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全球报道:钠电池成本优势还未体现 产业化发展将在2025年之后

2022-11-22 15:54:09 来源:电池网

18日下午,伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉在会上发表了题为《钠离子电池市场机会研究》的主题演讲,分享了钠离子电池产业现状、国内外政策、正负极材料技术路线、成本与应用场景、产业化发展趋势等,电池网摘选了其部分精彩观点,以飨读者:

钠离子电池主要应用场景包括电动二轮车、三轮车、A00级电动车、重卡、船舶、储能等领域。除上述领域外,随着钠离子电池技术的不断突破带来的能量密度提升,以及基于创新的电池PACK方式,钠离子电池还可通过与锂离子电池等其他产品混搭、串联、并联、集成的方式应用在新能源汽车领域。

“钠离子电池目前处于产业化的前期,从材料体系来看,正极材料、负极材料、电解液、隔膜发生了一些变化,但是变化又不大,这样对产业化的发展非常有帮助。”吴辉介绍,“从铅酸到锂电的转型,很难有铅酸企业真正转型做锂电很成功的。但是锂电池企业做钠离子电池相对比较容易,未来在钠离子电池产业中,能够崛起的企业,有可能还是现在的锂电池企业。”


(资料图片仅供参考)

钠离子电池正负极材料技术路线

“锂电池面临三元材料和磷酸铁锂技术路线的竞争,钠离子也有一些技术路线竞争,这个是非常有意义的,行业的不确定性,增加了我们投资的风险性,也提高了看准方向的收益,这是需要重点关注的。”在正极材料方面,吴辉介绍,目前钠离子电池主要有过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物三种主流正极材料。

层状氧化物优点是可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技术转化容易,但容易吸湿,循环性能稍差;普鲁士蓝类似物具有工作电压可调、可逆比容量高、能量密度高、合成温度低等优势,但也存在导电性差、有结晶水、库伦效率地等不足;聚阴离子化合物的优势则在于工作电压高、热稳定性好、循环好、空气稳定性好,不过其可逆比容量低,且部分含有有毒元素。

吴辉表示,目前布局钠离子电池正极材料的公司代表性公司有容百科技、振华新材、当升科技,其他布局的企业还有厦门钨业、长远锂科、多氟多、格林美、中伟股份、美联新材等,另外部分钠离子电池生产企业如中科海纳等也自产钠离子电池正极材料。

在负极材料方面,可用于钠离子电池的负极材料类别有金属化合物、碳基材料、合金类材料、非金属单质等,钠离子电池负极材料主要企业包括:贝特瑞、杉杉股份、星城石墨、翔丰华、凯金能源、中科海钠、佰思格等。其中大部分企业采用的是硬碳技术路线,中科海钠依托华阳股份无烟煤优势采用较为便宜的软碳方案。

软碳和硬碳的主要区别主要来自于前驱体的微观结构,如果是煤、石油焦、沥青这样层间交联作用较弱的前驱体,则制备出的材料为软碳。硬碳前驱体则主要是生物质、合成树脂、及碳水化合物这一类层间交联作用较强的材料。

软碳通常是指2800℃以上容易石墨化的碳材料,有序度较高,软碳层间范德华力较弱,在高温下具有较大的移动能力,因此容易形成易结晶的石墨;硬碳层间具备较强的交联相互作用,即使在2800℃以上也难以完全石墨化的碳,有序度较低。

吴辉表示:“我们通过研究发现,钠离子电池的负极材料跟锂电池的天然/人造石墨相比,石墨化的温度相对低一点,人造石墨需要3000℃以上,石墨化周期需要3周以上,但是硬碳和软碳降到1000多℃,而且碳化周期也减少了,这是可以把成本降下来的关键因素。”

钠离子电池产业化发展趋势

吴辉分析称,从成本来看,2021年钠电池实际生产成本约0.7元/Wh,甚至高于1元/Wh。而当前行业平均磷酸铁锂电池成本约0.51元/Wh左右,三元电池0.64元/Wh左右,而当碳酸锂价格涨到50万元/吨时,相应的磷酸铁锂电池和三元电池的成本都接近1元/Wh,钠离子电池现阶段相对于锂电池并没有非常明显的价格优势。

从产业链培养方面来看,一是钠离子电池的上游原材料生产企业数量较少,规模化程度不高。二是多数企业仅仅具备钠离子电池正、负极材料,电解液等原材料的研发成果或者处于正在布局的阶段。因此,目前钠离子电池的产业链布局尚不完善,具有技术储备的企业在生产设备和制备工艺方面尚不成熟,故钠离子电池在产业链培养上仍然存在较大缺陷,对钠离子电池形成规模化生产造成较大的制约影响。

从技术缺陷改进方面来看,钠离子电池的缺点是钠元素分子量较高,钠离子电位更高,体积更大,在嵌入正负极时易使极片材料发生较大的体积变化,因此,钠离子电池在材料结构稳定性和动力学性能上要求更为严苛。故钠离子电池存在能量密度低、倍率性能欠佳、循环寿命短等相对劣势。这些技术缺陷大大制约了其应用市场以及产业化进度。

从产品稳定性验证来看,一款电池产品从市场调研和需求识别—总体方案设计—产品研发—研究测试—设计定制—量产所需要的周期较长,其中在客户方面认证通过时间一般由半年到一年不等,当产品小规模应用后,问题的出现与反馈也要经历至少一到两年的周期。

通过上述对影响钠离子电池产业化关键性因素的分析,吴辉认为,从上游供应端来看,由于制备工艺不成熟,生产设备不完善,产业链尚不完善等因素,导致钠离子电池生产效率较低,产品一致性较差,生产良率不高,成本优势还未体现,钠离子的产业化进程还处于初期阶段。从下游需求端来看,理论上,钠离子电池可广泛的应用在电动两轮车、低速电动车、储能等领域,EVTank预测钠离子理论市场空间到2026年将达到369.5GWh,但是从目前的应用现状来看,仅有个别储能领域的示范项目,两轮车领域虽已有订单,估计完全装机出货至少在2023年初,产品将进行一段时间的市场验证和消费者体验反馈,因此大规模应用还没有稳定的刚性需求,即便是宁德时代已经明确将在2023年开始推出钠离子电池,EVTank预计钠离子电池实现产业化发展也将在2025年之后。

(以上观点根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

标签: 技术路线 能量密度 生产企业

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