鈉離子電池火了！ 究竟有何“過人之處” 會替代鋰電池？2021-08-04 08:07
7月29日，寧德時代預(yù)熱許久的鈉離子電池終于登場，憑借著多番優(yōu)勢，一經(jīng)發(fā)布便引發(fā)業(yè)內(nèi)嘩然，一時間，關(guān)于鈉離子電池的討論甚囂塵上，連帶鈉離子電池概念股也在寧德時代發(fā)布其鈉離子電池預(yù)告的前后幾天勢如破竹，創(chuàng)下多股漲停的不菲戰(zhàn)績。那么鈉離子電池究竟有何過人之處？它的出現(xiàn)又會對鋰離子電池產(chǎn)生什么樣的影響？且看SMM深度解析。
鈉離子電池究竟是何方神圣？
與鋰離子電池有何不同？
鈉離子電池與鋰離子電池類似，是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作。
相比于鋰離子，鈉離子在關(guān)鍵的電化學(xué)性能能量密度方面表現(xiàn)偏弱。據(jù)公開資料顯示，鈉離子電池的工作電壓為2．8－3．5V，在現(xiàn)有材料體系下的能量密度僅為100－150WH／KG，這一數(shù)據(jù)雖然高于鉛酸 電池的2V與40－50WH／KG，但遠低于目前的鋰離子電池的工作電壓3．0－4．5V以及150－250WH／KG的能量密度。
而需要注意的是，目前大火的新能源汽車動力電池，更傾向于追求高能量密度和高續(xù)航里程的電池，因此從電化學(xué)性能能量密度這一方面來看，鈉離子電池因其能量密度低的特性，很難取代鋰離子電池成為主流路線。
此外，鈉離子的半徑也遠高于鋰離子，這同樣會成為限制鈉電池發(fā)展的重要因素。主要從三方面來看：
一是與負極材料的嵌合度。眾所周知，電池的充放電過程本質(zhì)上便是離子的脫嵌在入嵌的過程，而這也要求電池的正負極中都需要有儲存離子的材料。在鋰離子電池中，負極處大多用的都是石墨負極，而由于其本身的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其石墨層可以很好地與鋰離子嵌合。
但是鈉離子的半徑卻遠高于鋰離子，這也意味著，鈉離子不可能完全嵌入石墨結(jié)構(gòu)，而若是采用可嵌入的硬碳或其他負極材料，也會極大影響電池整體的能量密度。這對于追求高能量密度電池的新能源動力電池而言并不友好。
二是拉低電池整體的充放電性能。因為鈉離子半徑比之鋰離子更大的特點，導(dǎo)致其在電池結(jié)構(gòu)中遷移速度慢，移動速率低，這也意味著在同一規(guī)格下，鈉電池的充放電循環(huán)相對鋰離子電池而言需要更長的時間周期，拉低電池整體的充放電性能。
最后一點是影響電池循環(huán)壽命。因為鈉離子的半徑較大，其在充放電嵌出嵌入過程中相對鋰離子而言更容易導(dǎo)致電極材料體積膨脹，部分鈉離子在嵌入的過程中無法順利嵌入，導(dǎo)致不可逆的電池容量損失，電池衰減速率上升，影響電池本身的循環(huán)壽命。
不過即便鈉離子電池相對于鋰離子電池有上述諸多不敵之處，但鈉離子電池的隆重問世，就足以證明其有存在的意義。在SMM看來，鈉離子電池最大的優(yōu)勢還是在于成本。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，疊加近年來3C，小動力等領(lǐng)域需求也有所放量，鋰電池行業(yè)整體對上游資源的需求量也與日俱增，在一定程度上形成資源擠兌局面，碳酸鋰，硫酸鈷等多種原材料價格大幅上行。據(jù)SMM歷史價格顯示，僅是碳酸鋰價格，便已經(jīng)從2020年年底的51500元／噸漲至如今的89000元／噸，漲幅高達72．8％。而硫酸鈷的價格，也從年底的57500元／噸，漲至如今的81000元／噸。由此不難看出，上游原料端本身資源存儲量有限的情況，是助推價格上漲的主導(dǎo)因素。
而據(jù)了解，鋰離子的地殼豐度僅為0．0065％，且其中可經(jīng)濟開采的資源量有限，高低品質(zhì)差異較大，同時還存在嚴(yán)重的分布不均的特點，其中優(yōu)質(zhì)資源多集中的南美、澳洲等地，這也使得我國作為全球主要的鋰資源消耗國，但卻高度依賴進口原料供應(yīng)。
