鈉電池產(chǎn)業(yè)可行性分析分析

鈉電池產(chǎn)業(yè)可行性分析

工信部長(zhǎng)期以來(lái)積極推動(dòng)新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一是制定發(fā)布《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南（2016—2020年）》，推動(dòng)新型電池技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新升級(jí)，支持鈉離子電池、液流電池等新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。二是積極開(kāi)展電池領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制工作，推動(dòng)將先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三是支持電池檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)，指導(dǎo)組建國(guó)家動(dòng)力電池制造業(yè)創(chuàng)新中心，統(tǒng)籌資源推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，支持新型正極材料等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。目前，我國(guó)鋰離子電池受原材料影響價(jià)格猛漲，相關(guān)企業(yè)成本增加導(dǎo)致盈利減少，為此，鋰電池相關(guān)企業(yè)選擇性價(jià)比較高的鈉離子電池來(lái)替代鋰離子電池發(fā)展。在資源方面，我國(guó)鈉資源儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，與鋰資源相比能很好的減少對(duì)國(guó)外資源的需求。在價(jià)格方面，由于鈉離子電池正極用銅鐵錳，負(fù)極用無(wú)煙煤做的碳，整體電芯成本低于鋰電池，并不會(huì)像鋰離子電池一樣受到原材料價(jià)格波動(dòng)影響，價(jià)格較為穩(wěn)定。在性能方面，鈉離子電池由于高安全性而受到行業(yè)重視。隨著鈉離子電池生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升，鈉離子電池將擁有更廣闊的發(fā)展空間，其應(yīng)用范圍在儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域不斷拓展。在儲(chǔ)能方面，隨著未來(lái)鈉離子電池的規(guī)模化生產(chǎn)，將逐漸替代鋰離子電池在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用，未來(lái)市場(chǎng)空間廣闊。在電動(dòng)汽車方面，新能源汽車作為政策驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)物，需求量不斷增加，由于能量密度不足，鈉離子電池能夠在微型汽車方面得到加速應(yīng)用。鈉電池負(fù)極材料-軟碳：儲(chǔ)鈉比容量較低，中科院無(wú)煙煤技術(shù)賦予軟碳負(fù)極新前景軟碳成本低、產(chǎn)碳率高、電子傳導(dǎo)性好，但較低的可逆容量嚴(yán)重制約了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。制備軟碳材料的前驅(qū)體主要包括石油化工原料及其下游產(chǎn)品，如煤、瀝青、石油焦等，原料成本較為低廉。相比于硬碳，軟碳中富含的sp2碳導(dǎo)致更高的電子導(dǎo)電性和倍率性能，但是直接碳化的軟碳材料在鈉離子電池中表現(xiàn)出較低的可逆容量，儲(chǔ)鈉容量較低，而且沒(méi)有儲(chǔ)鈉平臺(tái)，限制了其實(shí)用性。近期研究表明，通過(guò)制備納米結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)來(lái)有利于鈉離子的快速傳輸；異相原子摻雜來(lái)增加其層間距、提高電導(dǎo)率和缺陷數(shù)量；預(yù)氧化策略可以有效抑制其石墨化，促進(jìn)無(wú)序結(jié)構(gòu)的形成，從而有效提升儲(chǔ)鈉容量。這些方法均為改性軟碳材料以提升其儲(chǔ)鈉容量提供了理論基礎(chǔ)。中科院無(wú)煙煤技術(shù)賦予軟碳負(fù)極新前景。中科院物理所采用其作為前驅(qū)體，得到一種新型軟碳材料。不同于來(lái)自于瀝青的軟碳材料，其在1600°C以下仍具有較高的無(wú)序度，產(chǎn)碳率高達(dá)90%，儲(chǔ)鈉容量達(dá)到220mAh/g，循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異，最重要的是在所有的碳基負(fù)極材料中具有最高的性價(jià)比。