善，產(chǎn)業(yè)體系日趨完備，市場(chǎng)環(huán)境和商業(yè)模式基本成熟，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上。新型儲(chǔ)能在推動(dòng)能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備自主可控，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)水平穩(wěn)居全球前列，標(biāo)準(zhǔn)體系、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)深度融合發(fā)展，裝機(jī)規(guī)模基本滿足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。新型儲(chǔ)能成為能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。鈉離子電池在資源豐富度、成本等方面具有優(yōu)勢(shì)鈉離子電池與鋰離子電池?fù)u椅式工作原理類似，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。近幾年，鈉離子電池開始逐步進(jìn)入規(guī)?；囼?yàn)示范階段。2018年6月，首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車問世；2021年6月，中科海鈉發(fā)布世界首個(gè)1MWh鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。這意味著，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學(xué)儲(chǔ)能體系后，鈉離子電池開始在儲(chǔ)能領(lǐng)域嶄露頭角，有望推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和變革。鈉離子電池在資源豐富度、成本等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。一是鈉元素儲(chǔ)備更豐富，鈉是地殼中儲(chǔ)量第六豐富的元素，地理分布均勻，成本低廉；而鋰資源在地殼中儲(chǔ)量僅為0．002%，不到鈉的千分之一，且全球分布具有地域性。二是鈉離子化合物可獲取性強(qiáng)，價(jià)格穩(wěn)定且低廉。此外，在低電壓下鋁不會(huì)和鈉合金化，因此鈉離子電池負(fù)極可使用鋁集流體而不必像鋰電池使用銅集流體，從而降低電池的成本和重量。三是鈉元素和鋰元素有相似的物理化學(xué)特性及儲(chǔ)存機(jī)制，鈉離子電池有相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)性能和安全性。另一方面，目前鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中尚存在能量密度較低、循環(huán)壽命較短、配套供應(yīng)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈不完善等問題，仍處于商業(yè)化探索和持續(xù)改進(jìn)中。預(yù)計(jì)未來隨著產(chǎn)業(yè)投入的加大，技術(shù)走向成熟、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，高性價(jià)比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的重要補(bǔ)充，尤其是在固定式儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)⒕哂辛己冒l(fā)展前景。鈉離子電池有望應(yīng)用于儲(chǔ)能和動(dòng)力兩個(gè)領(lǐng)域綜合鈉離子電池的電池容量性能、電池循環(huán)壽命和電池的安全性來看，未來鈉離子電池有望應(yīng)用于儲(chǔ)能和動(dòng)力兩個(gè)領(lǐng)域。在動(dòng)力領(lǐng)域，鈉離子電池將在兩輪車和電動(dòng)汽車兩個(gè)方面得到應(yīng)用。在兩輪車領(lǐng)域，由于鈉離子電池有有能量密度相對(duì)較低、安全性比較高的特點(diǎn)，因此有望實(shí)現(xiàn)在對(duì)鉛酸電池的逐步替代。其中電動(dòng)汽車方面，有望通過寧德時(shí)代發(fā)布的鈉離子電池與鋰離子電池集成系統(tǒng)的形勢(shì)得以應(yīng)用。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，2021年07月15日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出加快飛輪儲(chǔ)能、鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼?yàn)示范，以需求為導(dǎo)向，探索開展儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱及其他創(chuàng)新儲(chǔ)能技術(shù)的研究和示范應(yīng)用。因此，在政策的推動(dòng)下，鈉離子電池有望加快應(yīng)用于電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)和發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能。鈉離子電池行業(yè)發(fā)展歷程與鋰離子電池工作原理相似，鈉離子電池是主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作，以鈉離子嵌入化合物作為正極材料的一種可二次充電的電化學(xué)鈉離子電池。鈉離子和鋰離子電池研究均起始于20世紀(jì)70年代，由于儲(chǔ)能需求日益增長，低成本儲(chǔ)能電池技術(shù)的需求愈發(fā)緊迫，鈉離子電池研究在近十年內(nèi)突飛猛進(jìn)。以NaCuFeMnO/軟碳體系的鈉離子電池較磷酸鐵鋰/石墨體系的鋰離子電池材料成本更低，可降低30-40%。從成本材料結(jié)構(gòu)來看，鋰離子電池正極材料成本占比最高，為43%，而鈉離子電池的正極材料成本僅為26%。鈉離子電池的制造和鋰離子電池的制造完全兼容，可以沿用鋰離子電池設(shè)備，目前鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈主要變化在正極材料。正極路線主要有：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態(tài)材料四種路線。過渡金屬氧化物是目前最受歡迎的正極材料如磷酸鐵鈉、錳酸鐵鈉、鈦錳酸鈉等，中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源和Faradion是該路線的主要公司;普魯士類料，具有較妤的電化學(xué)性能，具備成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但在制備過程中存在配位水含量難以控制等問題，寧徳時(shí)代、星空鈉電和NatronEnergy是該路線的主要公司;聚陰離子型材料，穩(wěn)定性和循環(huán)壽命好，化合物族類具有多樣性，但是較低的本征電子電導(dǎo)率，限制了這類材料的實(shí)際應(yīng)用。從電池循環(huán)壽命來看，鈉離子電池遠(yuǎn)高于鉛酸電池行