鈉離子電池火了! 究竟有何“過人之處” 會(huì)替代鋰電池?2021-08-04 08:07
7月29日,寧德時(shí)代預(yù)熱許久的鈉離子電池終于登場(chǎng),憑借著多番優(yōu)勢(shì),一經(jīng)發(fā)布便引發(fā)業(yè)內(nèi)嘩然,一時(shí)間,關(guān)于鈉離子電池的討論甚囂塵上,連帶鈉離子電池概念股也在寧德時(shí)代發(fā)布其鈉離子電池預(yù)告的前后幾天勢(shì)如破竹,創(chuàng)下多股漲停的不菲戰(zhàn)績。那么鈉離子電池究竟有何過人之處?它的出現(xiàn)又會(huì)對(duì)鋰離子電池產(chǎn)生什么樣的影響?且看SMM深度解析。
鈉離子電池究竟是何方神圣?
與鋰離子電池有何不同?
鈉離子電池與鋰離子電池類似,是一種二次電池(充電電池),主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。
相比于鋰離子,鈉離子在關(guān)鍵的電化學(xué)性能能量密度方面表現(xiàn)偏弱。據(jù)公開資料顯示,鈉離子電池的工作電壓為2.8-3.5V,在現(xiàn)有材料體系下的能量密度僅為100-150WH/KG,這一數(shù)據(jù)雖然高于鉛酸 電池的2V與40-50WH/KG,但遠(yuǎn)低于目前的鋰離子電池的工作電壓3.0-4.5V以及150-250WH/KG的能量密度。
而需要注意的是,目前大火的新能源汽車動(dòng)力電池,更傾向于追求高能量密度和高續(xù)航里程的電池,因此從電化學(xué)性能能量密度這一方面來看,鈉離子電池因其能量密度低的特性,很難取代鋰離子電池成為主流路線。
此外,鈉離子的半徑也遠(yuǎn)高于鋰離子,這同樣會(huì)成為限制鈉電池發(fā)展的重要因素。主要從三方面來看:
一是與負(fù)極材料的嵌合度。眾所周知,電池的充放電過程本質(zhì)上便是離子的脫嵌在入嵌的過程,而這也要求電池的正負(fù)極中都需要有儲(chǔ)存離子的材料。在鋰離子電池中,負(fù)極處大多用的都是石墨負(fù)極,而由于其本身的蜂窩狀結(jié)構(gòu),其石墨層可以很好地與鋰離子嵌合。
但是鈉離子的半徑卻遠(yuǎn)高于鋰離子,這也意味著,鈉離子不可能完全嵌入石墨結(jié)構(gòu),而若是采用可嵌入的硬碳或其他負(fù)極材料,也會(huì)極大影響電池整體的能量密度。這對(duì)于追求高能量密度電池的新能源動(dòng)力電池而言并不友好。
二是拉低電池整體的充放電性能。因?yàn)殁c離子半徑比之鋰離子更大的特點(diǎn),導(dǎo)致其在電池結(jié)構(gòu)中遷移速度慢,移動(dòng)速率低,這也意味著在同一規(guī)格下,鈉電池的充放電循環(huán)相對(duì)鋰離子電池而言需要更長的時(shí)間周期,拉低電池整體的充放電性能。
最后一點(diǎn)是影響電池循環(huán)壽命。因?yàn)殁c離子的半徑較大,其在充放電嵌出嵌入過程中相對(duì)鋰離子而言更容易導(dǎo)致電極材料體積膨脹,部分鈉離子在嵌入的過程中無法順利嵌入,導(dǎo)致不可逆的電池容量損失,電池衰減速率上升,影響電池本身的循環(huán)壽命。