以其作為負(fù)極和Cu基層狀氧化物作為正極制作的軟包電池的能量密度達(dá)到100Wh/kg，在1C充放電倍率下容量保持率為80%。未來(lái)隨著更多研究成果的出現(xiàn)和低成本的驅(qū)動(dòng)，如果能以低成本軟碳為前驅(qū)體，成功制備出高性能的碳負(fù)極材料，將進(jìn)一步促進(jìn)鈉離子電池的發(fā)展，屆時(shí)軟碳或?qū)⒃阝c電負(fù)極市場(chǎng)分得更大份額。從電池的安全性來(lái)看，鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性全球鋰電池起火事故頻出，電動(dòng)車、儲(chǔ)能起火事故頻發(fā)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2011-2021年全球共發(fā)生32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故，其中26起事故采用三元鋰離子電池。鈉離子電池電化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定，熱失控過(guò)程中容易鈍化失活，安全實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)較鋰離子電池更好。目前，鈉離子電池已通過(guò)中汽中心的檢測(cè)，針剌時(shí)不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過(guò)充、過(guò)放、擠壓等實(shí)驗(yàn)也不起火燃燒。對(duì)比鋰離子電池起始自加熱溫度達(dá)到165℃，鈉離子電池則達(dá)到260℃：且在ARC測(cè)試中鈉離子電池最大自加熱速度顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性。中國(guó)鈉離子電池市場(chǎng)前瞻鈉離子電池主要分為四種，其中鈉硫電池和鈉-氯化鈉電池為高溫鈉離子電池，水系鈉離子電池和溶劑系鈉離子電池為常溫鈉離子電池。目前已開(kāi)始小批量應(yīng)用的主要是常溫鈉離子電池，尤其是以溶劑系鈉離子電池。在產(chǎn)業(yè)鏈方面，上游的正極和負(fù)極以及電解液添加劑都需要培育新的供應(yīng)鏈，在隔膜、集流體、電解液溶質(zhì)以及生產(chǎn)線可以與鋰離子電池共用；而在下游，主要取代鉛酸電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡妱?dòng)二輪車、低速車、儲(chǔ)能、電動(dòng)船舶以及電動(dòng)工具。造成鈉離子電池目前沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用的主要原因有：鈉離子電池現(xiàn)階段相對(duì)于鋰離子電池并沒(méi)有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池相對(duì)于鋰離子電池（磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池）存在能量密度劣勢(shì)。由于鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，鈉離子電池的配方?jīng)]有經(jīng)過(guò)足夠多的迭代，性能潛力挖掘不夠，潛在的性能缺陷較多。由于用戶的使用慣性和路徑依賴，用戶更愿意接受成熟度更高的鋰離子電池。各細(xì)分領(lǐng)域，鈉離子電池并沒(méi)有表現(xiàn)出不可替代的性能。鈉離子電池沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用，導(dǎo)致鈉離子電池上游供應(yīng)鏈并不成熟，鈉離子電池沒(méi)有獲得明顯的成本優(yōu)勢(shì)。從廢舊鋰電池回收退下來(lái)的梯次利用鋰電池價(jià)格低廉，并且供應(yīng)量不斷增加，進(jìn)一步削減了鈉離子電池的市場(chǎng)可能性。目前國(guó)內(nèi)主流的最為成熟的技術(shù)路線為：正極為鈉過(guò)度金屬氧化物，過(guò)度金屬為銅鐵錳或鎳鐵錳，負(fù)極為硬碳或無(wú)煙煤軟碳，電解液溶質(zhì)為六氟磷酸鈉，電解液溶劑與目前鋰離子電池溶劑相同，正負(fù)極集流體均為鋁箔。鈉離子電池的主要競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池、鉛酸電池以及梯次利用鋰電池。通過(guò)計(jì)算鈉離子正負(fù)極能量密度差異，可以得出，在相同技術(shù)條件下，鈉離子的能量密度約為錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池能量密度的0．7-0．8倍。