鈉電池產(chǎn)業(yè)可行性分析分析

鈉電池產(chǎn)業(yè)可行性分析

工信部長期以來積極推動新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一是制定發(fā)布《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南（2016—2020年）》，推動新型電池技術(shù)進步和創(chuàng)新升級，支持鈉離子電池、液流電池等新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。二是積極開展電池領(lǐng)域相關(guān)標準研制工作，推動將先進技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標準，規(guī)范和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三是支持電池檢測平臺建設(shè)，指導(dǎo)組建國家動力電池制造業(yè)創(chuàng)新中心，統(tǒng)籌資源推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，支持新型正極材料等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。目前，我國鋰離子電池受原材料影響價格猛漲，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，我國鈉資源儲量豐富，分布廣泛，與鋰資源相比能很好的減少對國外資源的需求。在價格方面，由于鈉離子電池正極用銅鐵錳，負極用無煙煤做的碳，整體電芯成本低于鋰電池，并不會像鋰離子電池一樣受到原材料價格波動影響，價格較為穩(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)用范圍在儲能、電動汽車等領(lǐng)域不斷拓展。在儲能方面，隨著未來鈉離子電池的規(guī)?；a(chǎn)，將逐漸替代鋰離子電池在儲能方面的應(yīng)用，未來市場空間廣闊。在電動汽車方面，新能源汽車作為政策驅(qū)動的產(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。鈉電池負極材料-軟碳：儲鈉比容量較低，中科院無煙煤技術(shù)賦予軟碳負極新前景軟碳成本低、產(chǎn)碳率高、電子傳導(dǎo)性好，但較低的可逆容量嚴重制約了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。制備軟碳材料的前驅(qū)體主要包括石油化工原料及其下游產(chǎn)品，如煤、瀝青、石油焦等，原料成本較為低廉。相比于硬碳，軟碳中富含的sp2碳導(dǎo)致更高的電子導(dǎo)電性和倍率性能，但是直接碳化的軟碳材料在鈉離子電池中表現(xiàn)出較低的可逆容量，儲鈉容量較低，而且沒有儲鈉平臺，限制了其實用性。近期研究表明，通過制備納米結(jié)構(gòu)、設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)來有利于鈉離子的快速傳輸；異相原子摻雜來增加其層間距、提高電導(dǎo)率和缺陷數(shù)量；預(yù)氧化策略可以有效抑制其石墨化，促進無序結(jié)構(gòu)的形成，從而有效提升儲鈉容量。這些方法均為改性軟碳材料以提升其儲鈉容量提供了理論基礎(chǔ)。中科院無煙煤技術(shù)賦予軟碳負極新前景。中科院物理所采用其作為前驅(qū)體，得到一種新型軟碳材料。不同于來自于瀝青的軟碳材料，其在1600°C以下仍具有較高的無序度，產(chǎn)碳率高達90%，儲鈉容量達到220mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異，最重要的是在所有的碳基負極材料中具有最高的性價比。以其作為負極和Cu基層狀氧化物作為正極制作的軟包電池的能量密度達到100Wh/kg，在1C充放電倍率下容量保持率為80%。未來隨著更多研究成果的出現(xiàn)和低成本的驅(qū)動，如果能以低成本軟碳為前驅(qū)體，成功制備出高性能的碳負極材料，將進一步促進鈉離子電池的發(fā)展，屆時軟碳或?qū)⒃阝c電負極市場分得更大份額。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，電動車、儲能起火事故頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計，2011-2021年全球共發(fā)生32起儲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)性能相對穩(wěn)定，熱失控過程中容易鈍化失活，安全實驗表現(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，針剌時不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過充、過放、擠壓等實驗也不起火燃燒。對比鋰離子電池起始自加熱溫度達到165℃，鈉離子電池則達到260℃：且在ARC測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。