不過即便鈉離子電池相對(duì)于鋰離子電池有上述諸多不敵之處,但鈉離子電池的隆重問世,就足以證明其有存在的意義。在SMM看來,鈉離子電池最大的優(yōu)勢(shì)還是在于成本。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,疊加近年來3C,小動(dòng)力等領(lǐng)域需求也有所放量,鋰電池行業(yè)整體對(duì)上游資源的需求量也與日俱增,在一定程度上形成資源擠兌局面,碳酸鋰,硫酸鈷等多種原材料價(jià)格大幅上行。據(jù)SMM歷史價(jià)格顯示,僅是碳酸鋰價(jià)格,便已經(jīng)從2020年年底的51500元/噸漲至如今的89000元/噸,漲幅高達(dá)72.8%。而硫酸鈷的價(jià)格,也從年底的57500元/噸,漲至如今的81000元/噸。由此不難看出,上游原料端本身資源存儲(chǔ)量有限的情況,是助推價(jià)格上漲的主導(dǎo)因素。
而據(jù)了解,鋰離子的地殼豐度僅為0.0065%,且其中可經(jīng)濟(jì)開采的資源量有限,高低品質(zhì)差異較大,同時(shí)還存在嚴(yán)重的分布不均的特點(diǎn),其中優(yōu)質(zhì)資源多集中的南美、澳洲等地,這也使得我國作為全球主要的鋰資源消耗國,但卻高度依賴進(jìn)口原料供應(yīng)。
但與之相對(duì)的,鈉離子在地殼豐度達(dá)到了2.75%,遠(yuǎn)高鋰離子的0.0065%,且全球分布相對(duì)廣泛,這也使得鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模之后恐在原料成本方面相對(duì)鋰而言更具有優(yōu)勢(shì)。
寧德時(shí)代鈉離子電池有何“過人之處”?
據(jù)寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)公布的電池性能信息來看,這款電池可謂亮點(diǎn)頗多:
1. 能量密度方面,據(jù)寧德時(shí)代數(shù)據(jù)顯示,其第一代鈉離子電芯的單體能量密度將達(dá)到驚人的160Wh/kg,為全球最高水平,相對(duì)于當(dāng)前鈉離子電池行業(yè)普遍能量密度的120-130wh/kg提升了約30%。
2. 優(yōu)異的快充性能,該電池在常溫下快充15分鐘能夠充至電量的80%,同時(shí)低溫性能優(yōu)異,在零下20度的低溫環(huán)境下,同時(shí)熱穩(wěn)定性優(yōu)異,容量保持率在90%以上。
3. 該電池的系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上,同時(shí)可以與鋰離子的電池混合通用,將兩種不同的電池混搭,串聯(lián),并通過BMS實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
4. 制造工藝:當(dāng)前鈉離子的制造工藝鋰離子電池類似,其設(shè)備可通用。同時(shí),這一數(shù)據(jù)已經(jīng)接近當(dāng)前磷酸鐵鋰的能量密度水平,遠(yuǎn)超鉛酸電池的50wh/kg。
鈉離子在未來可能會(huì)應(yīng)用于哪些場(chǎng)景?
