钠离子电池能否解决锂电的成本焦虑?

核心内容

1、上游锂价高企,下游面临成本焦虑。 

2、钠离子电池是当前阶段最接近产业化的电池技术路线。 

3、钠离子电池性能与储能系统标准的要求有更高的适配性。 

碳酸锂又涨价了。

经历了从本年3月到8月份的高位盘整,进入九月,碳酸锂价格再次空中加油重拾上升势头。继9月8日碳酸锂价格突破50万/吨关口之后,价格继续上行。据上海钢联9月29日发布的最新数据显示,电池级碳酸锂现货均价当天上涨0.25万元/吨至51.75万元/吨。市场最高价已经突破52万元/吨,这一价格已经突破本年3月上海钢联统计的电池级碳酸锂51.7万元/吨均价。本年以来,碳酸锂的价格累计涨幅已超过80%。

新能源汽车的热销以及大规模储能电站建设的需求鞭策所带来的供需错配问题使得锂价持续上涨。而上游锂精矿的涨价也对本轮碳酸锂价格的上涨形成了支撑,在澳大利亚锂矿商Pilbara在9月20日举行锂精矿拍卖活动中,拍卖成交价为6988美元/吨,较上一轮(8月2日)拍卖价上涨10%,在考虑汇率变换后,价格实际涨幅为14.3%,对应的碳酸锂含税成本约为51万元/吨。在这一背景下,短期来看,碳酸锂价格的“疯狂”或许仍将持续。

而碳酸锂价格的持续上涨无疑会给下游电池厂商、车企带来更大的成本压力。从产业链中企业的中报数据来看,整个产业链中上游锂矿企业业绩超强,龙头企业锂矿业务额的净利率在70%摆布,中游电池企业的平均利润率仅在8%摆布,而整车企业的平均利润率在5%摆布,有不少车企在亏损的边缘线上挣扎。以宁德时代(300750.SZ)为例,本年一季度,因为没有及时涨价形成价格联动,宁德时代毛利率骤降至14.48%,一度创下有记录来的最低值。

锂价的上涨,无疑最先会刺激到动力电池企业的敏感神经,会导致动力电池生产成本进一步抬高,进而使得下游整车厂商盈利承压。而整车厂如果直接将消费者作为成本转移对象,无疑会降低民众的消费意愿,进而形成更为严重的负反馈。

也正因如此,被市场认为具有“理论成本优势”的钠离子电池‘量产元年’将至的言论也引起二级市场投资者的密切关注。9月14日,据宁德时代回复投资者提问称,公司正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。这个消息在随后的几天里在整个新能源赛道整体低迷的情况下带动A股钠离子电池概念股持续火热。

锂电产业链下游企业的成本压力骤增,带动了市场对理论成本更低的钠离子电池的期待。不外,被市场热捧的钠离子电池能够缓解下游企业的成本焦虑吗?

为什么是钠电池?

从钠离子电池和锂离子电池的发展史上来说,钠电池并非第一次被当作电池材。由于Na与Li同属碱金属族元素,因此钠离子电池的研究与锂离子电池的研究基本上同时起步

20世纪70年代末期,研究人员开展对钠离子电池和锂离子电池的研究,但锂离子电池所表示出来的优异性能让科学家纷纷放弃了对钠离子电池的研究,锂离子电池也在过去50年获得了巨大的进步。特别是在1990年索尼实现了锂离子电池技术的商业化,使锂离子电池技术得到迅速发展,但同期关于钠离子电池的研究却相对停滞。直到2010年后,钠离子电池的研究才出现转折点,随后,钠离子电池在电极材、电解质材、表征分析、储钠机制探索和电芯技术等方面不竭取得突破。

事实上,钠离子电池作为动力电池多元化发展的一个分支,其和锂离子电池的理论基础、电池结构均十分接近。液态钠离子电池的结构构成中同样包罗正极、负极、集流器、电解液、隔膜。

由于钠离子和锂离子的特性差异,钠离子的正、负极材需要选用适用于钠离子迁移的材,这也是钠离子电池技术的核心。据国泰君安研报,在锂离子电池中正极材无法使用的铜、铁等元素,在钠离子电池中却有很好的表示。

