中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：早春二月，在中科海鈉位于安徽阜陽的生產(chǎn)車間，隨著制漿、涂布、輥壓、模切等多道工序結(jié)束，一個(gè)個(gè)合格的鈉離子電池電芯就生產(chǎn)完成了。該產(chǎn)線于2022年11月投產(chǎn)，是全球首條鈉離子電池規(guī)模化量產(chǎn)線。中科海鈉執(zhí)行董事長唐堃告訴《中國電子報(bào)》記者，鈉離子電池正處于市場化探索階段，2023年或?qū)⒂瓉砼渴袌鰬?yīng)用。
鈉離子電池不是要取代鋰電
鈉離子電池并非新鮮事物。20世紀(jì)70年代末，鈉離子電池和鋰離子電池研究幾乎同時(shí)進(jìn)行。與鋰離子電池工作原理相似，鈉離子電池主要依靠鈉離子在正負(fù)電極之間移動(dòng)來工作，是一種二次電池（可充電電池）。
由于材料研發(fā)困難和實(shí)際需求有限，鈉離子電池長期停留在實(shí)驗(yàn)室階段且研究進(jìn)展緩慢。直至近十年，鈉離子電池的相關(guān)研究才迎來井噴式增長并在近幾年加速產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐。
據(jù)賽迪研究院電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究室研究人員凌黎明介紹，相比鋰離子電池，鈉離子電池具有理論成本低、資源豐富等優(yōu)勢。
從資源儲(chǔ)量上看，鈉的地下儲(chǔ)量排在第六，地殼豐度高達(dá)2.75%，分布在全球各地。而鋰元素的地殼豐度僅0.0065%，且絕大多數(shù)分布在美洲。綜合各項(xiàng)材料成本測算，相比鋰離子電池，鈉離子電池材料成本有望降低30%~40%。
從產(chǎn)業(yè)建設(shè)端看，鈉離子電池與鋰離子電池原理相同、工藝類似、設(shè)備兼容，可以共用產(chǎn)線中絕大多數(shù)的環(huán)節(jié)，從而降低產(chǎn)線建設(shè)成本?！扳c離子電池站在鋰離子電池的‘巨人’肩膀上，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈完備?！碧茍艺f。
然而，有觀點(diǎn)認(rèn)為，鈉離子電池不過是高價(jià)鋰電池的“備胎”，當(dāng)鋰價(jià)回歸常態(tài)后，鈉離子電池競爭力將大大減弱。數(shù)據(jù)顯示，2020年12月至今，碳酸鋰價(jià)格從近4.6萬元/噸一路飆升至44.2萬元/噸，漲幅近10倍。
對此，唐堃認(rèn)為，發(fā)展鈉離子電池有國家戰(zhàn)略考量，同時(shí)也有其自身性能獨(dú)特的因素。他介紹，鈉離子電池在低溫充電、低溫放電的安全性與環(huán)保特性上具有很大的優(yōu)勢。
電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院技術(shù)產(chǎn)業(yè)中心主任章超介紹，鈉離子電池可以在零下40攝氏度左右運(yùn)行，在零到百分之百的充電過程中，不易發(fā)生內(nèi)短路，可以大大減少安全隱患。
“鈉離子電池不是要取代鋰離子電池，而是做鋰電池的有益補(bǔ)充。”唐堃說。
在凌黎明看來，鈉離子電池在低速電動(dòng)車和小型靈活儲(chǔ)能等方面有很大應(yīng)用空間，將來可成為大規(guī)模儲(chǔ)能和中低續(xù)航新能源汽車的潛在技術(shù)。
中國已經(jīng)走在世界前列
目前，全球紛紛布局發(fā)展鈉離子電池：美國能源部明確將鈉離子電池作為儲(chǔ)能電池的發(fā)展體系，歐盟儲(chǔ)能計(jì)劃“電池2030”項(xiàng)目將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。與此同時(shí)，鈉離子電池也得到了我國政策層面的支持。
近日，工業(yè)和信息化部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出聚焦電池低成本和高安全性，加強(qiáng)硬碳負(fù)極材料等正負(fù)極材料、電解液等主材和相關(guān)輔材的研究，開發(fā)高效模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)，加快鈉離子電池技術(shù)突破和規(guī)模化應(yīng)用。
《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》要求，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池等關(guān)鍵核心技術(shù)、裝備和集成優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，研究開展鈉離子電池、固態(tài)鋰離子電池等新一代高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)試點(diǎn)示范。
隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，新能源汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)︿囯姵匦枨蠹眲U(kuò)張，鋰電池在資源成本上所面臨的若干挑戰(zhàn)加速了鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。同時(shí)，應(yīng)用場景更趨廣泛，也要求加快多元化儲(chǔ)能技術(shù)示范應(yīng)用。
記者在采訪中了解到，在這種情況下，國家密集出臺(tái)相關(guān)文件，指明有潛力的多元化儲(chǔ)能技術(shù)并提出系列發(fā)展保障措施。這將在研究探索、試點(diǎn)示范、商業(yè)化利用和規(guī)模應(yīng)用等層面，推動(dòng)包括鈉離子電池在內(nèi)的新型儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化。
目前，我國在鈉離子電池方面的研究走在世界前列。凌黎明介紹：“我國在鈉離子電池領(lǐng)域發(fā)表論文數(shù)占全球60%以上。”
唐堃表示：“我們的產(chǎn)品性能目前是世界上最領(lǐng)先的，電池的循環(huán)周數(shù)能達(dá)到6000次，而行業(yè)平均值一般在2000次左右。更難能可貴的是，中國擁有鈉離子電池技術(shù)的核心專利，在歐盟、美國、日本獲得授權(quán)。我們可以自豪的地說，中國在鈉離子電池領(lǐng)域走在了世界的前列，實(shí)現(xiàn)了底層的創(chuàng)新。”
鈉離子電池“上車”在即？
面對鈉離子電池的廣闊市場前景，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批專注于鈉離子電池材料與電芯研發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)。同時(shí)，鋰電龍頭也開始規(guī)模布局鈉離子電池業(yè)務(wù)。據(jù)記者不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有十余家鋰電企業(yè)押注鈉離子電池賽道。
寧德時(shí)代于2021年7月發(fā)布了第一代鈉離子電池及鋰鈉混搭電池包，并多次表示推進(jìn)鈉離子電池在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。寧德時(shí)代相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴《中國電子報(bào)》記者，該鈉離子電池電芯單體能量密度達(dá)160Wh/kg，常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上，在零下20攝氏度低溫環(huán)境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上。
寧德時(shí)代研究院副院長黃起森表示，在乘用車應(yīng)用方面，鈉離子電池普遍可以滿足續(xù)航400公里以下的車型需求。此外，通過結(jié)合寧德時(shí)代首創(chuàng)的AB電池系統(tǒng)集成技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)鈉鋰混搭，使鈉離子電池應(yīng)用有望擴(kuò)展到500公里續(xù)航車型。這種續(xù)航車型會(huì)面向65%的市場，應(yīng)用前景非常廣闊，也為鈉離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化落地提供了條件。
億緯鋰能在2022年底發(fā)布第一代鈉離子電池，目前正準(zhǔn)備進(jìn)入中試環(huán)節(jié)。
孚能科技日前官宣，收到江鈴集團(tuán)新能源“同意就EV3車型開展鈉離子電池前期適配性預(yù)研工作”的通知，相關(guān)配置應(yīng)用鈉離子電池的車型將于2023年上市銷售。
多氟多鈉離子電池已有批量成品下線，正在進(jìn)行各類檢測，同時(shí)也在推進(jìn)多家車廠的車載測試，未來將根據(jù)市場需求制定生產(chǎn)計(jì)劃。
而專注鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的中科海鈉更是先行一步，率先實(shí)現(xiàn)鈉離子電池規(guī)?；a(chǎn)。2022年9月，中科海鈉與華陽集團(tuán)聯(lián)合打造的全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線投運(yùn)；12月，中科海鈉（阜陽）全球首條GWh級(jí)鈉離子電池生產(chǎn)線產(chǎn)品下線，并計(jì)劃于2023年擴(kuò)產(chǎn)至3-5GWh。