但與之相對的，鈉離子在地殼豐度達到了2．75％，遠高鋰離子的0．0065％，且全球分布相對廣泛，這也使得鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模之后恐在原料成本方面相對鋰而言更具有優(yōu)勢。
寧德時代鈉離子電池有何“過人之處”？
據(jù)寧德時代發(fā)布會公布的電池性能信息來看，這款電池可謂亮點頗多：
1． 能量密度方面，據(jù)寧德時代數(shù)據(jù)顯示，其第一代鈉離子電芯的單體能量密度將達到驚人的160Wh／kg，為全球最高水平，相對于當(dāng)前鈉離子電池行業(yè)普遍能量密度的120－130wh／kg提升了約30％。
2． 優(yōu)異的快充性能，該電池在常溫下快充15分鐘能夠充至電量的80％，同時低溫性能優(yōu)異，在零下20度的低溫環(huán)境下，同時熱穩(wěn)定性優(yōu)異，容量保持率在90％以上。
3． 該電池的系統(tǒng)集成效率可達80％以上，同時可以與鋰離子的電池混合通用，將兩種不同的電池混搭，串聯(lián)，并通過BMS實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
4． 制造工藝：當(dāng)前鈉離子的制造工藝鋰離子電池類似，其設(shè)備可通用。同時，這一數(shù)據(jù)已經(jīng)接近當(dāng)前磷酸鐵鋰的能量密度水平，遠超鉛酸電池的50wh／kg。
鈉離子在未來可能會應(yīng)用于哪些場景？
首先是兩輪車電池端，雖然寧德時代發(fā)布的鈉離子電池遠超行業(yè)平均水平，但是距離磷酸鐵鋰與三元鋰電池仍有一定的差距，在其能量密度獲得突破性進展之前，在汽車端較難進行大規(guī)模應(yīng)用。不過對于主要定位于進行中短距離移動，且終端客戶對價格極為敏感的兩輪車電池而言，鈉離子電池或許是一個不錯的選擇。
二是在高緯度地區(qū)的應(yīng)用。這點要涉及到鋰離子電池在低溫環(huán)境下性能降低的特點，據(jù)悉，鋰離子電池由于其自身特性原因，在寒冷的場景下極易發(fā)生活性降低，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率變慢，容量保持率大幅降低的情況，因此，在高緯度地區(qū)，鋰離子電池的應(yīng)用受到極大限制。但反觀鈉離子，有數(shù)據(jù)顯示，鈉離子電池在－20℃的環(huán)境下仍有90％的放電容量保持率，在－38℃仍可以正常使用，同時無需進行特殊優(yōu)化，成本也將得到有效的控制，該特性在一定程度上拓寬了電池的使用場景，填補該領(lǐng)域的空白。
三是儲能領(lǐng)域。相比于此前儲能領(lǐng)域如5G基站多采用鉛酸電池的情況，兼具能量密度高，循環(huán)壽命長，安全性能高，成本較低等優(yōu)點的鈉離子電池，在全生命周期成本的角度優(yōu)于鉛酸電池，有望成為儲能領(lǐng)域鉛酸電池的優(yōu)質(zhì)替代品。而其具有的優(yōu)秀低溫性能與混搭特性可讓廠商依據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境，發(fā)電量用電量，使用場景等進行靈活的選擇。
四是換電領(lǐng)域，在當(dāng)前國家大力發(fā)展換電模式，各大車企也多有向該方向布局的情況下，鈉離子具有的低成本的特性在一定程度上可以降低換電站的建設(shè)成本，在總投資不變的情況下提高換電站平均電池儲備量，同時其相對鋰離子電池更為優(yōu)秀的快充性能縮短充電所耗時間，提高電池的周轉(zhuǎn)率與換電站的日服務(wù)能力，便于廠商縮短投資回收期，加快換電服務(wù)進程。而這一點對于兩輪車換電領(lǐng)域也是同樣適用。
鈉離子電池是否會取代鋰離子電池的地位？
機構(gòu)評論：