目前,钠离子电池的正极材主要分为五种类型:氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类、氟化物类、有机化合物类,其中前三种类型的成熟度最高,已进入产业化初期。

在钠离子电池的负极材选择方面,由于钠离子半径比锂离子大很多,所以也使得在锂电池中广泛使用的石墨类材储钠性能较差,不外,一些无定形碳类负极因为其拥有相对较低的储钠电位,较高的储钠容量和良好的循环不变性等优点而成为最具应用前景的钠离子电池负极材。当前阶段钠离子电池负极材主要分为四类:碳负极材、转化型负极材、钛酸酯类负极材以及合金类负极材。其中碳基材的技术成熟度最高,资源丰富,有望率先实现产业化。

在电池的生产方面,与锂离子电池类似,钠离子电池的生产同样要经历制浆、涂覆、装配、注液、化成等工艺。其中,装配环节主要是将制完的正负极片通过隔膜夹层组合在一起,建立电池内部的钠离子通路,并隔绝正负极以防内短路。装配工艺沿用锂离子电池技术,分为卷绕和叠片工艺,前者又分为圆柱卷绕和方形卷绕。此外,钠离子电池产品的结构设计和封装工艺也基本沿袭了锂离子电池,外观大致也分为圆柱、软包和方形硬壳三大类。此外,钠离子电池电解液和隔膜也基本沿用锂离子电池体系。

也就是说,实际上钠离子电池的生产能够直接使用现有的锂离子电池生产线,无需重建新的生产线。从某种程度而言,钠离子电池是当前阶段最接近批量化的电池路线。

别的,从成本端来看,理论上钠离子电池在材方面拥有显著的成本优势。如成本占比最大的正极材,由于碳酸钠价格远低于碳酸锂,并且钠离子电池正极材通常使用铜、铁等大宗金属材,因此正极材成本低于锂电池。据安然证券,使用NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的正极材成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池正极材成本的40%,电池总的材成本较后者降低30%-40%。

同时,钠离子电池集流器(集流体是正负极活性材附着的基底构件,约占电池重量的10-13%,用以汇集电极材产生的电流,并对外释放传导)正、负极均可以用铝箔,而锂离子电池负极需要用铜箔(因为钠离子在负极不会和铝离子发生化学反应),这也减少了钠离子电池集流器的成本。

按照中科院胡勇胜《钠离子电池储能技术及经济性分析》数据,钠电池量产后的度电成本约为0.3元,别离较铅蓄电池、磷酸铁锂电池以及三元锂电池低52.2%、32.4%、54.3%。从成本这一角度来看,如果锂电池上游材价格短时间难以下降的情况下,钠离子电池的快速落地或许也是能够在必然程度上解决电池厂商成本焦虑。

此外,从资源分布的角度看,钠资源在地球上的资源量是锂的400多倍,且钠资源在全球的分布较为均匀,而锂资源超过80%集中分布在美洲和澳洲地区。因此钠资源的价格远远低于锂资源,仅为后者价格的1.33%,这意味着,钠资源比拟更容易市场化。中金公司研报指出,“发展钠离子电池,不仅有助于缓解中国锂资源80%依赖进口的窘境,维护供应链安全,同时也将延缓锂离子电池原材上涨带来的价格提升,从而降低成本压力”。

指标各有优势,是互补而非替代

回归电池本身,电池安全性和能量密度一直是表现电池整体性能最核心的指标,也是各个电池厂商竞争力所在。钠离子电池也不例外,对比来看,在能量密度方面,钠离子电池的电芯能量密度为100-160Wh/kg。而比拟于锂离子电池,钠离子电池在能量密度上面仍有较大差距,当前,锂电池中磷酸铁锂电池能量密度为120-200Wh/kg,三元锂电池的电芯单体能量密度更是能达到200-350Wh/kg。并且,在循环寿命方面,钠电池能够达到1000-3000次摆布,锂离子电池循环寿命则在3000次以上。

在电池安全方面,由于钠离子电池的内阻比锂电池高,所以其在短路的情况下瞬时发热量少,温升较低,热失控温度高于锂电池,具备更高的安全性。另一方面,锂电池在低温下充电会析锂,而钠电池却不会发生析出,故钠离子电池拥有更宽的工作温度范围。钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作,-20℃的环境下容量保持率接近90%,凹凸温性能优于锂离子电池。

