“十年窗下無(wú)人問(wèn),一舉成名天下知”。
7月末寧德時(shí)代一場(chǎng)只有10多分鐘的簡(jiǎn)短發(fā)布會(huì)后，此前在產(chǎn)業(yè)化道路走了十年左右的鈉離子電池火了。
寧德時(shí)代作為動(dòng)力電池行業(yè)龍頭的帶動(dòng)作用，在鈉離子電池這件事上表現(xiàn)得淋漓盡致。其實(shí)，在這之前國(guó)內(nèi)外已有企業(yè)發(fā)布鈉離子電池技術(shù)，甚至宣布實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但其影響力僅限于行業(yè)小圈子內(nèi)。寧德時(shí)代的十分鐘發(fā)布會(huì)，則把鈉離子電池真正帶入大眾視野。
那么，鈉離子電池技術(shù)是什么？寧德時(shí)代為何要力推這一新技術(shù)，它會(huì)對(duì)當(dāng)下主流的鋰離子電池技術(shù)帶來(lái)什么影響，會(huì)挑戰(zhàn)鋰離子電池技術(shù)的行業(yè)主導(dǎo)地位么？
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蟄伏30余年的新技術(shù)路線
此前對(duì)鈉離子所知不多的一些媒體非常興奮，認(rèn)為平地起驚雷，鈉離子電池技術(shù)具有劃時(shí)代的意義，將掀起動(dòng)力電池行業(yè)巨變等。但實(shí)事求是地說(shuō)，鈉離子電池并不是一項(xiàng)革命性的新技術(shù)。
在化學(xué)元素周期表上，鈉和鋰的位置很接近，這意味著兩者具備相同的工作原理和化學(xué)特性。上世紀(jì)60年代石油危機(jī)爆發(fā)后，尋找替代能源的技術(shù)研發(fā)人員就把目光瞄向了鋰電池和鈉電池。
從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，鈉離子電池與鋰離子電池的技術(shù)研究幾乎同步，都是從上世紀(jì)70年代開(kāi)始。但最終，由于鈉離子電池在安全性、能量密度與循環(huán)壽命上落于下風(fēng)，技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化遠(yuǎn)不如鋰離子電池那樣“大殺四方”，只在儲(chǔ)能領(lǐng)域站穩(wěn)腳跟。
但隨著鋰電池商業(yè)化進(jìn)展迅猛，從手機(jī)到無(wú)人機(jī)，從汽車(chē)到輪船，上天入地的各種工業(yè)品都需要鋰電池，研究界開(kāi)始注意到鋰資源的分布不均與嚴(yán)重匱乏的情況，開(kāi)始尋找新的電池技術(shù)路線。
▲ 2010年以來(lái)，有關(guān)鈉離子電池的技術(shù)論文呈井噴式增長(zhǎng)
坐了30余年冷板凳的鈉離子電池也再度受到重視，2010年以來(lái)，有關(guān)鈉離子電池的技術(shù)論文呈井噴式增長(zhǎng)。2011年，全球首家致力于鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的公司英國(guó)FARADION公司誕生，隨后，全球涌現(xiàn)一批相關(guān)公司，如美國(guó)Natron Energy、美國(guó)Aquion Energy、法國(guó)Tiamat、日本的岸田化學(xué)、松下、三菱等。
近年來(lái)，中國(guó)也出現(xiàn)一批公司開(kāi)展鈉離子電池的技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化工作。例如2017年成立的中科海納，擁有中科院物理研究所陳立泉院士、胡勇勝研究員為首的研究團(tuán)隊(duì)。
在寧德時(shí)代之前，中科海納、浙江鈉創(chuàng)、星空鈉電等公司均已經(jīng)推出量產(chǎn)鈉離子電池并建立規(guī)模量產(chǎn)的生產(chǎn)線，但影響力并未出行業(yè)小圈子。雖然寧德時(shí)代出手更晚一些，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間表要到2023年。但得益于寧德時(shí)代的加入，鈉離子電池在“電池茅”的明星光環(huán)下迅速出圈，一定程度上，將加速鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
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為何一夜爆紅？
為何鈉離子電池此前不怎么受關(guān)注，寧德時(shí)代一出手就火了？除了寧德時(shí)代身為動(dòng)力電池行業(yè)龍頭老大哥強(qiáng)大的影響力，也和鈉離子電池產(chǎn)業(yè)“天時(shí)地利人和”的發(fā)展環(huán)境有關(guān)。