中國鈉離子電池市場前瞻鈉離子電池主要分為四種，其中鈉硫電池和鈉-氯化鈉電池為高溫鈉離子電池，水系鈉離子電池和溶劑系鈉離子電池為常溫鈉離子電池。目前已開始小批量應(yīng)用的主要是常溫鈉離子電池，尤其是以溶劑系鈉離子電池。在產(chǎn)業(yè)鏈方面，上游的正極和負極以及電解液添加劑都需要培育新的供應(yīng)鏈，在隔膜、集流體、電解液溶質(zhì)以及生產(chǎn)線可以與鋰離子電池共用；而在下游，主要取代鉛酸電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池的市場，主要應(yīng)用領(lǐng)域為電動二輪車、低速車、儲能、電動船舶以及電動工具。造成鈉離子電池目前沒有大規(guī)模應(yīng)用的主要原因有：鈉離子電池現(xiàn)階段相對于鋰離子電池并沒有明顯的價格優(yōu)勢。鈉離子電池相對于鋰離子電池（磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池）存在能量密度劣勢。由于鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，鈉離子電池的配方?jīng)]有經(jīng)過足夠多的迭代，性能潛力挖掘不夠，潛在的性能缺陷較多。由于用戶的使用慣性和路徑依賴，用戶更愿意接受成熟度更高的鋰離子電池。各細分領(lǐng)域，鈉離子電池并沒有表現(xiàn)出不可替代的性能。鈉離子電池沒有大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)致鈉離子電池上游供應(yīng)鏈并不成熟，鈉離子電池沒有獲得明顯的成本優(yōu)勢。從廢舊鋰電池回收退下來的梯次利用鋰電池價格低廉，并且供應(yīng)量不斷增加，進一步削減了鈉離子電池的市場可能性。目前國內(nèi)主流的最為成熟的技術(shù)路線為：正極為鈉過度金屬氧化物，過度金屬為銅鐵錳或鎳鐵錳，負極為硬碳或無煙煤軟碳，電解液溶質(zhì)為六氟磷酸鈉，電解液溶劑與目前鋰離子電池溶劑相同，正負極集流體均為鋁箔。鈉離子電池的主要競爭產(chǎn)品為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鉛酸電池以及梯次利用鋰電池。通過計算鈉離子正負極能量密度差異，可以得出，在相同技術(shù)條件下，鈉離子的能量密度約為錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池能量密度的0．7-0．8倍。在對比鈉離子電池與錳酸鋰電池及磷酸鐵鋰電池的性能后，高工產(chǎn)研鋰電研究所認為鈉離子電池未來的應(yīng)用領(lǐng)域有望主要集中在電動二輪車市場、家庭儲能、低速車以及備電等領(lǐng)域。鈉電池市場空間：儲能-2025年有望達到50．68GWh發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的主要場景是大型儲能，即大儲。區(qū)別于戶用的小功率儲能，大儲設(shè)備對一致性、儲能功率和循環(huán)壽命的要求較高，主流技術(shù)路線是磷酸鐵鋰電池，主要應(yīng)用在新能源電站、電網(wǎng)等場景。預(yù)計2023-2025年大儲裝機量分別達到99．8、169．0、282．4GWh。預(yù)計鈉電池在大儲市場的滲透率將逐年升高，2023-2025年分別達到1%、3%、8%，2025年對應(yīng)的大儲鈉電池需求量將達到22．59GWh。用電側(cè)儲能，主要包括工商業(yè)配儲、戶用配儲、通信基站配儲三大場景，目前的主流技術(shù)路線是磷酸鐵鋰電池。用電側(cè)儲能前景廣闊，預(yù)計2023-2025年鈉電池在工商業(yè)配儲、戶用配儲、通信基站配儲的滲透率將逐年升高，2025年對應(yīng)的鈉電需求量有望分別達到5．44GWh、18．33GWh、4．32GWh。預(yù)計2025年儲能對鈉電池的需求有望超50GWh。國家有關(guān)部門積極推動新型電池發(fā)展國家有關(guān)部門高度重視新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從加強行業(yè)管理、統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、支持技術(shù)創(chuàng)新、加快標準建設(shè)等角度出發(fā)，采取一系列措施促進新型電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。工信部長期以來積極推動新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一是制定發(fā)布《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南（2016—2020年）》，推動新型電池技術(shù)進步和創(chuàng)新升級，支持鈉離子電池、液流電池等新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。