宁德时代钠离子电池预计明年产业化 分别适用电动汽车和储能

2022.09.18 -

近日,国内动力电池龙头宁德时代新能源有限公司(以下简称“宁德时代”,300750.SZ)在互动平台上回答投资者提问时称,正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。

9月16日,澎湃新闻记者从知情人士处了解到,所谓钠离子电池的产业化,不仅包括电池的量产,还包括上游产业链的建成。而在宁德时代预计于明年投产的钠离子电池中,既有用于电动汽车的钠离子动力电池,也有用于储能电站的钠离子储能电池。

据了解,钠离子电池是一种依靠钠离子在正负极间移动来完成充放电的二次电池,其电池工作原理与锂离子电池相似。充电时,钠离子从正极脱出,经过电解质嵌入负极;放电时相反。

在全球范围内,钠离子电池技术的研究可追溯到上世纪70年代,甚至略早于锂离子电池,但在20世纪90年代,锂离子电池由于其更优异的性能成功商业化。钠离子电池的发展一度沉寂,2010年以来,伴随着锂资源的紧缺、锂离子电池的安全问题,钠离子电池又再度登上舞台。

2021年7月29日,宁德时代发布了其第一代钠离子电池,据公司在发布会中介绍,电池电芯单体能量密度达到160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上。宁德时代表示,第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突破200Wh/kg。

澎湃新闻记者从多位业内人士处了解到,跟锂离子电池相比,在能量密度方面,钠离子电池并不太占优势,目前三元锂电池的电芯单体能量密度能达到200—350 Wh /kg, 但钠离子电池在低温性能、快充、安全性方面理论上更为优异。

而钠离子电池的突出优势更表现在原料成本方面。钠元素在地壳元素含量中排名第六,相对于稀缺的锂资源,可谓丰富。国内电池用碳酸锂平均价格从2020年的约4万元/吨涨至目前的约50万元/吨,而工业碳酸钠的平均价格常年处于3000元/吨以内的水平。

此外,钠离子电池正负极集流体可用铝箔,而由于铝制集流体在低电位下易与锂发生合金反应,因此锂离子电池的负极只能用价格更昂贵的铜箔。

中国化学与物理电源协会秘书长刘彦龙在接受澎湃新闻记者采访时称,从理论上而言,钠离子电池相较于锂离子电池材料成本能够下降约30%左右。

而在制造工艺方面,宁德时代表示,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。在电池系统集成方面,宁德时代开发了AB电池解决方案,可实现钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用。

负极硬碳材料或率先产业化

不过,刘彦龙对澎湃新闻记者表示,“目前钠离子电池的各种材料主要以各研发企业自主开发为主,实际成本仍然比锂离子电池高,需要产业化发展,降低配套材料的制造成本。”

在业内人士看来,钠离子电池对电池的正负极材料、电解液材料提出了更高的要求,这也成为其产业化迟迟未能实现的原因。

国内资讯公司DeepTech的报告指出,一方面,相较于锂离子,钠离子质量和半径更大,离子扩散速率较低,反映在电池性能上,电池的理论容量和反应动力学特征较为逊色,需要正极材料的改性实现。目前,层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物是钠离子正极材料的三种主要发展方向。

另一方面,尽管钠离子电池内阻较大,短路时瞬间放热量较锂离子电池少,温升较低,在安全性方面有先天优势。但钠离子电解液易燃,负极钠枝晶生长容易导致短路,这些安全问题需要由负极材料和电解液材料予以解决。目前钠离子电池的负极材料主要有无定形碳(硬碳,软碳)、合金类、过渡金属氧化物等。

在钠离子电池的材料选用上,据宁德时代研究院副院长黄起森博士此前介绍,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料(普鲁士白属于普鲁士蓝类化合物中的一种,由于钠含量高而呈现白色,称为普鲁士白)作为正极材料,对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一难题。在负极材料方面,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。

电解液方面,宁德时代表示,其开发了适配正极负极材料的新型独特电解液体系,在制造工艺方面可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。

但这些材料的规模化制备目前仍然面临不小挑战。以正极的普鲁士蓝材料为例,DeepTech的报告指出,目前普鲁士蓝材料通常以共沉淀法制备,在实现规模化制备前,需要解决这一制备方法带来的结晶水和结构缺陷、生产效率低下的问题。

而据中金公司分析,负极的硬碳材料更有望率先实现产业化突围。硬碳是一种即使在2800摄氏度高温以上也难以石墨化的碳。但硬碳材料也存在首次库伦效率(量化锂电池负极材料的一个性能指标,即电池在首次充放电循环中放电容量与充电容量的比值)低、长循环稳定性不高和压实密度低的问题。低库伦效率将严重影响电池容量,需要通过结构设计、阳离子掺杂、表面功能化和预钠化等手段予以改善。

钠离子电池于宁德时代的意义何在?