在碳中和、碳達(dá)峰的雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)下，全球正掀起一場(chǎng)全新的能源革命。中科院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高曾在2021中國(guó)電動(dòng)車(chē)百人會(huì)論壇上表示，眼下全球正掀起第三次能源革命。
第一次能源革命，動(dòng)力裝置是內(nèi)燃機(jī)，能源是煤炭，交通工具是貨車(chē)；第二次工業(yè)革命，動(dòng)力裝置是內(nèi)燃機(jī)，能源是私有和天然氣，交通工具是汽車(chē)；第三次工業(yè)革命，動(dòng)力裝置是各種電池，能源是可再生能源，能源載體有兩個(gè)——電和氫；交通工具是電動(dòng)車(chē)。
能源革命的時(shí)代浪潮之下，電動(dòng)化顯然不能只指望鋰離子電池一條技術(shù)路線。技術(shù)路線應(yīng)該多元化，但多年的技術(shù)研究又表明，電池領(lǐng)域的材料創(chuàng)新、開(kāi)辟新技術(shù)路線沒(méi)那么容易。能量密度最高的鋰電池之外，鈉離子電池就成為首選。
同樣在2021中國(guó)電動(dòng)車(chē)百人會(huì)論壇上，中國(guó)工程院院士陳立泉表示：“鋰離子電池現(xiàn)在全世界都在做，如果說(shuō)全世界的車(chē)都用鋰離子電池來(lái)開(kāi)，全世界的電能都用鋰離子電池儲(chǔ)存，根本不夠，所以我們一定要考慮新的電池，鈉離子電池是首選?！?
從相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究來(lái)看，和鋰離子電池相比，鈉離子電池原材料資源更豐富，沒(méi)有資源被人“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)；生產(chǎn)制造成本也更低。
從原材料角度來(lái)看，鈉資源在地殼中的比例則有2.75%，且在礦石、鹽湖、海水等中均有廣泛的分布。而鋰資源在地球上的儲(chǔ)量相當(dāng)?shù)?，只?.0065%，而且鋰資源自全球分布嚴(yán)重不均，目前70%的鋰資源分布在南美洲。
中國(guó)鋰資源儲(chǔ)量雖然不低，位居全球第六，但是大多存在青藏高原的鹽湖鹵水中，優(yōu)質(zhì)硬巖鋰礦相對(duì)稀缺。這導(dǎo)致中國(guó)鋰鹽廠原材料高度依賴進(jìn)口，現(xiàn)階段我80%鋰資源依賴進(jìn)口。
再加上，由于美國(guó)、歐盟加大電動(dòng)車(chē)發(fā)展力度，全球電動(dòng)化加速，對(duì)于動(dòng)力電池的需求也水漲船高，動(dòng)力電池企業(yè)紛紛開(kāi)啟新一輪大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，由此帶來(lái)動(dòng)力電池原材料價(jià)格一路上漲，鋰資源供需不平衡的問(wèn)題進(jìn)一步凸顯。
中金證券的研報(bào)顯示，2020年底以來(lái)，鋰價(jià)已上漲130%，從2020年底部的3.95萬(wàn)元/噸增長(zhǎng)至目前（2021年8月3日）的9.10萬(wàn)元。據(jù)其測(cè)算，近碳酸鋰價(jià)格上漲就帶動(dòng)鋰電池原材料成本增加約5%。隨著新能源汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展，至2025年全球鋰需求將迎百萬(wàn)噸級(jí)需求增量。
同時(shí)，全球鋰資源項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)不確定性增加，難以匹配需求增長(zhǎng)的速度和量級(jí)，未來(lái)鋰價(jià)抬升的預(yù)期進(jìn)一步增加了電池企業(yè)的成本焦慮。
5月21日，在寧德時(shí)代的股東大會(huì)上，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群就表示，原材料價(jià)格上漲對(duì)于成本影響較大，并放出狠話：“如果誰(shuí)在我們這兒拼命亂漲價(jià)，我們會(huì)把他們排除在外?！蓖瑫r(shí)，曾毓群還透露一個(gè)重要信息：“我們的鈉電池已經(jīng)成熟了，氯化鈉不能炒作，因?yàn)辂}多。”
鈉離子電池的另一大優(yōu)勢(shì)是成本更低。由于材料體系的差異，鈉離子電池在正極、負(fù)極、電解液、集流體等原材料方面均可不同程度的實(shí)現(xiàn)降本。
