鈉離子電池電化學性能穩定,安全性更佳。鈉與鋰同為第一主族元素,特點是一 價正離子穩定性較好,溶液電導率較高。對比而言,鈉元素原子序數更高,原子 和離子半徑更大,電負性與第一電離能更低,這使得鈉離子穩定性更好,離子電 導率更高。鈉離子的穩定性和高電導率還為鈉離子電池帶來了更好的快充、低溫 運行性能。鈉離子的摩爾離子電導率更高,使得充電效率更高;同時鈉離子更高 的穩定性使得鈉離子電池可以以更大功率進行充電,而不易導致電池損壞或安全 事故;另外,鈉離子電池在運行時內電阻稍高,若遭遇短路,發熱量更小,溫升 更低,減少了事故發生率。鈉離子的穩定性還使得鈉更難以在低溫下析出,使其 具備優于鋰離子電池的低溫安全性;據寧德時代鈉離子電池發布會披露,在零下 二十度的高寒環境下,鈉離子電池的放電保持率可以接近 90%,而據鉅大鋰電 描述,鋰離子電池在零下二十度往往只能獲得 70%~75%的放電。在高寒地區或 冬季使用鈉離子電池可以保證電動車的速度、續航里程,也可以加強儲能電 站對氣溫干擾的抵抗能力,提高其運行的穩定性。
鈉電池在 A00 級及兩輪車領域亦有看點
電動兩輪車領域性能成本不輸鉛酸電池。傳統電動兩輪車市場主流電池為鉛蓄 電池,近年來由于鋰電池成本的下降,其滲透率正逐年上升。據艾瑞咨詢統計, 兩輪車用鋰電滲透率已連續 5 年每年至少提高 2 個百分點,2021 年滲透率為23.4%。參考 EVTank 相關預測,在鋰電滲透率持續增長的情況下,用于電動兩 輪車的鋰電規模將穩步上升;基于上文相關假設,我們預測 2025 年兩輪車用鋰 電總需求量將超 27GWh,其市場規模將接近 200 億元。鈉離子電池的出現使得 鉛蓄電池的成本和鋰離子電池的性能得以兼顧,未來有望成為電動兩輪車市場主 流產品,催生百億規模的鈉離子電池市場。
A00 級純電乘用車銷量飆升,鈉離子電池有望加速滲透這一重性價比領域。2018 年以來,新能源車基本占領了 A00 級乘用車市場,且 A00 級乘用車占新能源車 出貨量的比例越來越高。WIND 數據顯示,2021 年隨著新能源乘用車銷量強勢 上漲,A00 級純電乘用車銷量也同步上漲,且其占純電汽車銷量的比例由 2019 年的 27%,2020 年的 33%再次上升,達到 36%,充分說明了 A00 級乘用車產 品在新能源汽車市場中的重要地位。由于 A00 級乘用車對動力要求較低,鈉離 子電池完全可以滿足,未來 A00 級純電汽車中使用低成本鈉離子電池的比例將 不斷上升。2021 年 A00 級新能源車市場規模約 300-400 億元,其中 A00 純電 市場近 100 億元,鈉離子電池大有可為。(報告來源:未來智庫)
鈉電產業化提速,鈉離子電池產品接連發布。目前我們統計到至少 9 家公司已經 研發出可用的鈉離子電池產品,其中以中科海鈉、寧德時代的技術為領先。據 超凡網統計,截止 2021 年 11 月已生效的鈉離子電池,中科院物理所擁 有 67 個,中科海鈉 18 個,寧德時代 32 個。按類型來看,重要的正極材料部 分專利數量最多為 79 個,其中中科院物理所與中科海鈉偏重過渡金屬氧化物, 共申請相關專利 25 個;寧德時代目前傾向于普魯士藍類似物路線,相關專利共 16 個,另有其他正極相關專利 9 個。
依托中科院物理所技術的中科海鈉公司于 2017 年推出首款鈉離子電池,該電池 以成本優勢見長。一方面,通過銅基正極的研發,盡可能避免了過渡元素化合物 的使用,進一步降低了正極成本;另一方面,使用無煙煤裂解生產軟碳負極,解 決了鈉離子電池負極成本比例偏高的問題;同時,將負極集流體替換為鋁箔,減 少了使用銅箔帶來的成本。
寧德時代于 2021 年 7 月公布的第一代鈉離子電池則使用了已知理論能量密度的錳基普魯士白材料,實現了有效能量密度。寧德時代認為層狀氧化 物和普魯士白兩種正極材料商業前景,正同步推進兩條技術路徑。其中以普 魯士白為正極的第一代鈉離子電池除比肩磷酸鐵鋰電池的質量能量密度外,還包 括以下優勢性能。第一,電池具有優秀的低溫放電保持率,即在-20℃的低溫下 仍可保持 90%以上的放電率;第二,良好的快充性能,常溫下 15 分鐘可充電 80%;第三,較高的系統集成效率,系統集成率達 80%;第四,與鋰電池的兼容 性,其提出的 AB 電池方案可以綜合鈉鋰電池的優勢,在低溫等場景下提高鈉離 子電芯的使用強度,在其余場景下提高鋰離子電芯的使用強度,降低電池成本的 同時不影響電池整體性能。
上市公司積極布局鈉離子電池,覆蓋正極負極等多個生產環節。目前已有多家上 市公司存在鈉離子電池產業鏈相關布局,包括電芯電池、正極材料、負極材料、 電解液、隔膜、補鈉技術、電池生產設備等各個環節。電芯方面,三峽能源與中 科海鈉合作已建成全球首條 1GWh 級規?;a線;正極材料方面,振華新材 已具備層狀氧化物材料千噸級生產能力;容百科技也已具備噸級生產能力,正與 下游客戶繼續合作開發。負極材料方面,杉杉股份的硬碳石墨復合材料已進入中 試階段。