钠电池产业可行性分析分析

钠电池产业可行性分析

工信部长期以来积极推动新型电池产业发展。一是制定发布《信息产业发展指南（2016—2020年）》，推动新型电池技术进步和创新升级，支持钠离子电池、液流电池等新型电池产业发展。二是积极开展电池领域相关标准研制工作，推动将先进技术创新成果转化为标准，规范和引领产业高质量发展。三是支持电池检测平台建设，指导组建国家动力电池制造业创新中心，统筹资源推动产业技术进步，支持新型正极材料等关键技术攻关和产业化。目前，我国锂离子电池受原材料影响价格猛涨，相关企业成本增加导致盈利减少，为此，锂电池相关企业选择性价比较高的钠离子电池来替代锂离子电池发展。在资源方面，我国钠资源储量丰富，分布广泛，与锂资源相比能很好的减少对国外资源的需求。在价格方面，由于钠离子电池正极用铜铁锰，负极用无烟煤做的碳，整体电芯成本低于锂电池，并不会像锂离子电池一样受到原材料价格波动影响，价格较为稳定。在性能方面，钠离子电池由于高安全性而受到行业重视。随着钠离子电池生产技术的不断提升，钠离子电池将拥有更广阔的发展空间，其应用范围在储能、电动汽车等领域不断拓展。在储能方面，随着未来钠离子电池的规模化生产，将逐渐替代锂离子电池在储能方面的应用，未来市场空间广阔。在电动汽车方面，新能源汽车作为政策驱动的产物，需求量不断增加，由于能量密度不足，钠离子电池能够在微型汽车方面得到加速应用。钠电池负极材料-软碳：储钠比容量较低，中科院无烟煤技术赋予软碳负极新前景软碳成本低、产碳率高、电子传导性好，但较低的可逆容量严重制约了其在钠离子电池中的应用。制备软碳材料的前驱体主要包括石油化工原料及其下游产品，如煤、沥青、石油焦等，原料成本较为低廉。相比于硬碳，软碳中富含的sp2碳导致更高的电子导电性和倍率性能，但是直接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量，储钠容量较低，而且没有储钠平台，限制了其实用性。近期研究表明，通过制备纳米结构、设计多孔结构来有利于钠离子的快速传输；异相原子掺杂来增加其层间距、提高电导率和缺陷数量；预氧化策略可以有效抑制其石墨化，促进无序结构的形成，从而有效提升储钠容量。这些方法均为改性软碳材料以提升其储钠容量提供了理论基础。中科院无烟煤技术赋予软碳负极新前景。中科院物理所采用其作为前驱体，得到一种新型软碳材料。不同于来自于沥青的软碳材料，其在1600°C以下仍具有较高的无序度，产碳率高达90%，储钠容量达到220mAh/g，循环稳定性优异，最重要的是在所有的碳基负极材料中具有最高的性价比。以其作为负极和Cu基层状氧化物作为正极制作的软包电池的能量密度达到100Wh/kg，在1C充放电倍率下容量保持率为80%。未来随着更多研究成果的出现和低成本的驱动，如果能以低成本软碳为前驱体，成功制备出高性能的碳负极材料，将进一步促进钠离子电池的发展，届时软碳或将在钠电负极市场分得更大份额。从电池的安全性来看，钠离子电池具有更好的热稳定性全球锂电池起火事故频出，电动车、储能起火事故频发，据不完全统计，2011-2021年全球共发生32起储能电站起火爆炸事故，其中26起事故采用三元锂离子电池。钠离子电池电化学性能相对稳定，热失控过程中容易钝化失活，安全实验表现较锂离子电池更好。目前，钠离子电池已通过中汽中心的检测，针剌时不冒烟、不起火、不爆炸，经受短路、过充、过放、挤压等实验也不起火燃烧。对比锂离子电池起始自加热温度达到165℃，钠离子电池则达到260℃：且在ARC测试中钠离子电池最大自加热速度显著低于锂离子电池，这些均表明钠离子电池具有更好的热稳定性。