陳立泉分享的數(shù)據(jù)顯示，鋰離子電池中最便宜的磷酸鐵鋰電池，每瓦時(shí)的原材料成本是3毛4，鈉離子電池的原材料成本每瓦時(shí)是2毛6，更為便宜。
事實(shí)上，鈉離子電池技術(shù)已經(jīng)成為中外各國(guó)爭(zhēng)相押寶的電池新技術(shù)。2020年，美國(guó)能源部公布了對(duì)電池研究計(jì)劃的布局，著力開(kāi)展對(duì)動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的基礎(chǔ)研究與先進(jìn)制造，在此計(jì)劃中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)目公布了未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的電池體系，將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。
在中國(guó)，鈉離子電池作為多元化技術(shù)路線的重要性也被明確。7月23日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化，加快鈉離子電池等技術(shù)開(kāi)展規(guī)?；囼?yàn)示范。
在業(yè)界看來(lái)，寧德時(shí)代這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)推出鈉離子電池，既是針對(duì)鋰價(jià)格不斷上漲的一個(gè)輿論戰(zhàn)，打壓一下市場(chǎng)哄抬鋰價(jià)的瘋狂之舉；也是針對(duì)鋰資源被人“卡脖子”的釜底抽薪之舉，開(kāi)辟新技術(shù)路線，多種技術(shù)路線應(yīng)對(duì)電動(dòng)化的多種應(yīng)用場(chǎng)景，助力能源革命；同時(shí)展示行業(yè)龍頭的強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力和新技術(shù)儲(chǔ)備，秀肌肉的同時(shí)鞏固行業(yè)領(lǐng)先地位。
▲ 鈉離子電池主要優(yōu)勢(shì)
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難以撼動(dòng)鋰電池的行業(yè)C位
真正令媒體感到興奮的地方在于，寧德時(shí)代的鈉離子電池，很可能突破鈉離子電池此前的產(chǎn)業(yè)天花板，不再局限于儲(chǔ)能領(lǐng)域，進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車(chē)。
從發(fā)布會(huì)介紹的情況來(lái)看，寧德時(shí)代借助高通量計(jì)算平臺(tái)和模擬仿真技術(shù)，創(chuàng)新性地對(duì)材料的體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，對(duì)材料表面進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)，解決了材料在循環(huán)過(guò)程中容量快速衰減這一世界性的難題。
同時(shí)，通過(guò)正、負(fù)極以及電解液等環(huán)節(jié)的材料創(chuàng)新，使得其鈉離子電池的能量密度達(dá)到160Wh/kg，下一代鈉離子電池能量密度將突破200Wh/kg，接近磷酸鐵鋰電池的水平。制造工藝也能與現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線兼容。
為了推進(jìn)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化，寧德時(shí)代還推出鋰鈉合璧的AB電池，通過(guò)BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制。鋰鈉混搭的電池系統(tǒng)不僅具有鋰電池的能量密度優(yōu)勢(shì)，還新增鈉電池的低溫、快充特長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)。
從寧德時(shí)代的發(fā)布來(lái)看，除了能量密度略低，鈉離子電池在低溫、快充方面優(yōu)勢(shì)明顯，原材料來(lái)源更廣，制造成本更低?？瓷先ナ莻€(gè)潛力無(wú)限的新技術(shù)。那么，鈉離子電池將會(huì)對(duì)鋰離子電池產(chǎn)生多大影響，能否挑戰(zhàn)鋰離子電池目前在電動(dòng)化市場(chǎng)的絕對(duì)主導(dǎo)地位？
