鈉電池產業(yè)項目管理分析

鈉電池產業(yè)項目管理

工信部將組織有關標準研究機構適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環(huán)節(jié)予以支持。同時，根據(jù)國家政策和產業(yè)動態(tài)，結合相關標準研究有關鈉離子電池行業(yè)規(guī)范政策，引導產業(yè)健康有序發(fā)展。鈉電池正極材料-層狀金屬氧化物：綜合性能佳，有望率先產業(yè)化應用層狀氧化物類鈉離子電池正極材料是金屬氧化物類中的一種，可分為Mn基、Fe基、Cr基正極材料等。其結構是由共邊的八面體過渡金屬氧層和鈉離子層堆垛而成。根據(jù)其結構可分為四種，分別為P2相、P3相、O2相和O3相（字母Ｐ代表了鈉離子在其中的氧配位環(huán)境為三棱柱配位，O代表其中的氧配位環(huán)境為八面體配位），其中，P2相與O3相是最為常見的兩種鈉離子層狀氧化物正極材料。因其適當?shù)牟僮鳚摿?，高容量和簡單的合成路線，層狀氧化物被認為是最有希望的正極材料。層狀氧化物中，銅基（銅鐵錳）和鎳基（鎳鐵錳）是目前較有應用前景的兩種技術路線。銅基VS鎳基：銅基成本較低，但比容量相對不足；鎳基比容量較高，但成本壓力更大。銅基路線主要優(yōu)勢在于成本較低，穩(wěn)定性較好，但比容量約100mAh/g左右，相對不足。該路線由中科海納創(chuàng)始人胡勇勝首創(chuàng)。鎳基比銅基的比容量高，約能達到190mAh/g，但由于鎳的成本比銅更高，成本壓力相對更大。鈉離子電池有望應用于儲能和動力兩個領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用于儲能和動力兩個領域。在動力領域，鈉離子電池將在兩輪車和電動汽車兩個方面得到應用。在兩輪車領域，由于鈉離子電池有有能量密度相對較低、安全性比較高的特點，因此有望實現(xiàn)在對鉛酸電池的逐步替代。其中電動汽車方面，有望通過寧德時代發(fā)布的鈉離子電池與鋰離子電池集成系統(tǒng)的形勢得以應用。在儲能領域，2021年07月15日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》提出加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規(guī)?；囼炇痉叮孕枨鬄閷颍剿鏖_展儲氫、儲熱及其他創(chuàng)新儲能技術的研究和示范應用。因此，在政策的推動下，鈉離子電池有望加快應用于電網側、用電側和發(fā)電側儲能。從電池循環(huán)壽命來看，鈉離子電池遠高于鉛酸電池行業(yè)內一般以鈉/鋰電池滿充滿放的循環(huán)次數(shù)來計算循環(huán)壽命。在使用的過程中，離子電池內部會發(fā)生不可逆的電化學反應導致容量下降，比如電解液的分解，活性材料的失活，正負極結構的坍塌導致鋰離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。通過科學實驗表明，更高倍率的放電會導致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會接近平衡電壓，能釋放出更多的能量。目前，鈉離子電池的循環(huán)壽命遠高于鉛酸電池，距離鋰電池還有些差距;低溫揮發(fā)率較高，為85%;每月自放電率低于鋰離子電池，為5%。鈉電池正極材料-聚陰離子化合物：硫酸鹽系列打開中長期降本空間鐵基硫酸鹽類聚陰離子正極材料具有高工作電壓和低生產成本等顯著優(yōu)勢，但由于其純相材料的本征電導率低，嚴重影響著該類型正極材料的儲鈉電化學性能，有著儲鈉比容量較低、長循環(huán)穩(wěn)定性較差等缺陷。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極之間移動來工作，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鈉離子電池。鈉離子和鋰離子電池研究均起始于20世紀70年代，由于儲能需求日益增長，低成本儲能電池技術的需求愈發(fā)緊迫，鈉離子電池研究在近十年內突飛猛進。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%。從成本材料結構來看，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備，目前鈉電池產業(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，具有較妤的電化學性能，具備成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但在制備過程中存在配位水含量難以控制等問題，寧徳時代、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率，限制了這類材料的實際應用。