钠离子电池上车强者间的游戏

钠离子电池开始上车了。发布钠离子电池产品 20 个月后,宁德时代在 4 月 16 日宣布,钠离子电池将首装奇瑞汽车,电池品牌名为 “ENER-Q”。江淮汽车旗下的思皓和钇为也分别在今年 2 月和 4 月发布了搭载钠离子电池的车型,其中思皓的钠离子电池将由中科海纳供应。

从发布产品到临近装车的这 20 个月间,汽车动力电池和整个电动车市场已发生巨大变化。

多位业内人士认为,宁德时代 2021 年 7 月发布钠离子电池产品时,不仅是要推新品,也是想平抑高锂价。当时碳酸锂价格约 9 万元 / 吨,相比 2020 年底上涨行情启动前的约 4 万元 / 吨低点已翻倍有余。

如今碳酸锂报价来到 20 万元 / 吨,它是在最近 4 个月内从 60 万元 / 吨的高点下探至此。背后是去年底至今年初,中国电动车市场增速放缓和消费低迷。

钠离子电池长期仍有平抑锂价、降低电池成本,进一步普及电动车的作用,但碳酸锂的下跌和电动车消费热情的衰减是一个短期冲击。尽管如此,从上游的材料、中游的电芯生产再到下游的整车制造,已为钠离子量产上车投入数年的整个产业链不会停下动作。综合各公司规划,今年将是钠离子电池规模量产的第一年:

据《晚点 LatePost》了解,宁德时代已在宁德建成一条钠离子电池中试线,中试线一般是启动大规模量产前的验证。

《晚点 LatePost》曾报道,比亚迪曾计划在今年将钠离子电池装载到 A0 级小型乘用车海鸥上。亿纬锂能去年底发布钠离子电池,目前正处在送样、测试阶段,产品主要用于储能电站。蜂巢能源已在去年完成钠离子电池 A 样测试。孚能目前也已建成一条钠离子电池中试线。

钠离子电池正极材料初创公司启钠新能源 CEO 黄强称,以材料厂的送货情况推测,今年中国的电芯厂能生产 3-6 GWh 钠离子电池,可以装配约 3 万-5 万辆车。

从最初被提出到现在离消费者仅一步之遥,钠离子电池经历了 50 多年的沉浮。它的命运显示了一种实验室技术走向产品原型,再进入大规模量产的种种机缘、波折与动力。

钠离子电池和锂电池的工作原理十分相似,都是靠金属离子在电池内移动实现充放电。对二者的研究在 50 多年前几乎同时起步。

第一个十年里,两种电池的产品方案都不够平衡,要么就是能量密度太低,即一定体积内的电量太少,要么就是不够安全,易燃易爆。直到 1981 年,石墨储锂机制被发现,这意味着可以用石墨作负极,用锂化合物作正极来构造锂电池。这是一个相对平衡的方案,其能量密度的理论上限超过 300 Wh/kg,且比用金属锂作负极的方案更安全。钠离子却由于体积太大,更难被嵌入石墨以完成充放电,它当时的能量密度仅有锂电池的十分之一。由此,锂离子电池有了更大的商用可能性,钠离子电池落后了一步。

1991 年,日本索尼公司成功将锂电池用到了摄像机上,锂电池商业化进一步加快,得以在实际生产中持续改进,钠离子电池路线 年左右,钠离子的命运开始反转。这一年,碳酸锂价格达到 6 万元 / 吨,是当时的近十年高点。电动车也开始兴起,这将在手机、电脑等消费电子产品外,打开金属离子电池的更广阔市场。

在当时的高锂价下,钠离子电池优点凸显:钠的储量要远多于锂,且开采成本低,盐就是一种常见的钠化合物(氯化钠),全球海洋中的氯化钠储量达 4 亿亿吨。

减少已有产品成本的诉求,叠加对新市场的期待,钠离子电池被重新关注。据美国化学领域综合性期刊《Chemical Reviews》, 2010 年之后,与钠离子电池相关的研究论文从之前的每年不到 10 篇迅速上升至几十篇,到 2013 年突破了 130 篇。

经过更多研究,人们发现,可以用硬碳来做钠离子电池的负极。硬碳和石墨都是碳单质,但分子结构不同,硬碳的空隙更大,这解决了钠离子难以嵌入石墨负极的问题。钠离子电池能量密度得以提升。

普鲁士和层状氧化物正极能量密度更高,但循环次数,即使用寿命较低,类似锂电池的三元锂路线;聚阴离子正极能量密度较低,但寿命更长,类似锂电池的磷酸铁锂路线。

实验室研发有一定成果后,一批以钠离子电池商业化为目标的新公司出现:中科院物理研究所研究员胡勇胜 2017 年创立中科海纳;上海交通大学马紫峰教授在 2018 年创办浙江钠创;两家公司都同时研发和生产钠离子电池正极与电芯。这之后成立的新公司还有钠离子正极材料厂商启钠新能源、珈钠能源,负极材料厂商佰思格等。

胡勇胜团队是层状氧化物正极的提出者。中科海纳在 2018 年展示了钠离子低速电动车,是全球首家发布钠离子电池产品的公司,最新估值超 60 亿元人民币。

在需求端,钠离子电池因理论上更低的成本和更长的寿命,有三个主要应用前景:

用于对续航里程要求较低,但追求低成本的 A00 级或 A0 级小车,替代磷酸铁锂电池;

不小的市场空间吸引一批锂电池企业入局。汽车动力电池企业中,宁德时代 2020 年成立 21 C 创新实验室时,研究方向即包含钠离子电池。欣旺达在 2021 年年报中披露,已建立钠离子电池研发项目。

中国第五的储能电芯厂商鹏辉能源近期刚发布了自己的钠离子电池;中国最大二轮电动车电池供应商天能集团称,三年前已开始开发钠离子电池,目前正在给部分二轮电动车企业送测试样品。

全球最大动力电池企业宁德时代的动作尤为受关注,对产业链其它环节的影响也最大。

2021 年 7 月,宁德时代正式发布钠离子电池产品,并宣布其能量密度达到 160 Wh/kg。高于当时的磷酸铁锂电池,低于三元锂电池。不过近年来磷酸铁锂电池的能量密度也在提升,去年宁德时代发布的麒麟电池磷酸铁锂版,能量密度也达到了 160 Wh/kg。能量密度外,宁德时代的钠离子电池在充电速度、安全性、低温性能和系统集成效率上都优于磷酸铁锂电池。

这场钠离子电池的发布会,是宁德时代创始人曾毓群少数几次亲自参与的产品发布会。另一次是 2022 年初,宁德时代宣布进入换电市场,并发布换电服务 “EVOGO” 和用于换电的巧克力电池。

宁德时代曾称下一代钠离子电池能量密度目标在 200 Wh/kg 以上。不过本周的上海车展中,宁德时代公布的钠离子电池能量密度指标仍为 160 Wh/kg。

两年前的那场宁德时代发布会,仿佛一声发令枪,钠离子电池所需的各类材料供应链开始加速发展。

与锂离子电池类似,钠离子电池的主材是正极、负极、电解液和隔膜等,其中隔膜与锂电池一样,正极、负极、电解液则需要专门的材料。

三年前,市场上供应钠离子正极材料的公司只有中科海纳等少数几家,且产能少、价格高,一公斤钠离子电池正极可卖到数万元人民币,电芯厂只能做小规模试验。

到去年,正极材料供应已相对充。

Categories:

No Responses

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注