唐堃將2022年視作鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化元年。他告訴《中國電子報(bào)》記者，這不僅因?yàn)閲鴥?nèi)率先實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池電芯的量產(chǎn)，還因?yàn)樵絹碓蕉嗟膹S商開始披露旗下鈉離子電池產(chǎn)品的性能指標(biāo)。在這一年，鈉離子電池正負(fù)極材料、電解液等產(chǎn)業(yè)鏈也初步形成。
唐堃說，2023年鈉離子電池將會(huì)迎來批量市場應(yīng)用，將看到鈉離子電池“上車”。但鈉離子電池還處于市場化的探索階段，雖然大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為它主要適用于低速電動(dòng)車和儲(chǔ)能領(lǐng)域，但究竟哪個(gè)應(yīng)用場景會(huì)最先破冰，還是需要由市場來做“決定”。
凌黎明表示，鈉離子電池關(guān)鍵材料和電池制造等相關(guān)公司目前多數(shù)處于從中試邁向量產(chǎn)階段。隨著鈉離子電池企業(yè)成功量產(chǎn)和訂單兌現(xiàn)，2023年鈉離子電池有望實(shí)現(xiàn)初步產(chǎn)業(yè)化。
研究機(jī)構(gòu)EVTank預(yù)測，2023年年底，全行業(yè)將形成13.5GWh的鈉離子電池專用量產(chǎn)線產(chǎn)能；到2030年，鈉離子電池的實(shí)際出貨量或?qū)⑦_(dá)到347.0GWh。
鈉離子電池未來可期
盡管擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，但鈉離子電池在商業(yè)化過程中仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。
凌黎明向記者談到，鈉離子電池的劣勢在于能量密度較低、技術(shù)成熟度不高和產(chǎn)業(yè)鏈不完善，在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中主要面對三大挑戰(zhàn)。一是如何在較短時(shí)間內(nèi)優(yōu)化自身性能、提升技術(shù)成熟度并完成復(fù)雜應(yīng)用場景的可靠驗(yàn)證。二是產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈不完善，部分活性材料的規(guī)?；a(chǎn)和穩(wěn)定供應(yīng)渠道欠缺。三是現(xiàn)階段規(guī)?；a(chǎn)不足導(dǎo)致自身成本優(yōu)勢短期內(nèi)無法發(fā)揮，未來碳酸鋰價(jià)格也有可能超預(yù)期下行，此種形勢下如何完成潛在應(yīng)用場景中的滲透至關(guān)重要。
“由于尚未形成規(guī)模效應(yīng)，原材料成本較高，當(dāng)前并沒有充分體現(xiàn)鈉離子電池的低成本優(yōu)勢。”孚能科技相關(guān)人士表示。
唐堃坦言，鈉離子電池能量密度較低，配套供應(yīng)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈不完善，材料體系仍有待提高，這些都是其商業(yè)化進(jìn)程較為緩慢的關(guān)鍵原因?！半m然很多鋰電制造商不缺鈉離子電池的制造能力，鋰電池產(chǎn)線都可以接過來做，但他們需要認(rèn)真篩選尋找最合適的正負(fù)極材料和相應(yīng)供應(yīng)商，并完善材料體系，提高電池性能。”唐堃說。
談到鈉離子電池的未來，凌黎明建議，要聚焦突破鈉離子電池在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面的技術(shù)瓶頸，有效提升儲(chǔ)能能力，強(qiáng)化資源成本優(yōu)勢，并持續(xù)打造滿足市場需求的特性產(chǎn)品。
唐堃則充滿信心：“我們正在致力提高鈉離子電池的能量密度。我們第一代鈉電產(chǎn)品能量密度可以達(dá)到磷酸鐵鋰電池能量密度的70%，第二代要做到88%，第三代就要接近或者超過磷酸鐵鋰電池?！彼诖磥碚軌驙款^，在產(chǎn)業(yè)政策、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推廣應(yīng)用等方面，加快推進(jìn)鈉離子電池先行先試，并出臺(tái)免征消費(fèi)稅等稅收優(yōu)惠政策，激勵(lì)企業(yè)加大研發(fā)投入，為鈉離子電池的落地應(yīng)用注入“新動(dòng)能”。