鈉電池合成端-產業(yè)化進度成本是關鍵成本低是鈉電未來大規(guī)模應用的核心優(yōu)勢，從理論來看，鈉電池的成本優(yōu)勢主要體現(xiàn)在鈉鹽成本低廉、集流體改換價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%。但目前的實際價格并非如此，寧德時代董事長曾毓群在此前公布鈉電池時表示：鈉離子電池不是剛推出來就很便宜，因為目前的供應鏈規(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。產業(yè)化進度較慢導致正負極材料的原料成本、生產成本及加工費較高，輔材度電攤薄低于鋰電，且鈉電尚存能量密度的劣勢，導致鈉電度電成本高于鋰電、攤薄效應遠低于鋰電，成本優(yōu)勢尚未凸顯。技術提升與規(guī)?；慨a提速是鈉電降本的關鍵路徑。如果鈉離子電池降本進度不及預期，將難以在未來應用中與鋰電池競爭。目前鈉電池正負極材料選擇及制備工藝等方面仍存在改善空間，正負極材料廠家需加大研發(fā)力度，突破正負極材料的劣勢，努力達到成本與性能之間的平衡，實現(xiàn)正負極材料售價的降低；同時電池廠商也需進行技術提升，實現(xiàn)鈉電更高的能量密度，成本攤薄效應將隨之顯現(xiàn)，共同助力鈉電降本。此外，電池廠商應加速鈉電規(guī)模化量產，一些廠商已經開始布局和規(guī)劃產能建設，如寧德時代規(guī)劃2023年形成鈉電基本產業(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)模化量產線等等，但目前鈉電量產進程仍舊緩慢。若鈉電規(guī)?；慨a速度得到提升，鈉電制造成本將會進一步被攤薄，從而進一步降低鈉電成本，鈉電成本優(yōu)勢將得到凸顯。國家政策的支持將快速推動鈉離子電池的發(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極之間移動來工作，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，對鋰離子電池需求較大，然而我國鋰資源十分有限，必然會出現(xiàn)鋰鹽供不應求的局面。為此，我國將大力發(fā)展在資源和成本上都更有優(yōu)勢的鈉離子電池，通過頒布多項政策來推動鈉離子電池的產業(yè)化進程。在2022年發(fā)布的《十四五可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中，提出加強可再生能源前沿技術和核心技術裝備攻關。研發(fā)儲備鈉離子電池、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能技術。在2021年發(fā)布的《關于在我國大力發(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新能源產業(yè)發(fā)展的壓艙石，是支撐新能源在電力、交通、工業(yè)、通信、建筑等領域廣泛應用的重要基礎，也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐之一。國家正式提出研究開展鈉離子電池等新一代高能量密度儲能技術試點示范《十四五新型儲能發(fā)展實施方案》正式印發(fā)，國家正式提出研究開展鈉離子電池等新一代高能量密度儲能技術試點示范。方案提出，推動多元化技術開發(fā)。開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等關鍵核心技術、裝備和集成優(yōu)化設計研究，集中攻關超導、超級電容等儲能技術，研發(fā)儲備液態(tài)金屬電池、固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池等新一代高能量密度儲能技術。突破全過程安全技術。突破電池本質安全控制、電化學儲能系統(tǒng)安全預警、系統(tǒng)多級防護結構及關鍵材料、高效滅火及防復燃、儲能電站整體安全性設計等關鍵技術，支撐大規(guī)模儲能電站安全運行。鈉電池負極材料-硬碳：前驅體來源廣，樹脂基成本高/瀝青基制備難度大，非目前主流方向硬碳材料的制備通常是通過熱解各種含碳前驅體得到的，前驅體的不同會導致硬碳材料電化學性能的差別，前驅體材料的選擇是硬碳生產過程中門檻較高的環(huán)節(jié)。根據(jù)前驅體來源不同主要可以分為三類硬碳：樹脂基（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇等）硬碳、瀝青基（煤焦油瀝青、石油瀝青、天然瀝青等）硬碳、生物質基（纖維素、木質素、淀粉等）硬碳。樹脂基硬碳：最常見的是酚醛樹脂基硬碳，具備最佳的電化學性能，表現(xiàn)為優(yōu)異的循環(huán)性能、更高的可逆比容量及更好的倍率性能。然而其成本是最高的，自2021年以來酚醛樹脂價格穩(wěn)定在12000元/噸左右，成本劣勢成為了樹脂基硬碳的痛點。瀝青基硬碳：由于制備價格低廉、來源廣泛和殘?zhí)?/p>