在寧德時代首次宣布將發(fā)布鈉離子電池后，針對業(yè)內(nèi)關(guān)于“鈉離子電池是否會取代鋰離子電池”的疑問，中泰證券表示，鈉離子電池不改鋰中長期高景氣。中泰證券認為，鋰離子電池仍是新能源電池主流技術(shù)路線。
國泰君安證券表示，我國鋰資源70％都需要進口，鈉離子電池是對鋰離子電池的支撐和保障。發(fā)展鈉離子電池的主要場景是基站、電動自行車等對能量密度需求不高的領(lǐng)域，未來有望具備成本低、安全性好等優(yōu)勢，是三元高鎳技術(shù)路線的很好補充。
華金證券認為，鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，產(chǎn)業(yè)化之后有望實現(xiàn)對部分低能量密度的動力鋰電池市場和儲能市場實現(xiàn)替代。
東北證券則認為，鈉離子電池與新能源車電池需求匹配度低，暫無替代鋰電池成為動力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性。
華安證券也表示，鈉離子電池的低能量密度及循環(huán)性能對應(yīng)更多的輔材消耗以及更高的度電成本。除去規(guī)?；蛩刂?，鈉離子電池的降本之路仍然面臨重重阻礙。
另，平安證券稱，鑒于鈉離子電池本身能量密度較低且提升空間有限的情況，因此其在行業(yè)內(nèi)更多地扮演新能源細分領(lǐng)域替代者的角色，有望率先在對能量密度要求不高、成本敏感性較強的儲能、低速交通工具以及部分低續(xù)航乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用，對中高端乘用車市場影響十分有限。
SMM獨家評論
考慮到鈉離子的種種特點，SMM認為，當(dāng)前，鈉離子電池雖然還仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，但就目前寧德時代公布的信息來看，鈉離子電池優(yōu)點較為突出，即便其在能量密度方面依舊與鋰離子電池有一定的差距，暫時無法應(yīng)用于對能量密度要求較高的新能源汽車領(lǐng)域，但不可否認的是，其具有的成本優(yōu)勢，快充性能，低溫性能等使其可以與鋰離子電池實現(xiàn)差異化定位，在兩輪車，儲能，換電，及部分高緯度場景有望實現(xiàn)對鋰離子電池的部分替代。
鈉離子電池究竟是何方神圣？
與鋰離子電池有何不同？
鈉離子電池與鋰離子電池類似，是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作。
相比于鋰離子，鈉離子在關(guān)鍵的電化學(xué)性能能量密度方面表現(xiàn)偏弱。據(jù)公開資料顯示，鈉離子電池的工作電壓為2．8－3．5V，在現(xiàn)有材料體系下的能量密度僅為100－150WH／KG，這一數(shù)據(jù)雖然高于鉛酸 電池的2V與40－50WH／KG，但遠低于目前的鋰離子電池的工作電壓3．0－4．5V以及150－250WH／KG的能量密度。
而需要注意的是，目前大火的新能源汽車動力電池，更傾向于追求高能量密度和高續(xù)航里程的電池，因此從電化學(xué)性能能量密度這一方面來看，鈉離子電池因其能量密度低的特性，很難取代鋰離子電池成為主流路線。
此外，鈉離子的半徑也遠高于鋰離子，這同樣會成為限制鈉電池發(fā)展的重要因素。主要從三方面來看：
一是與負極材料的嵌合度。眾所周知，電池的充放電過程本質(zhì)上便是離子的脫嵌在入嵌的過程，而這也要求電池的正負極中都需要有儲存離子的材料。在鋰離子電池中，負極處大多用的都是石墨負極，而由于其本身的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其石墨層可以很好地與鋰離子嵌合。
但是鈉離子的半徑卻遠高于鋰離子，這也意味著，鈉離子不可能完全嵌入石墨結(jié)構(gòu)，而若是采用可嵌入的硬碳或其他負極材料，也會極大影響電池整體的能量密度。這對于追求高能量密度電池的新能源動力電池而言并不友好。
