电动车:钠离子短期无法取代锂电池
资讯类型:行业新闻 加入时间:2021年6月8日21:43
    宁德时代突然宣布将于7月左右推出钠离子电池,市场一时闻之色变,担忧锂将步钴和镍后尘。然钠离子电池自身的属性决定了不可能大面积替代锂电池。目前看,它不是电动车的新一轮技术变革,更像是燃料电池一样,是对电动车的一个补充。
    钠离子电池是什么?
    钠离子电池是一种二次电池。元素周期表上,钠和锂同属于碱金属主族,拥有与锂相似的物理性质与化学性质。与锂离子电池类似,其依靠钠离子在正极与负极之间可逆地迁移实现充放电。钠离子电池在上个世纪70年代被首次提出,但其随后30余年的研究进展非常缓慢,一直到2010年前后学术界才重新回归钠离子电池的研究,2015年第一代钠离子电池开始步入商业化进程。
    钠离子电池有自己的优势,一方面是安全性足够,相比锂元素,钠元素的标准电压区间更大,在安全性和应用性范围更广;另一方面,钠元素在地球上的储量比较丰富且分布非常均匀,地壳含量占比约为2.5%-3%,相比之下,锂元素在地壳中的含量只有0.65‰,且分布高度不均匀,国内80%的锂资源需要进口。
多项指标不如锂电池
    宁德时代钠离子电池投产意味着该细分领域可能会加速,有券商豪言,目前钠离子电池相当于2013年-2014年的锂离子电池。但中短期来看,钠离子电池问题不少。
    其一,能量密度较低。在正极方面,主流的钠离子电池正极材料NaMnO4、Na3V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3等,理论能量密度不及三元锂,实际能量密度较磷酸铁锂还低。目前磷酸铁锂电池能量密度可以达到200Wh/Kg,而钠离子电池在100-150Wh/Kg,据国泰君安的测算,其天花板也只能到200Wh/Kg,刚好是磷酸铁锂的水平。
    负极方面,钠离子的离子半径大于锂离子,导致钠离子电池需要采用硬碳或者其他的负极材料,能量密度低于石墨材料。
    其二,充放电速率慢。更大的尺寸使钠离子很难嵌入发生化学反应的电极晶体结构中,导致钠离子的移动速率比较忙,影响钠离子的充放电速率。
    其三,成本较高。目前实际成本超过1元/Wh,而锂电池的成本,铁锂是0.5元-0.6元/Wh,尽管未来规模化量产后成本会有下降(可能会下降至0.2-0.3元/Wh),但是可能还有相当长的路程要走,就拿负极来说,硬碳量还比较小,现在还没有规模化。
    另外,锂电池本身的技术也在进步,成本存在进一步下降的可能,比如已经将电池成本压缩到极致的特斯拉,计划未来3年电池包的续航能力再提高54%,成本继续下降56%。
    这些问题决定了,钠离子电池至少在未来3年很难有全面替换电动车锂电池的可能。
    铅酸电池或首当其冲
    目前来看,钠离子电池受冲击最大的应该是铅酸电池,这种电池的能量密度比不到100,循环寿命不到300次,但是成本却在0.3元-0.5元之间。而钠离子电池的能量密度虽然低于锂电池,但却明显高于铅酸电池,同时,循环寿命可以达到2000次以上,未来规模化后成本会进一步下降,从性价比来看,完全可以替代铅酸电池。
    我国是全球最大的铅酸电池生产国和消费国。铅酸电池下游的主要应用领域在低速电动车和电动两轮车。公开数据显示,2019年国内电动两轮车出货量高达3800万辆,2020年增速同比增长23%达到4674万辆,其中有超过7成使用铅酸电池。低速电动车每年200万辆左右的增速,保有量超过一千万台,其中超过9成使用铅酸电池。有测算显示,这两个市场规模合计逾300亿元,钠离子电池的使用将首先瓜分该市场。
    其次,由于电动车讲究的是轻量化以及续航里程,钠离子电池可能暂时无法运用于电动车上,但是,对重量和单位能量密度要求不高,对价格又比较敏感的储能领域,可能会有替代效应,而2020年锂电池在储能领域的应用占比有6成,因此对锂电池产业链的影响可能会先出现在储能环节。
    储能是一个规模很大的市场。根据GGII的数据,2019年全球储能电池出货量为18.8GW,假设2019-2025储能电池CAGR为30%,即2025年出货量将达到90.74GW,若1W成本做到0.2-0.3元,则储能市场空间估计约200到300亿元。
    对锂电池产业链的影响
    锂资源方面,根据中泰证券测算,即便钠离子电池在储能的渗透率达到30%-80%,碳酸锂需求量约减少1.70-4.54万吨。而在2025年全球新能源汽车销量达到1500万辆的假设下,碳酸锂需求量则将达到100万吨量级,大约减少1.7%-4.6%的需求量,影响有限。
    四大材料方面,钠离子电池与当前锂离子电池结构成分相比,除了隔膜和电解液添加剂外均存在明显差异:
    (1)正极环节,锂离子和钠离子电池正极结构一致,但是材料选择不同,锂盐换成钠盐,其中钠盐的正极材料类型包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物(PBA)、基于转化反应的材料以及有机材料等几种。但不管用什么材料,都不再含有锂元素,而原来锂电池包括磷酸铁锂正极和钴酸锂正极则都有。
    (2)电解液环节,钠离子电池的电解液主要是有机溶剂电解液和凝胶聚合物电解液,相关溶质从锂电池的六氟磷酸锂变为六氟磷酸钠,溶剂则用碳酸丙烯酯(PC),添加剂没有变化。
    (3)负极方面,有软碳、硬碳和复合无定型碳三种,其中硬碳是主要应用方向,目前锂电池用的石墨将全部被取代。
    其他环节,钠离子不会与铝形成合金,所以用于导电的铜箔将全部被铝箔替代,铝箔的单价低于铜价,将显著降低电池成本。制造工艺上,钠离子电池和锂电池制造工艺接近,设备可以沿用锂电池生产线,中游电池厂无重置成本。
    总结而言,钠离子电池对锂电池产业链各环节的影响中,锂资源、隔膜和电池设备商最小,电解液次之,正极、负极和铜箔影响最大,甚至有完全替代的可能。
    从标的来看,多氟多有六氟磷酸钠相关产品小批量生产外售,石大胜华则可生产PC;负极的硬碳方面,国内美锦能源、璞泰来和中科电气有相关产品;铝箔的生产则较为普遍,鼎盛新材有3万吨的铝箔产能,南山铝业有2.1万吨的高端铝箔产能即将投放,万顺新材的铝箔产品可用于电动车级别;有钠离子电池技术储备的公司主要有欣旺达、山东章鼓、翔丰华等。(编辑:小股) 作者:韦顺
来源:股市动态分析
文章来自:中国燃料电池网
文章作者:佚名
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