首先是兩輪車電池端,雖然寧德時(shí)代發(fā)布的鈉離子電池遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平,但是距離磷酸鐵鋰與三元鋰電池仍有一定的差距,在其能量密度獲得突破性進(jìn)展之前,在汽車端較難進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。不過對(duì)于主要定位于進(jìn)行中短距離移動(dòng),且終端客戶對(duì)價(jià)格極為敏感的兩輪車電池而言,鈉離子電池或許是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
二是在高緯度地區(qū)的應(yīng)用。這點(diǎn)要涉及到鋰離子電池在低溫環(huán)境下性能降低的特點(diǎn),據(jù)悉,鋰離子電池由于其自身特性原因,在寒冷的場(chǎng)景下極易發(fā)生活性降低,內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率變慢,容量保持率大幅降低的情況,因此,在高緯度地區(qū),鋰離子電池的應(yīng)用受到極大限制。但反觀鈉離子,有數(shù)據(jù)顯示,鈉離子電池在-20℃的環(huán)境下仍有90%的放電容量保持率,在-38℃仍可以正常使用,同時(shí)無需進(jìn)行特殊優(yōu)化,成本也將得到有效的控制,該特性在一定程度上拓寬了電池的使用場(chǎng)景,填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。
三是儲(chǔ)能領(lǐng)域。相比于此前儲(chǔ)能領(lǐng)域如5G基站多采用鉛酸電池的情況,兼具能量密度高,循環(huán)壽命長,安全性能高,成本較低等優(yōu)點(diǎn)的鈉離子電池,在全生命周期成本的角度優(yōu)于鉛酸電池,有望成為儲(chǔ)能領(lǐng)域鉛酸電池的優(yōu)質(zhì)替代品。而其具有的優(yōu)秀低溫性能與混搭特性可讓廠商依據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境,發(fā)電量用電量,使用場(chǎng)景等進(jìn)行靈活的選擇。
四是換電領(lǐng)域,在當(dāng)前國家大力發(fā)展換電模式,各大車企也多有向該方向布局的情況下,鈉離子具有的低成本的特性在一定程度上可以降低換電站的建設(shè)成本,在總投資不變的情況下提高換電站平均電池儲(chǔ)備量,同時(shí)其相對(duì)鋰離子電池更為優(yōu)秀的快充性能縮短充電所耗時(shí)間,提高電池的周轉(zhuǎn)率與換電站的日服務(wù)能力,便于廠商縮短投資回收期,加快換電服務(wù)進(jìn)程。而這一點(diǎn)對(duì)于兩輪車換電領(lǐng)域也是同樣適用。
鈉離子電池是否會(huì)取代鋰離子電池的地位?
機(jī)構(gòu)評(píng)論:
在寧德時(shí)代首次宣布將發(fā)布鈉離子電池后,針對(duì)業(yè)內(nèi)關(guān)于“鈉離子電池是否會(huì)取代鋰離子電池”的疑問,中泰證券表示,鈉離子電池不改鋰中長期高景氣。中泰證券認(rèn)為,鋰離子電池仍是新能源電池主流技術(shù)路線。
國泰君安證券表示,我國鋰資源70%都需要進(jìn)口,鈉離子電池是對(duì)鋰離子電池的支撐和保障。發(fā)展鈉離子電池的主要場(chǎng)景是基站、電動(dòng)自行車等對(duì)能量密度需求不高的領(lǐng)域,未來有望具備成本低、安全性好等優(yōu)勢(shì),是三元高鎳技術(shù)路線的很好補(bǔ)充。
華金證券認(rèn)為,鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期,產(chǎn)業(yè)化之后有望實(shí)現(xiàn)對(duì)部分低能量密度的動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)和儲(chǔ)能市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)替代。
東北證券則認(rèn)為,鈉離子電池與新能源車電池需求匹配度低,暫無替代鋰電池成為動(dòng)力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性。
華安證券也表示,鈉離子電池的低能量密度及循環(huán)性能對(duì)應(yīng)更多的輔材消耗以及更高的度電成本。除去規(guī)?;蛩刂?,鈉離子電池的降本之路仍然面臨重重阻礙。
另,平安證券稱,鑒于鈉離子電池本身能量密度較低且提升空間有限的情況,因此其在行業(yè)內(nèi)更多地扮演新能源細(xì)分領(lǐng)域替代者的角色,有望率先在對(duì)能量密度要求不高、成本敏感性較強(qiáng)的儲(chǔ)能、低速交通工具以及部分低續(xù)航乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用,對(duì)中高端乘用車市場(chǎng)影響十分有限。
SMM獨(dú)家評(píng)論
考慮到鈉離子的種種特點(diǎn),SMM認(rèn)為,當(dāng)前,鈉離子電池雖然還仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段,但就目前寧德時(shí)代公布的信息來看,鈉離子電池優(yōu)點(diǎn)較為突出,即便其在能量密度方面依舊與鋰離子電池有一定的差距,暫時(shí)無法應(yīng)用于對(duì)能量密度要求較高的新能源汽車領(lǐng)域,但不可否認(rèn)的是,其具有的成本優(yōu)勢(shì),快充性能,低溫性能等使其可以與鋰離子電池實(shí)現(xiàn)差異化定位,在兩輪車,儲(chǔ)能,換電,及部分高緯度場(chǎng)景有望實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的部分替代。
鈉離子電池究竟是何方神圣?