二是拉低電池整體的充放電性能。因為鈉離子半徑比之鋰離子更大的特點，導(dǎo)致其在電池結(jié)構(gòu)中遷移速度慢，移動速率低，這也意味著在同一規(guī)格下，鈉電池的充放電循環(huán)相對鋰離子電池而言需要更長的時間周期，拉低電池整體的充放電性能。
最后一點是影響電池循環(huán)壽命。因為鈉離子的半徑較大，其在充放電嵌出嵌入過程中相對鋰離子而言更容易導(dǎo)致電極材料體積膨脹，部分鈉離子在嵌入的過程中無法順利嵌入，導(dǎo)致不可逆的電池容量損失，電池衰減速率上升，影響電池本身的循環(huán)壽命。
不過即便鈉離子電池相對于鋰離子電池有上述諸多不敵之處，但鈉離子電池的隆重問世，就足以證明其有存在的意義。在SMM看來，鈉離子電池最大的優(yōu)勢還是在于成本。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，疊加近年來3C，小動力等領(lǐng)域需求也有所放量，鋰電池行業(yè)整體對上游資源的需求量也與日俱增，在一定程度上形成資源擠兌局面，碳酸鋰，硫酸鈷等多種原材料價格大幅上行。據(jù)SMM歷史價格顯示，僅是碳酸鋰價格，便已經(jīng)從2020年年底的51500元／噸漲至如今的89000元／噸，漲幅高達72．8％。而硫酸鈷的價格，也從年底的57500元／噸，漲至如今的81000元／噸。由此不難看出，上游原料端本身資源存儲量有限的情況，是助推價格上漲的主導(dǎo)因素。
而據(jù)了解，鋰離子的地殼豐度僅為0．0065％，且其中可經(jīng)濟開采的資源量有限，高低品質(zhì)差異較大，同時還存在嚴(yán)重的分布不均的特點，其中優(yōu)質(zhì)資源多集中的南美、澳洲等地，這也使得我國作為全球主要的鋰資源消耗國，但卻高度依賴進口原料供應(yīng)。
但與之相對的，鈉離子在地殼豐度達到了2．75％，遠高鋰離子的0．0065％，且全球分布相對廣泛，這也使得鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模之后恐在原料成本方面相對鋰而言更具有優(yōu)勢。
寧德時代鈉離子電池有何“過人之處”？
據(jù)寧德時代發(fā)布會公布的電池性能信息來看，這款電池可謂亮點頗多：
1． 能量密度方面，據(jù)寧德時代數(shù)據(jù)顯示，其第一代鈉離子電芯的單體能量密度將達到驚人的160Wh／kg，為全球最高水平，相對于當(dāng)前鈉離子電池行業(yè)普遍能量密度的120－130wh／kg提升了約30％。
2． 優(yōu)異的快充性能，該電池在常溫下快充15分鐘能夠充至電量的80％，同時低溫性能優(yōu)異，在零下20度的低溫環(huán)境下，同時熱穩(wěn)定性優(yōu)異，容量保持率在90％以上。
3． 該電池的系統(tǒng)集成效率可達80％以上，同時可以與鋰離子的電池混合通用，將兩種不同的電池混搭，串聯(lián)，并通過BMS實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。
4． 制造工藝：當(dāng)前鈉離子的制造工藝鋰離子電池類似，其設(shè)備可通用。同時，這一數(shù)據(jù)已經(jīng)接近當(dāng)前磷酸鐵鋰的能量密度水平，遠超鉛酸電池的50wh／kg。
鈉離子在未來可能會應(yīng)用于哪些場景？
首先是兩輪車電池端，雖然寧德時代發(fā)布的鈉離子電池遠超行業(yè)平均水平，但是距離磷酸鐵鋰與三元鋰電池仍有一定的差距，在其能量密度獲得突破性進展之前，在汽車端較難進行大規(guī)模應(yīng)用。不過對于主要定位于進行中短距離移動，且終端客戶對價格極為敏感的兩輪車電池而言，鈉離子電池或許是一個不錯的選擇。
二是在高緯度地區(qū)的應(yīng)用。這點要涉及到鋰離子電池在低溫環(huán)境下性能降低的特點，據(jù)悉，鋰離子電池由于其自身特性原因，在寒冷的場景下極易發(fā)生活性降低，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率變慢，容量保持率大幅降低的情況，因此，在高緯度地區(qū)，鋰離子電池的應(yīng)用受到極大限制。但反觀鈉離子，有數(shù)據(jù)顯示，鈉離子電池在－20℃的環(huán)境下仍有90％的放電容量保持率，在－38℃仍可以正常使用，同時無需進行特殊優(yōu)化，成本也將得到有效的控制，該特性在一定程度上拓寬了電池的使用場景，填補該領(lǐng)域的空白。