此外,在快充能力方面,钠离子电池80%电量的充电时间约为15分钟摆布,目前量产的主流电池中,三元锂电池在直流快充的加持下,将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间,磷酸铁锂则需要45分钟摆布。

显然,对于新能源汽车等对于能量密度和续航里程要求较高的领域来说,能量密度较低的缺陷是钠离子电池成为动力电池的主要短板所在。能量密度限制也决定了钠离子电池和锂离子电池之间难以形成严格意义上的颠覆性替代。不外,钠离子电池技术在通信基站、低速电动车、电动自行车、电力储能、太阳能路灯等对能量密度需求相对不高的领域,或将会是锂电池技术路线很好的补充。

特别是在储能领域,钠离子电池性能与储能系统标准的要求有更高的适配性

通常,大型储能系统对用于储能的电池能量密度要求不高,对安全性及经济性要求更高,因此,储能系统或将成为钠电池落地应用的重要场景。并且钠离子电池的成本优势使其在储能应用场景中具有更强的经济性。此外,由于钠离子电池本身具有的宽温区特性,使得以钠离子电池为基础构建的储能系统能够适应不同纬度地区的气候条件,有效提高分布式电源渗透率,提升配电网运行的不变性和经济性。

就储能市场而言,政策支持叠加需求爆发,正在快速带动下游对储能用电池的需求量。GGII数据显示,2022年上半年新型储能新增装机量12.7GW,是2021年全年(3.4GW)的3.7倍;储能锂电池出货量44.5GWh,整体规模已超过2021年全年水平,而锂离子电池占据新型储能市场份额已经超过90%。

但是对于电池厂商而言,锂离子电池的高成本同样给其储能业务带来较为严重的负面影响。以宁德时代为例,2021年上半年,宁德时代储能业务毛利率为36.6%,而到了2022年,公司储能业务板块毛利率骤降至6.43%,同比下滑近30个百分点。如果以经济性较高的钠离子电池实现对锂离子电池在储能领域的替代应用,其毛利状况或许能够得到很好的边际修复。中信证券研报预计,到2025年钠电池在储能、电动两轮车以及低速电动车三大应用领域潜在总需求达190GWh。

多方争相布局,但成本优势尚待实现

据不完全统计,当前已有超过60家锂电产业链企业布局钠离子电池正负极材、电解液等领域,持续鞭策者钠离子电池的产业化加速。

去年7月,宁德时代就发布了其第一代钠离子电池,据其在发布会中介绍,在电池的关键性能指标上,电池电芯单体能量密度达到160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20℃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。同时,宁德时代表示,第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突破200Wh/kg。

按照公告信息统计,除宁德时代计划2023年实现钠离子的产业化外,传艺科技也表示即将进行中试线投产,预计一期2GWh的钠离子电池项目将于2023年投建;华阳股份和中科海纳计划建立电池PACK厂,2023年扩产至10GWh钠离子电池正、负极材生产线;容百科技规划在2023年实现钠电池正极材每个月千吨级出货;振华新材钠离子电池正极材预计在2022年第四季度进入小批量试用阶段;多氟多的六氟磷酸钠已商业化量产,钠电池的量产仍在实验室阶段。

不外需要注意的是,市场对钠离子电池的期待,很大程度上取决于它在理论上的成本优势。但是,整体而言,当前由于产业链缺乏配套、缺乏规模效应,钠离子电池的实际生产成本在1元/wh以上,远高于锂离子电池。此外,钠离子电池的性能、成本控制及适配应用场景等有待进一步检验,距离真正产业化应用普及还有必然距离。并且,碳酸锂的高价影响放大了市场对钠离子电池的优势认知,如果未来锂价回落,钠电池的推广落地或仍需画上一个问号。

参考资:

1、储能科学与技术-钠离子电池储能技术及经济性分析,2022年6月

2、国泰君安-吐故“钠”新,分庭抗“锂”,2022年7月

3、安然证券-巨头入场摇旗钠喊,技术路线面临分化,2022年8月

本文由公众号元气本钱(ID: yuanqicapital)原创撰写,文中观点仅供参考,不构 成投资建议。 如需转载请联系元气酱↓↓↓ 

“元气本钱”(ID:yuanqicapital),作者:韩文峰,经。

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