中国钠离子电池市场前瞻钠离子电池主要分为四种，其中钠硫电池和钠-氯化钠电池为高温钠离子电池，水系钠离子电池和溶剂系钠离子电池为常温钠离子电池。目前已开始小批量应用的主要是常温钠离子电池，尤其是以溶剂系钠离子电池。在产业链方面，上游的正极和负极以及电解液添加剂都需要培育新的供应链，在隔膜、集流体、电解液溶质以及生产线可以与锂离子电池共用；而在下游，主要取代铅酸电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池的市场，主要应用领域为电动二轮车、低速车、储能、电动船舶以及电动工具。造成钠离子电池目前没有大规模应用的主要原因有：钠离子电池现阶段相对于锂离子电池并没有明显的价格优势。钠离子电池相对于锂离子电池（磷酸铁锂电池和锰酸锂电池）存在能量密度劣势。由于钠离子电池产业链不够成熟，钠离子电池的配方没有经过足够多的迭代，性能潜力挖掘不够，潜在的性能缺陷较多。由于用户的使用惯性和路径依赖，用户更愿意接受成熟度更高的锂离子电池。各细分领域，钠离子电池并没有表现出不可替代的性能。钠离子电池没有大规模应用，导致钠离子电池上游供应链并不成熟，钠离子电池没有获得明显的成本优势。从废旧锂电池回收退下来的梯次利用锂电池价格低廉，并且供应量不断增加，进一步削减了钠离子电池的市场可能性。目前国内主流的最为成熟的技术路线为：正极为钠过度金属氧化物，过度金属为铜铁锰或镍铁锰，负极为硬碳或无烟煤软碳，电解液溶质为六氟磷酸钠，电解液溶剂与目前锂离子电池溶剂相同，正负极集流体均为铝箔。钠离子电池的主要竞争产品为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池以及梯次利用锂电池。通过计算钠离子正负极能量密度差异，可以得出，在相同技术条件下，钠离子的能量密度约为锰酸锂电池和磷酸铁锂电池能量密度的0．7-0．8倍。在对比钠离子电池与锰酸锂电池及磷酸铁锂电池的性能后，高工产研锂电研究所认为钠离子电池未来的应用领域有望主要集中在电动二轮车市场、家庭储能、低速车以及备电等领域。钠电池市场空间：储能-2025年有望达到50．68GWh发电侧和电网侧的主要场景是大型储能，即大储。区别于户用的小功率储能，大储设备对一致性、储能功率和循环寿命的要求较高，主流技术路线是磷酸铁锂电池，主要应用在新能源电站、电网等场景。预计2023-2025年大储装机量分别达到99．8、169．0、282．4GWh。预计钠电池在大储市场的渗透率将逐年升高，2023-2025年分别达到1%、3%、8%，2025年对应的大储钠电池需求量将达到22．59GWh。用电侧储能，主要包括工商业配储、户用配储、通信基站配储三大场景，目前的主流技术路线是磷酸铁锂电池。用电侧储能前景广阔，预计2023-2025年钠电池在工商业配储、户用配储、通信基站配储的渗透率将逐年升高，2025年对应的钠电需求量有望分别达到5．44GWh、18．33GWh、4．32GWh。预计2025年储能对钠电池的需求有望超50GWh。国家有关部门积极推动新型电池发展国家有关部门高度重视新型电池产业发展，从加强行业管理、统筹产业规划、支持技术创新、加快标准建设等角度出发，采取一系列措施促进新型电池产业健康有序发展。工信部长期以来积极推动新型电池产业发展。一是制定发布《信息产业发展指南（2016—2020年）》，推动新型电池技术进步和创新升级，支持钠离子电池、液流电池等新型电池产业发展。