不同于媒體的多種興奮解讀與暢想，中金證券等多家證券研究機(jī)構(gòu)給出的研報(bào)相對(duì)冷靜。認(rèn)為受制于循環(huán)壽命低，體積偏大，能量密度低等天然短板，鈉離子電池主要適用于對(duì)能量密度要求不高的儲(chǔ)能、兩輪電動(dòng)車(chē)、低速電動(dòng)車(chē)、工程機(jī)械等行業(yè)，可以作為鋰電池的很好補(bǔ)充，但不太可能動(dòng)搖鋰電池的行業(yè)主導(dǎo)地位。
▲ 考慮鈉電池影響后2021-2025年鋰供需平衡
中金證券的報(bào)告認(rèn)為，鈉電池原材料成本比磷酸鐵鋰低30%-40%，產(chǎn)業(yè)化加速后期成本優(yōu)勢(shì)將逐步凸顯，或?qū)⒃趦奢嗆?chē)、小動(dòng)力以及儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)﹁F鋰需求形成有效補(bǔ)充。短期看，鈉電池對(duì)鋰需求影響有限，不改鋰供需走向緊缺行業(yè)趨勢(shì)。長(zhǎng)期看，鈉電池產(chǎn)業(yè)化不改鋰需求剛性。
中金證券的研報(bào)預(yù)計(jì)，2025年鈉電池對(duì)鋰需求影響不超過(guò)3.7萬(wàn)噸LCE，占2025年總需求僅2.6％，對(duì)整體鋰需求影響有限?？紤]到鈉電池替代因素，預(yù)計(jì)2021-2025年全球鋰供需分別為+3.54萬(wàn)噸、+4.54萬(wàn)噸、+0.07萬(wàn)噸、-1.89萬(wàn)噸、-4.82萬(wàn)噸，不改鋰供需走向緊缺趨勢(shì)。
東北證券的研報(bào)認(rèn)為，鈉暫不可能替代鋰成為動(dòng)力領(lǐng)域主流技術(shù)方向，站在當(dāng)前時(shí)點(diǎn)來(lái)看，鈉電池對(duì)鋰電池的替代性實(shí)際上很微弱，不應(yīng)過(guò)分高估其商業(yè)價(jià)值。
從研究機(jī)構(gòu)的研報(bào)來(lái)看，雖然鈉離子電池在低溫、快充方面表現(xiàn)更好，但化學(xué)特性決定了，鈉離子電池在能量密度、循環(huán)壽命上無(wú)法挑戰(zhàn)鋰離子電池。鈉離子電池最有可能替代的，是鉛酸電池。
能量密度上，目前鈉離子能達(dá)到的上限100-160 Wh/Kg，僅相當(dāng)于磷酸鐵鋰能量密度的下限，150-220Wh/kg；和能量密度更高的三元鋰電更沒(méi)法比，量產(chǎn)平均水平達(dá)到200Wh/kg。
循環(huán)壽命上，相關(guān)研究證明，鈉離子電池的循環(huán)壽命大約是鋰離子電池的65%左右，能量密度比鋰電池低20%。中科海納此前公布的數(shù)據(jù)顯示，鈉離子電池的平均循環(huán)壽命是1000-1500次三元鋰電是1500-3000次，磷酸鐵鋰則為3000-6000次。
▲ 各種電池電芯循環(huán)壽命對(duì)比（次）
這意味著，鈉電池在車(chē)用主流動(dòng)力場(chǎng)景仍存在瓶頸，或許可以在兩輪電動(dòng)車(chē)、低速電動(dòng)車(chē)、儲(chǔ)能等領(lǐng)域替代磷酸鐵鋰或形成互補(bǔ)，但不可能挑戰(zhàn)三元鋰電在長(zhǎng)續(xù)航等高端車(chē)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。
寧德時(shí)代的發(fā)布會(huì)，也并未明確鈉離子電池的使用前景，其強(qiáng)調(diào)的，也是作為鋰電池技術(shù)的補(bǔ)充，要堅(jiān)持技術(shù)多元化路線。
發(fā)布會(huì)上，曾毓群再次強(qiáng)調(diào)了寧德時(shí)代的三個(gè)戰(zhàn)略方向：一是儲(chǔ)能領(lǐng)域：以可再生能源發(fā)電和儲(chǔ)能替代固定式化石能源。二是以動(dòng)力電池助力電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，不斷地提高電池性能，加速交通領(lǐng)域的全面電動(dòng)化；三是以電動(dòng)化和智能化的集成創(chuàng)新不斷拓展應(yīng)用場(chǎng)景，加快各領(lǐng)域的新能源替代過(guò)程。
總之，寧德時(shí)代的發(fā)布會(huì)“帶火”了鈉離子電池，甚至令人看到這一新技術(shù)“上車(chē)”的可能性，但研究機(jī)構(gòu)和業(yè)內(nèi)人士對(duì)此多持保留態(tài)度，認(rèn)為以目前的技術(shù)水平來(lái)看，鈉離子電池但想要大規(guī)模上車(chē)，替代鋰電池，不太可能。動(dòng)力電池領(lǐng)域的技術(shù)路線依然會(huì)是以鋰電為主。
執(zhí)筆：耿慧麗
