中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在儲(chǔ)能領(lǐng)域，業(yè)界已經(jīng)對(duì)鈉電池“很上心”。
2月1日，海基新能源推出第一代鈉離子電池。抓緊研發(fā)鈉電池，儼然成為當(dāng)前眾多電池企業(yè)的“集體性行為”。
“鈉電池”讓鋰電池企業(yè)安心。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群曾表示“以前鈷的價(jià)格炒得很兇，我們就拼命搞無(wú)鈷，鎳炒起來(lái)后我們做無(wú)鎳?，F(xiàn)在鋰的價(jià)格在炒，我就搞一個(gè)鈉，我覺(jué)得氯化鈉炒不起來(lái)，因?yàn)辂}很多?！?
鈉電第一次公開(kāi)亮相，來(lái)自于就是來(lái)自于鋰電池巨頭寧德時(shí)代。2021年5月28日，寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池，電芯單體能量密度達(dá)到160Wh/kg，直逼磷酸鐵鋰。
寧德時(shí)代擘畫(huà)的鈉電池藍(lán)圖，吸引更多電池企業(yè)跟隨進(jìn)來(lái)，尤其是2023年開(kāi)局，產(chǎn)業(yè)化提速明顯。
億緯鋰能于2022年12月15日發(fā)布第一代大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品，能量密度為135Wh/kg，循環(huán)次數(shù)達(dá)到2500次。公司計(jì)劃到2026年將鈉離子電池能量密度提升至140-160Wh/kg，并實(shí)現(xiàn)萬(wàn)次循環(huán)，成本能夠降到0.2元/Wh的水平。
蜂巢能源于2022年12月22日公布第一代鈉離子電池原型樣件已經(jīng)完成開(kāi)發(fā)，能量密度110Wh/kg。公司第二代鈉離子電池產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)2023年一季度完成設(shè)計(jì)定型，能量密度為135Wh/kg；2023四季度計(jì)劃完成160Wh/kg的鈉離子電池開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)循環(huán)壽命超過(guò)2000次。
星恒電源于2023年1月12日發(fā)布具有超長(zhǎng)壽命、超快充電、超遠(yuǎn)續(xù)航、超準(zhǔn)顯示、超級(jí)安全、超高性?xún)r(jià)比等優(yōu)勢(shì)的星恒第一代鈉離子電池—“超鈉F1”， 可常溫循環(huán)2000次。星恒電源已掌握鈉離子電池關(guān)鍵技術(shù)專(zhuān)利，已獲得5篇授權(quán)、16篇實(shí)審專(zhuān)利技術(shù)，擁有鈉電自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
2023年1月，總投資10億元在鎮(zhèn)江市大港保稅區(qū)投建5萬(wàn)噸NFS鈉離子正極材料制造基地簽約落地，這是眾鈉能源打造的全球首個(gè)硫酸鐵鈉正極材料萬(wàn)噸級(jí)量產(chǎn)基地，預(yù)計(jì)2023年下半年建成投產(chǎn)。此外，眾鈉能源旗下泰州海陵基地5GWh電池系統(tǒng)量產(chǎn)項(xiàng)目在建，以及5GWh鈉離子電池示范量產(chǎn)基地正在啟動(dòng)中，總計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能10GWh，將于2023年下半年相繼建成投產(chǎn)。
短短1個(gè)多月內(nèi)，億緯鋰能、蜂巢能源、眾鈉能源、?；履茉?、星恒電源等企業(yè)在鈉電池領(lǐng)域動(dòng)態(tài)不斷。此外，孚能科技也計(jì)劃于 2023 年推出其第一代鈉離子電池產(chǎn)品。
“2021年，鈉離子相關(guān)材料還很難供應(yīng)到公斤級(jí)；2022年，鈉離子材料已可供應(yīng)達(dá)數(shù)十公斤?！敝心洗髮W(xué)唐有根教授曾在2022高工儲(chǔ)能峰會(huì)上預(yù)判，鈉離子電池量產(chǎn)過(guò)程會(huì)在鋰電的“肩膀”上縮短很多，或許3-5年將迎來(lái)產(chǎn)業(yè)化。