與鋰離子電池有何不同?
鈉離子電池與鋰離子電池類似,是一種二次電池(充電電池),主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。
相比于鋰離子,鈉離子在關(guān)鍵的電化學(xué)性能能量密度方面表現(xiàn)偏弱。據(jù)公開資料顯示,鈉離子電池的工作電壓為2.8-3.5V,在現(xiàn)有材料體系下的能量密度僅為100-150WH/KG,這一數(shù)據(jù)雖然高于鉛酸 電池的2V與40-50WH/KG,但遠(yuǎn)低于目前的鋰離子電池的工作電壓3.0-4.5V以及150-250WH/KG的能量密度。
而需要注意的是,目前大火的新能源汽車動(dòng)力電池,更傾向于追求高能量密度和高續(xù)航里程的電池,因此從電化學(xué)性能能量密度這一方面來看,鈉離子電池因其能量密度低的特性,很難取代鋰離子電池成為主流路線。
此外,鈉離子的半徑也遠(yuǎn)高于鋰離子,這同樣會(huì)成為限制鈉電池發(fā)展的重要因素。主要從三方面來看:
一是與負(fù)極材料的嵌合度。眾所周知,電池的充放電過程本質(zhì)上便是離子的脫嵌在入嵌的過程,而這也要求電池的正負(fù)極中都需要有儲(chǔ)存離子的材料。在鋰離子電池中,負(fù)極處大多用的都是石墨負(fù)極,而由于其本身的蜂窩狀結(jié)構(gòu),其石墨層可以很好地與鋰離子嵌合。
但是鈉離子的半徑卻遠(yuǎn)高于鋰離子,這也意味著,鈉離子不可能完全嵌入石墨結(jié)構(gòu),而若是采用可嵌入的硬碳或其他負(fù)極材料,也會(huì)極大影響電池整體的能量密度。這對(duì)于追求高能量密度電池的新能源動(dòng)力電池而言并不友好。
二是拉低電池整體的充放電性能。因?yàn)殁c離子半徑比之鋰離子更大的特點(diǎn),導(dǎo)致其在電池結(jié)構(gòu)中遷移速度慢,移動(dòng)速率低,這也意味著在同一規(guī)格下,鈉電池的充放電循環(huán)相對(duì)鋰離子電池而言需要更長的時(shí)間周期,拉低電池整體的充放電性能。
最后一點(diǎn)是影響電池循環(huán)壽命。因?yàn)殁c離子的半徑較大,其在充放電嵌出嵌入過程中相對(duì)鋰離子而言更容易導(dǎo)致電極材料體積膨脹,部分鈉離子在嵌入的過程中無法順利嵌入,導(dǎo)致不可逆的電池容量損失,電池衰減速率上升,影響電池本身的循環(huán)壽命。
不過即便鈉離子電池相對(duì)于鋰離子電池有上述諸多不敵之處,但鈉離子電池的隆重問世,就足以證明其有存在的意義。在SMM看來,鈉離子電池最大的優(yōu)勢(shì)還是在于成本。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,疊加近年來3C,小動(dòng)力等領(lǐng)域需求也有所放量,鋰電池行業(yè)整體對(duì)上游資源的需求量也與日俱增,在一定程度上形成資源擠兌局面,碳酸鋰,硫酸鈷等多種原材料價(jià)格大幅上行。據(jù)SMM歷史價(jià)格顯示,僅是碳酸鋰價(jià)格,便已經(jīng)從2020年年底的51500元/噸漲至如今的89000元/噸,漲幅高達(dá)72.8%。而硫酸鈷的價(jià)格,也從年底的57500元/噸,漲至如今的81000元/噸。由此不難看出,上游原料端本身資源存儲(chǔ)量有限的情況,是助推價(jià)格上漲的主導(dǎo)因素。
而據(jù)了解,鋰離子的地殼豐度僅為0.0065%,且其中可經(jīng)濟(jì)開采的資源量有限,高低品質(zhì)差異較大,同時(shí)還存在嚴(yán)重的分布不均的特點(diǎn),其中優(yōu)質(zhì)資源多集中的南美、澳洲等地,這也使得我國作為全球主要的鋰資源消耗國,但卻高度依賴進(jìn)口原料供應(yīng)。
但與之相對(duì)的,鈉離子在地殼豐度達(dá)到了2.75%,遠(yuǎn)高鋰離子的0.0065%,且全球分布相對(duì)廣泛,這也使得鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模之后恐在原料成本方面相對(duì)鋰而言更具有優(yōu)勢(shì)。
寧德時(shí)代鈉離子電池有何“過人之處”?
