中國儲能網(wǎng)訊：鈉離子電池繼續(xù)升溫，正在異軍崛起。
3月22日，《十四五新型儲能發(fā)展實施方案》正式印發(fā)。國家正式提出研究開展鈉離子電池等新一代高能量密度儲能技術(shù)試點示范。
這并不是鈉離子電池第一次進入決策者視野。早在2021年8月25日，工信部答復政協(xié)第十三屆全國委員會第四次會議第4815號（工交郵電類523號）提案稱，將適時開展鈉離子電池標準制定；將組織有關(guān)標準研究機構(gòu)適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環(huán)節(jié)予以支持。
2021年，科技部提出將在“十四五”期間實施“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項，并將鈉離子電池技術(shù)列為子任務(wù)，以進一步推動鈉離子電池的規(guī)模化、低成本化，提升綜合性能。
由此可以預測的是，作為鋰離子電池之外的一種新型電化學儲能技術(shù)路線，鈉離子電池將在“十四五”期間大放異彩，迎來產(chǎn)業(yè)化的春天?！靶滦蛢δ苜Y本”預測，在政策和資本的扶持下，2022年將成為鈉離子電池的元年。
鈉離子產(chǎn)業(yè)化為何提速
回顧歷史，鈉離子并不是新的電池技術(shù)路線，但在2021年之前，鈉離子電池并未受到足夠的關(guān)注。
1979 年法國的科學家Armand 提出了“搖椅式電池”的概念，由此開啟了鋰離子和鈉離子電池的研究。鋰離子電池產(chǎn)業(yè)由于材料體系相對成熟，隨著日本的突破性研發(fā)和韓國的快速產(chǎn)業(yè)化，鋰電子電池已經(jīng)成為世界級產(chǎn)業(yè)。
但鈉離子的材料體系發(fā)展相對較慢，再加上其性能不及鋰電子電池，所以鈉離子電池在2021年之前，始終未能形成規(guī)模，屬于產(chǎn)業(yè)化前期的新興的mini行業(yè)。
但鋰電池行業(yè)的原材料上漲加速了鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進度。2021年由于鋰電池快速的發(fā)展，作為電池正極材料的--電池級碳酸鋰供不應(yīng)求，價格突然暴漲。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計，從2021年1月的不到10萬元/噸，到一年之后2022年2月份達到50萬元/噸。原材料價格持續(xù)上漲，但短期內(nèi)難以通過價格上漲傳導給終端用戶，導致下游電芯企業(yè)不堪重負。
鋰資源全球分布的不均勻，中國鋰原材料對外依賴程度高，加劇了鋰電行業(yè)的供應(yīng)安全焦慮。中國鋰資源儲量雖位居全球第六，但是以青藏高原的鹽湖鹵水為主，優(yōu)質(zhì)硬巖鋰礦相對稀缺。這導致中國鋰鹽廠原材料高度依賴進口。
根據(jù)中金證券的測算，2020年國內(nèi)約74%鋰鹽供給的原材料來自進口澳礦，原材料供給對外依賴程度高且供給來源高度集中。因此，基于原材料供給穩(wěn)定性的考慮，國內(nèi)的電池廠也有動力尋找鋰資源的替代選項。
相比之下，鈉資源在價格和供給方面有明顯的優(yōu)勢，是很好的替代選項。
首先，價格更低。截止3月23日，國內(nèi)電池級碳酸鋰（99.5%）市場主流報價區(qū)間在51.4-52.0萬元之間，均價穩(wěn)至51.75萬元/噸；而鈉的價格僅在17000元/噸左右。