二是积极开展电池领域相关标准研制工作，推动将先进技术创新成果转化为标准，规范和引领产业高质量发展。三是支持电池检测平台建设，指导组建国家动力电池制造业创新中心，统筹资源推动产业技术进步，支持新型正极材料等关键技术攻关和产业化。十三五期间，科技部通过国家重点研发计划智能电网技术与装备重点专项，对电池储能相关技术进行了系统部署。其中，钠基储能电池技术作为重点支持方向之一，在高安全长寿命和低成本钠基储能电池的基础科学问题研究等项目系列成果推动下进步显著。近年来，财政部通过新能源汽车推广应用补助等政策，带动了新能源汽车动力电池产业蓬勃发展，推动新型电池产品技术水平迅速提高、成本迅速下降。企业重视产品和技术的研发投入，钠离子电池技术得到一定突破钠离子电池作为一种新的电池技术路线，吸引众多锂离子电池企业入场布局，其中布局钠离子电池技术的公司就有宁德时代、鹏辉能源等等。从企业营业收入来看，宁德时代营业收入在2017-2021年间呈现逐年上升的走势，其中2021年涨幅最大，主要是因为业务规模增长、产销量提升带动营业收入相应增长，而毛利率受部分原材料价格上涨的缘故，则处于不断下降的状态。鹏辉能源营业收入整体也处于不断增长的状态，但是增长幅度与宁德时代相比较低，其毛利率虽然整体处于下降趋势，但是在2019年有明显的上升趋势，这主要受公司ETC业务快速增长，带动了企业毛利率的增长。从研发投入来看，宁德时代的研发投入从2018年的19．91亿元增加到2021年的76．91亿元，其中2021年研发费用占总营业收入的比重达到了5．90%；鹏辉能源的研发投入整体处于小幅上升的状态，到2021年研发投入为2．46亿元，占总营业收入的比重达到了4．33%。由于两家公司高度重视产品和技术工艺的研发，随着锂电池行业发展受限，对于作为替代品的钠离子电池来说，将会受到企业的重视，大力推动该产品的发展。从钠离子电池研发情况来看，宁德时代为平衡资源、成本及碳足迹等潜在问题，开发钠离子电池，目前，已经发布了第一代钠离子电池，为了充分发挥钠离子电池的优势，迎合市场的需要，该企业加大了研发投入力度，促进钠离子电池产业链的建设，进一步提高能量密度及综合性能。鹏辉能源是基于钠成本和资源优势，研发高性能钠离子电池，目前，已经能实现小批量生产，未来将进一步提升钠离子电池的能量密度、循环寿命及低温性能，实现批量生产。钠电池正极材料-聚阴离子化合物：硫酸盐系列打开中长期降本空间铁基硫酸盐类聚阴离子正极材料具有高工作电压和低生产成本等显著优势，但由于其纯相材料的本征电导率低，严重影响着该类型正极材料的储钠电化学性能，有着储钠比容量较低、长循环稳定性较差等缺陷。钠电池电解液：与锂电体系相通，有机电解液前景较优电解液是钠离子电池的关键材料之一，在电池正负极之间起到传导和输送能量的作用，在很大程度上决定了电池的工作机制，影响着电池的安全性、循环寿命和倍率性能等指标。锂钠离子电池电解液生产体系可沿用，壁垒在配方技术，而非产能。现有六氟磷酸锂生产路线可切换生产六氟磷酸钠，实现产能共享，核心竞争壁垒主要是配方技术而非产能。钠离子电池电解液主要分为液体电解液、固液复合电解液和固体电解液三大类。其中液体电解液又分为有机液体电解液、水系电解液和离子液体电解液。固体电解液分为无机固体电解液和固体聚合物电解液。钠电池市场空间：四轮车-2025年有望达到48．45GWh钠电池有机会渗透的动力电池市场主要包括A00级、A0级以及A级三种电动车。具体来看，钠电池可以满足续航里程在400公里以下的新能源汽车车型的基本需求，400公里以下的新能源汽车车型主要包括A0