9月16日A股收盘时,宁德时代股价报收410.00元,跌1.05%,市值为10005亿元,当日其市值一度跌破万亿红线。而自8月24日至目前的16个交易日,宁德时代的股价处于单边下行状态,股价由524元每股一路跌至目前水平,跌幅达21.8%,市值蒸发约3400亿元。

在业内人士看来,从时间线来看,宁德时代股价的大幅下跌与美国联邦政府8月中旬通过的《通货膨胀削减法案》不无关系。

根据该法案,购买电动汽车的美国消费者可享受7500美元的新税收抵免,但必须满足相关条件,包括50%的关键电池材料部件必须在美国或与美国签订自由贸易协定的国家生产,2024年至2029年每年递增10%,直至100%;电池中必须至少有40%的关键矿物原料在美国或与美国签订自由贸易协定的国家开采或提炼,2024年至2029年每年递增10%,直至80%。

不仅如此,根据这一法案,电动汽车电池制造商在美国生产电池,可获得每千瓦时电池35美元的税收抵免,而电池模块生产商还将获得每千瓦时电池10美元的税收抵免。

对宁德时代为首的国内动力电池厂商而言,这一政策一方面意味着美国的电动汽车市场空间大幅缩减,另一方面,其未来将或面对美国本土建厂的动力电池厂商在电池成本上的竞争压力。

而在国内的动力电池市场,宁德时代继续面对着竞争对手的围堵。中国动力电池产业创新联盟发布的8月国内动力电池装机数据显示,宁德时代、比亚迪、中创新航分列前三,其中,宁德时代装机量为12.99GWh,占比46.8%;比亚迪装机量为6.08GWh,占比21.9%。

但在磷酸铁锂电池装机量上,宁德时代的绝对优势已不再明显。8月,宁德时代的磷酸铁锂电池装机量为7.34GWh,占比42.65%,比亚迪装机量则为6.05GWh,占比35.18%。7月,比亚迪一度以6.01GWh的装机量、41.9%的市场占比超越宁德时代位列第一。

不少业内人士指出,在电动汽车领域,从技术角度看,钠离子电池是锂离子电池的补充,并不能彻底改变电动汽车电池的发展方向,但对目前的市场格局会形成一定冲击。在3—5万元的微型纯电汽车领域,钠离子电池会具有较大的市场前景。

不仅如此,在以碳酸锂为代表的锂离子电池上游原料价格飙涨的情况下,宁德时代推进钠离子电池的产业化,在某种意义上,能够给锂离子电池上游原料供应商发出信号,未来锂电池原料的需求增长或许会放缓,从而平稳甚至拉低锂电池原料价格。

此外,以钠离子电池的综合性能来看,相较于电动汽车,其更适合的场景或许是储能。

在上周于杭州召开的第十二届中国国际储能大会上,中国化学与物理电源行业协会发布的《2022年中国储能产业创新发展白皮书》中指出,“钠离子电池在能量密度上与磷酸铁锂电池有重叠的区间,充电快、宽温域、环境友好和高安全性,使得钠离子电池能够更好地胜任大规模储能的应用。”2021年6月28日,中科海纳打造的全球首套1MWh的钠离子电池储能系统已在太原正式投入运营。

今年6月底,国家能源局发布《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》,文件提出,“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池,不宜选用梯次利用动力电池;选用梯次利用动力电池时,应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。”

这意味着在与锂离子储能电池竞争时,钠离子储能电池也获得了更多政策空间。

随着国家相关支持政策的密切出台,储能容量电费试点及现货市场交易试点的开展,可再生能源配储能及共享储能项目建设的推进,储能市场在国内方兴未艾。这也成为宁德时代在电动汽车外的又一重要战场。

宁德时代今年上半年财务报告显示,上半年,其储能系统营业收入达到127.3亿元,占营业收入的11.3%,储能系统收入同比增长171.41%。

(文章来源:澎湃新闻)

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