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替代锂电池?钠离子电池正在受到更多关注

来源:互联网 | 2021-09-15 15:15:05

来源:经济观察网 作者:李靖

恒继锂离子电池后,钠离子电池正在受到越来越多的关注。

近期,国家发改委、工信部等部门表示,将采取一系列措施促进锂离子电池、钠离子电池等新型电池的健康有序发展。工信部在答复政协第十三届全国委员会第四次会议第4815号(工交邮电类523号)提案中称,将组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定,并在标准立项、标准报批等环节予以支持。

前段时间,在宁德时代(300750.SZ)举办的线上发布会上,董事长曾毓群介绍了宁德时代的第一代钠离子电池。曾毓群表示:“钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,与锂离子电池相互兼容互补。”

此外,爱玛科技(603529.SH)早在7月份就在经销商大会上发布了钠离子电池,称未来将搭载在两轮车上。

方正证券分析师申建国在近期的研究报告中介绍,钠和锂属同一主族元素,在电池工作中均表现出“摇椅式”电化学充放电行为。钠离子和锂离子电池研究均起始于20世纪70年代,由于储能需求日益增长,低成本储能电池技术的需求愈发紧迫,钠离子电池研究在近十年内突飞猛进。

“钠电池发展历时五十多年,国内外没有明显差距。”申建国表示。

更便宜 更安全

申建国认为,由于现在锂资源紧张,所以钠离子电池的研究开始受到重视。目前全球70%锂资源分布在南美洲,我国锂资源80%依赖进口,整体上我国盐湖锂资源品质和外部开发条件差,导致开发难度大、成本高。因此,锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业的需求。而铅酸电池会则造成环境污染,虽然固态、气态污染可以消除,但无法避免水溶性铅重金属离子的污染。

根据上海有色网的数据,目前电池级的碳酸锂市场均价已经超过了14万元/吨,今年以来的涨幅超过了150%。相比之下,钠比较容易获得,钠离子电池成本远低于锂离子电池。

申建国介绍,与锂电池结构一样,钠电池同样由正极材料、负极材料、集流体、隔离膜、电解液和壳体、顶盖组成。钠电池通过替换锂元素降低正极和电解液的成本,通过无烟煤降低负极成本,同时替换掉负极的铜箔之后,成本能有30%-40%的材料降幅。由于现阶段供应链不完整,生产工艺有待提升,样品成本在0.6-0.8元/Wh,未来随着技术成熟、规模扩大,理论上成本能降到0.2-0.3元/Wh。

曾毓群亦表示,宁德时代研发的钠离子电池能够实现“电芯单体能量密度高达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;热稳定性远超国家强标的安全要求。”

申建国亦认为,钠离子电池安全性较锂离子更高。全球锂电池起火事故频出,电动车、储能起火事故频发。据不完全统计,2011-2021年全球共发生32起储能电站起火爆炸事故,其中26起事故采用三元锂离子电池。钠离子电池电化学性能相对稳定,热失控过程中容易钝化失活,安全实验表现较锂离子电池更好。

目前,钠离子电池已通过中汽中心的检测,针刺时不冒烟、不起火、不爆炸,经受短路、过充、过放、挤压等实验也不起火燃烧。对比锂离子电池起始自加热温度达到165℃,钠离子电池则达到260℃。而且在ARC测试(电弧测试)中钠离子电池最大自加热速度显著低于锂离子电池,这些均表明钠离子电池具有更好的热稳定性。

互补还是替换?

宁德时代研究院副院长黄起森在发布会上还表示,在制造工艺方面,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。目前,宁德时代已启动相应的产业化布局,2023年将形成基本产业链。

“下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。”曾毓群说。

而申建国则认为,由于能量密度限制,钠离子的应用场景更多是在储能、两轮车等领域。钠离子电池与NCM(镍钴锰)锂离子电池呈互补关系,与LFP(磷酸铁)锂电池存在一定的替换关系。宁德时代宣布的AB钠锂电池方案,可能会拓宽在乘用车领域的应用场景。

申建国在报告中进一步分析,从能量密度来看,钠离子电池能力密度为70-200Wh/Kg,与NCM锂电池240-350Wh/Kg的能量密度范围没有冲突,理论上高能量钠电池和LFP电池在同一水平,现阶段钠电池主要集中在130-150Wh/Kg区间。循环来看,钠电池的理论循环可以达到10000次,现阶段在3000-4000左右,与LFP锂电池还有一点差距。

“现阶段钠离子电池成本仍高,技术发展仍处于早期阶段,与下游适配的电池材料解决方案尚未定型,而锂离子电池成本仍有下降空间。”申建国表示。

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