二是積極開展電池領(lǐng)域相關(guān)標準研制工作，推動將先進技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標準，規(guī)范和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三是支持電池檢測平臺建設(shè)，指導(dǎo)組建國家動力電池制造業(yè)創(chuàng)新中心，統(tǒng)籌資源推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，支持新型正極材料等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。十三五期間，科技部通過國家重點研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點專項，對電池儲能相關(guān)技術(shù)進行了系統(tǒng)部署。其中，鈉基儲能電池技術(shù)作為重點支持方向之一，在高安全長壽命和低成本鈉基儲能電池的基礎(chǔ)科學(xué)問題研究等項目系列成果推動下進步顯著。近年來，財政部通過新能源汽車推廣應(yīng)用補助等政策，帶動了新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，推動新型電池產(chǎn)品技術(shù)水平迅速提高、成本迅速下降。企業(yè)重視產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)投入，鈉離子電池技術(shù)得到一定突破鈉離子電池作為一種新的電池技術(shù)路線，吸引眾多鋰離子電池企業(yè)入場布局，其中布局鈉離子電池技術(shù)的公司就有寧德時代、鵬輝能源等等。從企業(yè)營業(yè)收入來看，寧德時代營業(yè)收入在2017-2021年間呈現(xiàn)逐年上升的走勢，其中2021年漲幅最大，主要是因為業(yè)務(wù)規(guī)模增長、產(chǎn)銷量提升帶動營業(yè)收入相應(yīng)增長，而毛利率受部分原材料價格上漲的緣故，則處于不斷下降的狀態(tài)。鵬輝能源營業(yè)收入整體也處于不斷增長的狀態(tài)，但是增長幅度與寧德時代相比較低，其毛利率雖然整體處于下降趨勢，但是在2019年有明顯的上升趨勢，這主要受公司ETC業(yè)務(wù)快速增長，帶動了企業(yè)毛利率的增長。從研發(fā)投入來看，寧德時代的研發(fā)投入從2018年的19．91億元增加到2021年的76．91億元，其中2021年研發(fā)費用占總營業(yè)收入的比重達到了5．90%；鵬輝能源的研發(fā)投入整體處于小幅上升的狀態(tài)，到2021年研發(fā)投入為2．46億元，占總營業(yè)收入的比重達到了4．33%。由于兩家公司高度重視產(chǎn)品和技術(shù)工藝的研發(fā)，隨著鋰電池行業(yè)發(fā)展受限，對于作為替代品的鈉離子電池來說，將會受到企業(yè)的重視，大力推動該產(chǎn)品的發(fā)展。從鈉離子電池研發(fā)情況來看，寧德時代為平衡資源、成本及碳足跡等潛在問題，開發(fā)鈉離子電池，目前，已經(jīng)發(fā)布了第一代鈉離子電池，為了充分發(fā)揮鈉離子電池的優(yōu)勢，迎合市場的需要，該企業(yè)加大了研發(fā)投入力度，促進鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，進一步提高能量密度及綜合性能。鵬輝能源是基于鈉成本和資源優(yōu)勢，研發(fā)高性能鈉離子電池，目前，已經(jīng)能實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，未來將進一步提升鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命及低溫性能，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。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(chǎn)成本等顯著優(yōu)勢，但由于其純相材料的本征電導(dǎo)率低，嚴重影響著該類型正極材料的儲鈉電化學(xué)性能，有著儲鈉比容量較低、長循環(huán)穩(wěn)定性較差等缺陷。鈉電池電解液：與鋰電體系相通，有機電解液前景較優(yōu)電解液是鈉離子電池的關(guān)鍵材料之一，在電池正負極之間起到傳導(dǎo)和輸送能量的作用，在很大程度上決定了電池的工作機制，影響著電池的安全性、循環(huán)壽命和倍率性能等指標。鋰鈉離子電池電解液生產(chǎn)體系可沿用，壁壘在配方技術(shù)，而非產(chǎn)能?，F(xiàn)有六氟磷酸鋰生產(chǎn)路線可切換生產(chǎn)六氟磷酸鈉，實現(xiàn)產(chǎn)能共享，核心競爭壁壘主要是配方技術(shù)而非產(chǎn)能。鈉離子電池電解液主要分為液體電解液、固液復(fù)合電解液和固體電解液三大類。其中液體電解液又分為有機液體電解液、水系電解液和離子液體電解液。固體電解液分為無機固體電解液和固體聚合物電解液。鈉電池市場空間：四輪車-2025年有望達到48．45GWh鈉電池有機會滲透的動力電池市場主要包括A00級、A0級以及A級三種電動車。具體來看，鈉電池可以滿足續(xù)航里程在400公里以下的新能源汽車車型的基本需求，400公里以下的新能源汽車車型主要包括A0