在對(duì)比鈉離子電池與錳酸鋰電池及磷酸鐵鋰電池的性能后，高工產(chǎn)研鋰電研究所認(rèn)為鈉離子電池未來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域有望主要集中在電動(dòng)二輪車市場(chǎng)、家庭儲(chǔ)能、低速車以及備電等領(lǐng)域。鈉電池市場(chǎng)空間：儲(chǔ)能-2025年有望達(dá)到50．68GWh發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的主要場(chǎng)景是大型儲(chǔ)能，即大儲(chǔ)。區(qū)別于戶用的小功率儲(chǔ)能，大儲(chǔ)設(shè)備對(duì)一致性、儲(chǔ)能功率和循環(huán)壽命的要求較高，主流技術(shù)路線是磷酸鐵鋰電池，主要應(yīng)用在新能源電站、電網(wǎng)等場(chǎng)景。預(yù)計(jì)2023-2025年大儲(chǔ)裝機(jī)量分別達(dá)到99．8、169．0、282．4GWh。預(yù)計(jì)鈉電池在大儲(chǔ)市場(chǎng)的滲透率將逐年升高，2023-2025年分別達(dá)到1%、3%、8%，2025年對(duì)應(yīng)的大儲(chǔ)鈉電池需求量將達(dá)到22．59GWh。用電側(cè)儲(chǔ)能，主要包括工商業(yè)配儲(chǔ)、戶用配儲(chǔ)、通信基站配儲(chǔ)三大場(chǎng)景，目前的主流技術(shù)路線是磷酸鐵鋰電池。用電側(cè)儲(chǔ)能前景廣闊，預(yù)計(jì)2023-2025年鈉電池在工商業(yè)配儲(chǔ)、戶用配儲(chǔ)、通信基站配儲(chǔ)的滲透率將逐年升高，2025年對(duì)應(yīng)的鈉電需求量有望分別達(dá)到5．44GWh、18．33GWh、4．32GWh。預(yù)計(jì)2025年儲(chǔ)能對(duì)鈉電池的需求有望超50GWh。國(guó)家有關(guān)部門積極推動(dòng)新型電池發(fā)展國(guó)家有關(guān)部門高度重視新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從加強(qiáng)行業(yè)管理、統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、支持技術(shù)創(chuàng)新、加快標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)等角度出發(fā)，采取一系列措施促進(jìn)新型電池產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。工信部長(zhǎng)期以來(lái)積極推動(dòng)新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。一是制定發(fā)布《信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南（2016—2020年）》，推動(dòng)新型電池技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新升級(jí)，支持鈉離子電池、液流電池等新型電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。二是積極開(kāi)展電池領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研制工作，推動(dòng)將先進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。三是支持電池檢測(cè)平臺(tái)建設(shè)，指導(dǎo)組建國(guó)家動(dòng)力電池制造業(yè)創(chuàng)新中心，統(tǒng)籌資源推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，支持新型正極材料等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。十三五期間，科技部通過(guò)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)專項(xiàng)，對(duì)電池儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)部署。其中，鈉基儲(chǔ)能電池技術(shù)作為重點(diǎn)支持方向之一，在高安全長(zhǎng)壽命和低成本鈉基儲(chǔ)能電池的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題研究等項(xiàng)目系列成果推動(dòng)下進(jìn)步顯著。近年來(lái)，財(cái)政部通過(guò)新能源汽車推廣應(yīng)用補(bǔ)助等政策，帶動(dòng)了新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，推動(dòng)新型電池產(chǎn)品技術(shù)水平迅速提高、成本迅速下降。