2022年以來(lái)，業(yè)界也不斷釋放鈉離子電池量產(chǎn)信息。中科海鈉·阜陽(yáng)全球首條GWh級(jí)鈉離子電池生產(chǎn)線(xiàn)于2022年11月29日產(chǎn)品下線(xiàn)；寧德時(shí)代表示要在2023年實(shí)現(xiàn)鈉電池產(chǎn)業(yè)化；傳藝科技在2022年9月中試產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)，在2022年底至2023年初正式投產(chǎn)2GW；華陽(yáng)股份通過(guò)與中科海鈉合作，在2022年9月底電芯廠(chǎng)投產(chǎn)，預(yù)計(jì)2023年初開(kāi)始量產(chǎn)；維科技術(shù)通過(guò)與浙江鈉創(chuàng)合作，計(jì)劃在2022年底完成中試，2023年6月投產(chǎn)2GW……
2023年，鈉離子電池量產(chǎn)呼之欲出。
鈉離子正極：三種路線(xiàn)各有所長(zhǎng)
備受產(chǎn)業(yè)關(guān)注的鈉離子電池正極材料，目前基本上包括三種類(lèi)型：層狀過(guò)渡金屬氧化物（簡(jiǎn)稱(chēng)“層狀氧化物”）、普魯士藍(lán)類(lèi)、聚陰離子型化合物。
目前鈉離子能夠最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是層狀氧化物正極材料。目前該種路線(xiàn)材料的制備與鋰電池體系部分相通，相較其他路線(xiàn)，更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。而業(yè)界認(rèn)為，聚陰離子型化合物正極材料相對(duì)能量密度最有希望突破。
中南大學(xué)唐有根教授認(rèn)為，目前這三種體系各有所長(zhǎng)，層狀氧化物技術(shù)成熟，普魯士藍(lán)類(lèi)化合物成本低，聚陰離子型化合物功率密度高，適用于高功率輸出設(shè)備需求。
從目前市場(chǎng)上幾個(gè)受關(guān)注公司的角度來(lái)看，鵬輝能源、眾鈉能源、山東章鼓、鈉創(chuàng)新能源等在聚陰離子材料上布局明顯。普魯士藍(lán)材料布局公司則包括寧德時(shí)代、湖南立方、浙江星空鈉電和超鈉新能源。中科海鈉和鈉創(chuàng)新能源采用了層狀氧化物的技術(shù)路徑。
寧德時(shí)代第一代鈉電池便采用了普魯士藍(lán)類(lèi)材料，這種材料能量密度上限高，但循環(huán)性能稍差。普魯士藍(lán)類(lèi)材料最致命的問(wèn)題是生產(chǎn)加工過(guò)程中處理不當(dāng)極易形成結(jié)晶水，該問(wèn)題目前仍是行業(yè)難點(diǎn)。寧德時(shí)代同時(shí)布局層狀氧化物，以鞏固龍頭地位。
布局鈉離子電池的鵬輝能源，目前有3個(gè)團(tuán)隊(duì)在做鈉離子電池的研發(fā)工作，包括層狀氧化物、聚陰離子體系等正極路線(xiàn)，還延伸至負(fù)極硬碳。當(dāng)前鵬輝能源重點(diǎn)攻堅(jiān)的聚陰離子產(chǎn)品具備較高的能量密度、穩(wěn)定性及循環(huán)壽命。負(fù)極方面，鵬輝能源持有成都佰思格8.33%股權(quán)，后者負(fù)極硬碳已實(shí)現(xiàn)小批量出貨，縱向延伸有助于保障關(guān)鍵材料供應(yīng)、提升盈利水平。
眾鈉能源以硫酸鐵鈉電池研發(fā)制造為主。在鈉電池性能上，眾鈉能源已實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室電池能量密度160wh/kg，工程電芯120wh/kg，兼具極佳的高低溫及倍率性能。當(dāng)前眾鈉能源已實(shí)現(xiàn)首批鈉電儲(chǔ)能模組和低速兩輪車(chē)PACK下線(xiàn)。