據(jù)寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)公布的電池性能信息來看,這款電池可謂亮點(diǎn)頗多:
1. 能量密度方面,據(jù)寧德時(shí)代數(shù)據(jù)顯示,其第一代鈉離子電芯的單體能量密度將達(dá)到驚人的160Wh/kg,為全球最高水平,相對(duì)于當(dāng)前鈉離子電池行業(yè)普遍能量密度的120-130wh/kg提升了約30%。
2. 優(yōu)異的快充性能,該電池在常溫下快充15分鐘能夠充至電量的80%,同時(shí)低溫性能優(yōu)異,在零下20度的低溫環(huán)境下,同時(shí)熱穩(wěn)定性優(yōu)異,容量保持率在90%以上。
3. 該電池的系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上,同時(shí)可以與鋰離子的電池混合通用,將兩種不同的電池混搭,串聯(lián),并通過BMS實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
4. 制造工藝:當(dāng)前鈉離子的制造工藝鋰離子電池類似,其設(shè)備可通用。同時(shí),這一數(shù)據(jù)已經(jīng)接近當(dāng)前磷酸鐵鋰的能量密度水平,遠(yuǎn)超鉛酸電池的50wh/kg。
鈉離子在未來可能會(huì)應(yīng)用于哪些場(chǎng)景?
首先是兩輪車電池端,雖然寧德時(shí)代發(fā)布的鈉離子電池遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平,但是距離磷酸鐵鋰與三元鋰電池仍有一定的差距,在其能量密度獲得突破性進(jìn)展之前,在汽車端較難進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。不過對(duì)于主要定位于進(jìn)行中短距離移動(dòng),且終端客戶對(duì)價(jià)格極為敏感的兩輪車電池而言,鈉離子電池或許是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
二是在高緯度地區(qū)的應(yīng)用。這點(diǎn)要涉及到鋰離子電池在低溫環(huán)境下性能降低的特點(diǎn),據(jù)悉,鋰離子電池由于其自身特性原因,在寒冷的場(chǎng)景下極易發(fā)生活性降低,內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率變慢,容量保持率大幅降低的情況,因此,在高緯度地區(qū),鋰離子電池的應(yīng)用受到極大限制。但反觀鈉離子,有數(shù)據(jù)顯示,鈉離子電池在-20℃的環(huán)境下仍有90%的放電容量保持率,在-38℃仍可以正常使用,同時(shí)無需進(jìn)行特殊優(yōu)化,成本也將得到有效的控制,該特性在一定程度上拓寬了電池的使用場(chǎng)景,填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。
三是儲(chǔ)能領(lǐng)域。相比于此前儲(chǔ)能領(lǐng)域如5G基站多采用鉛酸電池的情況,兼具能量密度高,循環(huán)壽命長,安全性能高,成本較低等優(yōu)點(diǎn)的鈉離子電池,在全生命周期成本的角度優(yōu)于鉛酸電池,有望成為儲(chǔ)能領(lǐng)域鉛酸電池的優(yōu)質(zhì)替代品。而其具有的優(yōu)秀低溫性能與混搭特性可讓廠商依據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境,發(fā)電量用電量,使用場(chǎng)景等進(jìn)行靈活的選擇。