企業(yè)重視產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)投入，鈉離子電池技術(shù)得到一定突破鈉離子電池作為一種新的電池技術(shù)路線，吸引眾多鋰離子電池企業(yè)入場(chǎng)布局，其中布局鈉離子電池技術(shù)的公司就有寧德時(shí)代、鵬輝能源等等。從企業(yè)營(yíng)業(yè)收入來(lái)看，寧德時(shí)代營(yíng)業(yè)收入在2017-2021年間呈現(xiàn)逐年上升的走勢(shì)，其中2021年漲幅最大，主要是因?yàn)闃I(yè)務(wù)規(guī)模增長(zhǎng)、產(chǎn)銷量提升帶動(dòng)營(yíng)業(yè)收入相應(yīng)增長(zhǎng)，而毛利率受部分原材料價(jià)格上漲的緣故，則處于不斷下降的狀態(tài)。鵬輝能源營(yíng)業(yè)收入整體也處于不斷增長(zhǎng)的狀態(tài)，但是增長(zhǎng)幅度與寧德時(shí)代相比較低，其毛利率雖然整體處于下降趨勢(shì)，但是在2019年有明顯的上升趨勢(shì)，這主要受公司ETC業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)，帶動(dòng)了企業(yè)毛利率的增長(zhǎng)。從研發(fā)投入來(lái)看，寧德時(shí)代的研發(fā)投入從2018年的19．91億元增加到2021年的76．91億元，其中2021年研發(fā)費(fèi)用占總營(yíng)業(yè)收入的比重達(dá)到了5．90%；鵬輝能源的研發(fā)投入整體處于小幅上升的狀態(tài)，到2021年研發(fā)投入為2．46億元，占總營(yíng)業(yè)收入的比重達(dá)到了4．33%。由于兩家公司高度重視產(chǎn)品和技術(shù)工藝的研發(fā)，隨著鋰電池行業(yè)發(fā)展受限，對(duì)于作為替代品的鈉離子電池來(lái)說(shuō)，將會(huì)受到企業(yè)的重視，大力推動(dòng)該產(chǎn)品的發(fā)展。從鈉離子電池研發(fā)情況來(lái)看，寧德時(shí)代為平衡資源、成本及碳足跡等潛在問(wèn)題，開(kāi)發(fā)鈉離子電池，目前，已經(jīng)發(fā)布了第一代鈉離子電池，為了充分發(fā)揮鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)，迎合市場(chǎng)的需要，該企業(yè)加大了研發(fā)投入力度，促進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)，進(jìn)一步提高能量密度及綜合性能。鵬輝能源是基于鈉成本和資源優(yōu)勢(shì)，研發(fā)高性能鈉離子電池，目前，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，未來(lái)將進(jìn)一步提升鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命及低溫性能，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。鈉電池正極材料-聚陰離子化合物：硫酸鹽系列打開(kāi)中長(zhǎng)期降本空間鐵基硫酸鹽類聚陰離子正極材料具有高工作電壓和低生產(chǎn)成本等顯著優(yōu)勢(shì)，但由于其純相材料的本征電導(dǎo)率低，嚴(yán)重影響著該類型正極材料的儲(chǔ)鈉電化學(xué)性能，有著儲(chǔ)鈉比容量較低、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性較差等缺陷。鈉電池電解液：與鋰電體系相通，有機(jī)電解液前景較優(yōu)電解液是鈉離子電池的關(guān)鍵材料之一，在電池正負(fù)極之間起到傳導(dǎo)和輸送能量的作用，在很大程度上決定了電池的工作機(jī)制，影響著電池的安全性、循環(huán)壽命和倍率性能等指標(biāo)。鋰鈉離子電池電解液生產(chǎn)體系可沿用，壁壘在配方技術(shù)，而非產(chǎn)能?，F(xiàn)有六氟磷酸鋰生產(chǎn)路線可切換生產(chǎn)六氟磷酸鈉，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能共享，核心競(jìng)爭(zhēng)壁壘主要是配方技術(shù)而非產(chǎn)能。鈉離子電池電解液主要分為液體電解液、固液復(fù)合電解液和固體電解液三大類。其中液體電解液又分為有機(jī)液體電解液、水系電解液和離子液體電解液。固體電解液分為無(wú)機(jī)固體電解液和固體聚合物電解液。鈉電池市場(chǎng)空間：四輪車-2025年有望達(dá)到48．45GWh鈉電池有機(jī)會(huì)滲透的動(dòng)力電池市場(chǎng)主要包括A00級(jí)、A0級(jí)以及A級(jí)三種電動(dòng)車。具體來(lái)看，鈉電池可以滿足續(xù)航里程在400公里以下的新能源汽車車型的基本需求，400公里以下的新能源汽車車型主要包括A0