因此，由于材料體系的差異，鈉離子電池在正極、負極、電解液、集流體等原材料方面均可不同程度地實現(xiàn)降本。根據(jù)中科海納估計，Gu-Fn-Mn基鈉離子電池原材料成本僅0.29元/Wh，相比磷酸鐵鋰（0.43元/wh）具有明顯的成本優(yōu)勢，預計實際原材料成本將相對磷酸鐵鋰/石墨體系鋰電池降低30%-40%。
其次，供給更安全。鈉資源非常豐富，其在地殼中的豐度位于第 6 位，鈉資源的地殼豐富是鋰資源的423倍。鈉分布于全球各地，完全不受資源和地域的限制，不像鋰資源那樣主要集中分布在南美和澳洲。2020年我國鈉資源產(chǎn)量占全球總量的22%，供應(yīng)充足穩(wěn)定。
圖1 全球鈉資源分布情況
材料、特性和應(yīng)用場景分析
與鋰電子電池一樣，鈉離子電池也是二次電池。
從工作原理來看，鈉離子電池在充電時，Na+從正極脫出，經(jīng)電解液橫穿隔膜嵌入負極，使正極處于高電勢的貧鈉態(tài)，負極處于低電勢的富鈉態(tài)；放電過程則與之相反，Na+從負極脫出，經(jīng)電解液穿過隔膜嵌入正極材料中，使正極恢復到富鈉態(tài)。理想的充放電情況下，Na+在正負極材料間的嵌入和脫出不會破壞材料的晶體結(jié)構(gòu)，充放電過程發(fā)生的電化學反應(yīng)是高度可逆的。
從材料體系來看，鈉離子電池同樣主要由正極、負極、隔膜、電解液組成，但材料選擇不大一樣。
正極材料主要有氧化物類、普魯士藍類和聚陰離子類三大類材料，目前中科海鈉、鈉創(chuàng)等企業(yè)采用了O3層狀結(jié)構(gòu)氧化物體系，寧德時代選用了能量密度更高但合成較為困難的普魯士藍體系，其能量密度可達160 Wh/kg，通過對材料體相結(jié)構(gòu)進行電荷重排，解決了容量在循環(huán)過程中快速衰減的問題；眾鈉能源和高博能源都采取了聚陰離子材料，其優(yōu)點是比前兩種材料都便宜。
從負極材料來看，因鈉離子難以像鋰離子般在石墨間自由穿梭，鋰電池常用的石墨負極難以應(yīng)用在鈉電池上。目前鈉電池負極材料主要有碳材料和鈦氧化物兩大類。其中，寧德時代采用的硬碳材料可讓大量的鈉離子儲存和快速通行，克容量可達到350mAh/g以上且具備優(yōu)異的循環(huán)性能；中科海鈉試著用過軟碳材料，但最終選擇了硬碳材料。
在電解液方面，由于鈉離子電池和鋰離子電池的工作機理以及電解液體系相近，因此鈉電池電解液的開發(fā)可以遵循鋰離子電池的經(jīng)驗和思路；但同樣需要針對鈉離子的自身特點開展研究和開發(fā)。為此，寧德時代開發(fā)了適配鈉電池正負極材料的獨特電解液體系，溶劑方面，鋰電池的溶劑均可與鈉電池兼容；溶質(zhì)方面，鈉電池中溶質(zhì)濃度要求更低，鈉鹽更換為NaPF6、NaClO4等。
此外，在隔膜方面，鈉電池隔膜與鋰電池基本沒有區(qū)別，主要包括聚乙烯和聚丙烯等。
從電池性能來講，鈉離子電池獨具特點：安全性高，高低溫性能優(yōu)異，鈉離子電池可以在-40℃到80℃的溫度區(qū)間正常工作，-20℃的環(huán)境下容量保持率接近 90%，高低溫性能優(yōu)于其他二次電池；倍率性能好，快充具備優(yōu)勢，充電時間只需要10分鐘左右，目前量產(chǎn)的三元鋰電池即使是在直流快充的加持下，將電量從 20%充至80%通常需要30分鐘的時間，磷酸鐵鋰需要45分鐘左右。
從能量密度來看，鈉離子電池的能量密度范圍為100-160Wh/kg，高于鉛酸電池的 30-50Wh/kg，低于磷酸鐵鋰電池的 120-200Wh/kg。
因此，“新型儲能資本”認為，它的特性也決定了它的應(yīng)用場景將集中在儲能、低速兩輪車三輪車和低速電動車領(lǐng)域，去逐步取代鉛酸電池和部分取代磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池原有的市場。