四是換電領(lǐng)域,在當(dāng)前國家大力發(fā)展換電模式,各大車企也多有向該方向布局的情況下,鈉離子具有的低成本的特性在一定程度上可以降低換電站的建設(shè)成本,在總投資不變的情況下提高換電站平均電池儲(chǔ)備量,同時(shí)其相對(duì)鋰離子電池更為優(yōu)秀的快充性能縮短充電所耗時(shí)間,提高電池的周轉(zhuǎn)率與換電站的日服務(wù)能力,便于廠商縮短投資回收期,加快換電服務(wù)進(jìn)程。而這一點(diǎn)對(duì)于兩輪車換電領(lǐng)域也是同樣適用。
鈉離子電池是否會(huì)取代鋰離子電池的地位?
機(jī)構(gòu)評(píng)論:
在寧德時(shí)代首次宣布將發(fā)布鈉離子電池后,針對(duì)業(yè)內(nèi)關(guān)于“鈉離子電池是否會(huì)取代鋰離子電池”的疑問,中泰證券表示,鈉離子電池不改鋰中長期高景氣。中泰證券認(rèn)為,鋰離子電池仍是新能源電池主流技術(shù)路線。
國泰君安證券表示,我國鋰資源70%都需要進(jìn)口,鈉離子電池是對(duì)鋰離子電池的支撐和保障。發(fā)展鈉離子電池的主要場(chǎng)景是基站、電動(dòng)自行車等對(duì)能量密度需求不高的領(lǐng)域,未來有望具備成本低、安全性好等優(yōu)勢(shì),是三元高鎳技術(shù)路線的很好補(bǔ)充。
華金證券認(rèn)為,鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期,產(chǎn)業(yè)化之后有望實(shí)現(xiàn)對(duì)部分低能量密度的動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)和儲(chǔ)能市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)替代。
東北證券則認(rèn)為,鈉離子電池與新能源車電池需求匹配度低,暫無替代鋰電池成為動(dòng)力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性。
華安證券也表示,鈉離子電池的低能量密度及循環(huán)性能對(duì)應(yīng)更多的輔材消耗以及更高的度電成本。除去規(guī)?;蛩刂?,鈉離子電池的降本之路仍然面臨重重阻礙。
另,平安證券稱,鑒于鈉離子電池本身能量密度較低且提升空間有限的情況,因此其在行業(yè)內(nèi)更多地扮演新能源細(xì)分領(lǐng)域替代者的角色,有望率先在對(duì)能量密度要求不高、成本敏感性較強(qiáng)的儲(chǔ)能、低速交通工具以及部分低續(xù)航乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用,對(duì)中高端乘用車市場(chǎng)影響十分有限。
SMM獨(dú)家評(píng)論
考慮到鈉離子的種種特點(diǎn),SMM認(rèn)為,當(dāng)前,鈉離子電池雖然還仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段,但就目前寧德時(shí)代公布的信息來看,鈉離子電池優(yōu)點(diǎn)較為突出,即便其在能量密度方面依舊與鋰離子電池有一定的差距,暫時(shí)無法應(yīng)用于對(duì)能量密度要求較高的新能源汽車領(lǐng)域,但不可否認(rèn)的是,其具有的成本優(yōu)勢(shì),快充性能,低溫性能等使其可以與鋰離子電池實(shí)現(xiàn)差異化定位,在兩輪車,儲(chǔ)能,換電,及部分高緯度場(chǎng)景有望實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的部分替代。
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