欣旺達(dá)與南開(kāi)大學(xué)合作設(shè)立院士工作站共同研究新型鈉離子電池等關(guān)鍵材料及技術(shù)。公司擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉、鈉離子電池及制備的多項(xiàng)專(zhuān)利，公司鈉離子電池專(zhuān)利工藝多為將金屬鈉或者鈉鹽以液態(tài)形式添加至負(fù)極極片，補(bǔ)鈉后的鈉電池在循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能、和能量密度等方面有部分改善。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，聚陰離子材料則是公認(rèn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)壽命高。釩基聚陰離子材料潛力更大，但由于釩也是制備液流電池的主要原材料，近幾年價(jià)格也有所上漲，且具備毒性，產(chǎn)量并不穩(wěn)定，相對(duì)而言，鐵基目前更具性?xún)r(jià)比。
唐有根則表示，磷酸釩錳鈉正極材料技術(shù)可引入電負(fù)性大的F元素取代，提升工作電壓和能量密度；增大Mn含量或引入Cu，F(xiàn)e等進(jìn)一步降低釩含量，降低成本。
中科海鈉對(duì)外表示，目前鈉離子電池技術(shù)路線(xiàn)百花齊放，有聚陰離子、普魯士藍(lán)還有層狀氧化物，最終會(huì)通過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證，就像磷酸鐵鋰和三元材料的爭(zhēng)論。
鈉離子負(fù)極：國(guó)內(nèi)硬碳性能緊追海外
與鋰離子電池一樣，鈉離子電池的負(fù)極材料同樣是碳材料。主要分為硬碳和軟碳，軟碳成本比較低但是它的性能不足，現(xiàn)在軟碳技術(shù)尚在進(jìn)一步改進(jìn)提升，硬碳技術(shù)探索已經(jīng)初見(jiàn)成效?？梢哉f(shuō)，生物質(zhì)基硬碳最具優(yōu)勢(shì)。但行業(yè)尚處于發(fā)展初期，個(gè)別企業(yè)具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）調(diào)研發(fā)現(xiàn)，硬碳前驅(qū)體路線(xiàn)多樣，又可以分為生物質(zhì)類(lèi)、樹(shù)脂類(lèi)、化工原料類(lèi)等，其中生物質(zhì)前驅(qū)體因?yàn)閬?lái)源廣泛、性?xún)r(jià)比高成為主流前驅(qū)體路線(xiàn)。生物質(zhì)前驅(qū)體生產(chǎn)工藝難度小，但篩選合適前驅(qū)體和穩(wěn)定批量供應(yīng)難度大。此外，目前已有樹(shù)脂和無(wú)煙煤混合硬碳研發(fā)技術(shù)，該技術(shù)產(chǎn)品性能好、成本低，供應(yīng)穩(wěn)定，未來(lái)有望成為市場(chǎng)主流應(yīng)用技術(shù)路線(xiàn)之一。
GGII分析認(rèn)為，當(dāng)前鈉離子硬碳負(fù)極材料仍具有一定產(chǎn)業(yè)化難度，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
1）生產(chǎn)工藝適配性差：不同的原材料需要不同的工藝適配，工藝適配難度大；
2）原材料批次一致性差：不同原材料年份、產(chǎn)地、甚至部位不同，都會(huì)影響硬碳質(zhì)量，例如：椰殼的年份和產(chǎn)地不同，采用椰殼的內(nèi)層和外層，得到的硬碳也不同，批次一致性難保證；
3）成本高企，國(guó)內(nèi)硬碳材料依賴(lài)日本進(jìn)口，而進(jìn)口硬碳材料價(jià)格約15-20萬(wàn)/噸，若選擇國(guó)外硬碳產(chǎn)品為鈉離子電池負(fù)極材料，則相對(duì)成熟的磷酸鐵鋰電池沒(méi)有成本優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而影響鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
值得注意的是，從參數(shù)上看，目前國(guó)內(nèi)硬碳材料參數(shù)與國(guó)外硬碳材料參數(shù)相當(dāng)。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)電池企業(yè)測(cè)試結(jié)果反饋看，國(guó)外硬碳材料的循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能更好。但是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品成本優(yōu)勢(shì)明顯，再加上國(guó)內(nèi)企業(yè)更貼近客戶(hù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)有望加速硬碳產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)，國(guó)內(nèi)硬碳產(chǎn)品性能有望追上國(guó)外產(chǎn)品性能。