三是儲能領(lǐng)域。相比于此前儲能領(lǐng)域如5G基站多采用鉛酸電池的情況，兼具能量密度高，循環(huán)壽命長，安全性能高，成本較低等優(yōu)點的鈉離子電池，在全生命周期成本的角度優(yōu)于鉛酸電池，有望成為儲能領(lǐng)域鉛酸電池的優(yōu)質(zhì)替代品。而其具有的優(yōu)秀低溫性能與混搭特性可讓廠商依據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟拳h(huán)境，發(fā)電量用電量，使用場景等進行靈活的選擇。
四是換電領(lǐng)域，在當(dāng)前國家大力發(fā)展換電模式，各大車企也多有向該方向布局的情況下，鈉離子具有的低成本的特性在一定程度上可以降低換電站的建設(shè)成本，在總投資不變的情況下提高換電站平均電池儲備量，同時其相對鋰離子電池更為優(yōu)秀的快充性能縮短充電所耗時間，提高電池的周轉(zhuǎn)率與換電站的日服務(wù)能力，便于廠商縮短投資回收期，加快換電服務(wù)進程。而這一點對于兩輪車換電領(lǐng)域也是同樣適用。
鈉離子電池是否會取代鋰離子電池的地位？
機構(gòu)評論：
在寧德時代首次宣布將發(fā)布鈉離子電池后，針對業(yè)內(nèi)關(guān)于“鈉離子電池是否會取代鋰離子電池”的疑問，中泰證券表示，鈉離子電池不改鋰中長期高景氣。中泰證券認為，鋰離子電池仍是新能源電池主流技術(shù)路線。
國泰君安證券表示，我國鋰資源70％都需要進口，鈉離子電池是對鋰離子電池的支撐和保障。發(fā)展鈉離子電池的主要場景是基站、電動自行車等對能量密度需求不高的領(lǐng)域，未來有望具備成本低、安全性好等優(yōu)勢，是三元高鎳技術(shù)路線的很好補充。
華金證券認為，鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，產(chǎn)業(yè)化之后有望實現(xiàn)對部分低能量密度的動力鋰電池市場和儲能市場實現(xiàn)替代。
東北證券則認為，鈉離子電池與新能源車電池需求匹配度低，暫無替代鋰電池成為動力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性。
華安證券也表示，鈉離子電池的低能量密度及循環(huán)性能對應(yīng)更多的輔材消耗以及更高的度電成本。除去規(guī)?；蛩刂?，鈉離子電池的降本之路仍然面臨重重阻礙。
另，平安證券稱，鑒于鈉離子電池本身能量密度較低且提升空間有限的情況，因此其在行業(yè)內(nèi)更多地扮演新能源細分領(lǐng)域替代者的角色，有望率先在對能量密度要求不高、成本敏感性較強的儲能、低速交通工具以及部分低續(xù)航乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用，對中高端乘用車市場影響十分有限。
SMM獨家評論
考慮到鈉離子的種種特點，SMM認為，當(dāng)前，鈉離子電池雖然還仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，但就目前寧德時代公布的信息來看，鈉離子電池優(yōu)點較為突出，即便其在能量密度方面依舊與鋰離子電池有一定的差距，暫時無法應(yīng)用于對能量密度要求較高的新能源汽車領(lǐng)域，但不可否認的是，其具有的成本優(yōu)勢，快充性能，低溫性能等使其可以與鋰離子電池實現(xiàn)差異化定位，在兩輪車，儲能，換電，及部分高緯度場景有望實現(xiàn)對鋰離子電池的部分替代。
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