隨著硬碳負(fù)極材料成本逐步下降，技術(shù)不斷發(fā)展，有望促進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化，鈉離子電池2023年有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)騰飛。
鈉電儲(chǔ)能勝算幾何？
2022 年 10 月，中國(guó)能建中標(biāo)三峽能源安 徽阜陽(yáng)市 300MW/600MWh 儲(chǔ)能項(xiàng)目，其中包括 30MW/60MWh 鈉離子電池儲(chǔ)能單元，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，相較此前投運(yùn)的中科海鈉 1MWh 鈉離子電池 儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，在規(guī)模大幅提升，將加速鈉離子電池從示范走向運(yùn)用。
全球鋰價(jià)從2021年7月一路飆升，直到2022年末，才稍稍下跌，止住暴漲趨勢(shì)。鋰價(jià)高企，鈉離子電池得到國(guó)家政策支持，優(yōu)勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)。
2022 年 7 月，國(guó)家能源局下發(fā)征求意見(jiàn)稿中強(qiáng)調(diào)，中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動(dòng)力電池；選用梯次利用動(dòng)力電池時(shí)，應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評(píng)估。
發(fā)展鈉離子電池不僅有望緩解因鋰資源短缺及分布不均引發(fā)的儲(chǔ)能發(fā)展受限的問(wèn)題，還有眾多業(yè)界人士認(rèn)為，鈉離子電池與鋰離子電池相比，除了能量密度外， 在成本、低溫性能、安全性方面或更具優(yōu)勢(shì)。
相較鋰電儲(chǔ)能，鈉離子電池正負(fù)極材料、集流體均更具成本優(yōu)勢(shì)。其中鈉離子電池將集流體從銅箔換成鋁箔，正極可以放電至 0V 而不會(huì)影響后續(xù)使用，使其在運(yùn)輸和保存過(guò)程中更安全，降低了電池的儲(chǔ)運(yùn)成本。
據(jù)相關(guān)測(cè)算，當(dāng)前鈉離子電池的初始容量投資在 500-700 元/kWh， 若循環(huán)次數(shù)在 6000 周時(shí)，鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本可實(shí)現(xiàn) 0.217-0.285 元/kWh；當(dāng)循環(huán) 次數(shù)在 8000 周時(shí)，鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本可下探至 0.2 元/kWh 以?xún)?nèi)。據(jù)中科海納估計(jì)，Cu-Fn-Mn 基鈉離子電池原材料最終成本相對(duì)磷酸鐵鋰 / 石墨體系將降低 30%-40%。
目前，寧德時(shí)代鈉離子電池能量密度最高已達(dá)160Wh/kg，直逼磷酸鐵鋰電池，為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
高工儲(chǔ)能分析，未來(lái)若能進(jìn)一步改進(jìn)鈉電池生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和工藝，提高正負(fù)極材料利用率，降低材料成本和生產(chǎn)制造成本，則可提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命，并進(jìn)一步降低儲(chǔ)能電站度電成本，在大規(guī)模儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用有較大前景。
