碳酸锂吨价逼近60万元,钠离子电池风起,想要“代锂”还有几道坎?

来源 | 每日经济新闻 作者 | 朱成祥 黄鑫磊 编辑 | 梁枭   

2022年11月17日 08:51  

本文5482字,约8分钟

新能源汽车销售火热,让动力电池必备原料“锂”紧俏起来。碳酸锂价格逼近60万元/吨大关,富含锂矿的南美三国也欲争夺锂资源定价权,阿根廷、智利、玻利维亚推动建立“锂三角欧佩克”。

新能源时代,汽车往往不受制于油,而受制于锂。如何摆脱锂资源稀缺的约束呢?宁德时代(SZ300750,股价384.07元,市值9379.6亿元)等中下游厂商试图找到解决办法。他们把目光投向了“尘封已久”的钠离子电池。

11月9日,宁德时代董事长助理孟祥峰表示,通过钠离子电池产业化解决部分锂资源供应紧张和锂价暴增问题。

钠离子电池产业化真的来了吗?在法恩莱特创始人、中国发明创业奖人物奖获得者邵俊华看来,钠离子电池仍需要解决高温循环产气、低温循环充电以及高压循环寿命三大难题。他认为,目前正极材料技术路线尚未确定,不适合大规模量产,预计至2024年甚至再晚一些方能产业化。

被高价锂逼出来的钠

自2022年3月突破50万元/吨之后,碳酸锂价格一度震荡下行。据Wind数据,在50万元下方徘徊了半年后,碳酸锂价格再度攀升,9月底又一次突破50万元/吨,11月初涨至超55万元/吨。11月10日,碳酸锂价格报57万元/吨,逼近60万元/吨大关。而在2020年12月,碳酸锂价格尚不足5万元/吨。

一年光景,碳酸锂价格涨近十倍,中下游厂商苦不堪言。但是锂资源又恰恰是锂电池体系中不可替代的。那为何不更改材料体系,将锂改为化学性质较为相似的钠元素?钠离子电池与锂离子电池几乎同时起步,不过,锂电池在20世纪90年代成功商业化,钠离子电池却一直发展缓慢。直到2020年,才开始应用于储能领域,走向产业化。

在如今锂价高企的背景下,广泛分布且低成本的钠再度受到重视。

“从整体上讲,(钠离子电池)成本具有优势;安全性上,也具有优势。尤其是在缓解锂资源的压力方面,比如钠元素储备比较丰富。此外,钠离子电池对锂电池设备的兼容性强。在电解液、隔膜研发这块,也可以借鉴锂电池相关成熟的技术。”10月28日,邵俊华对《每日经济新闻》记者表示。

图片来源:头豹研究院2021年中国钠离子电池行业研究短报告

隆众资讯分析师王娟11月4日告诉记者:“钠元素在地球上分布非常广,而我国目前使用的锂资源大部分是进口的。国内锂矿主要集中在西南地区,且矿的品位不是很高。”

头豹研究院向记者提供的发布于2021年8月的报告显示,钠资源的地壳丰度达2.75%,在地壳中的丰度位居第6位,且钠资源分布于全球各地。而锂离子的地壳丰度为0.0065%,且资源分布不均,75%的锂资源分布在南美洲地区。

根据上述报告,锂电池正极材料磷酸铁锂的报价为17万元/吨左右。相比起来,钠电池的价格更显“亲民”。其中,正极材料如铜铁锰层状氧化物价格约为2.9万元/吨、镍铁锰层状氧化物约为4.2万元/吨、普鲁士白类为2.6万元/吨。

据传艺科技(SZ002866,股价40.29元,市值116.65亿元)此前披露,钠电池的电池材料量产成本要比磷酸铁锂电池便宜约30%~40%,随着工业化进一步完成,成本应该会更低。如今,碳酸锂价格已经逼近60万元/吨大关,价格差距更加明显。

资本市场竞逐:钠电概念受追捧

在A股市场,钠离子电池概念股也广受追捧,代表公司之一便是传艺科技。6月22日晚间,传艺科技披露设立孙公司江苏传艺钠电科技有限公司(以下简称传艺钠电),宣布布局钠电池业务,6月23日旋即涨停。自6月20日至11月16日,传艺科技区间涨幅高达289.28%。

11月15日,钠离子概念再度火热,美联新材(SZ300586,股价20.70元,市值108.57亿元)、七彩化学(SZ300758,股价12.48元,市值51.20亿元)分别上涨20%和14.39%。这两家上市公司曾于9月签署战略合作协议,欲联合生产18万吨电池级普鲁士蓝(白)产业化项目。而普鲁士蓝(白),正是钠离子电池正极材料三大技术路线之一。

就连锂电龙头宁德时代也在积极布局钠离子电池。头豹研究院认为,2017年以来,宁德时代净利润逐年增加,但毛利率却持续下降,从2017年约44%降至2020年约28%。2021年,毛利率进一步降至26.28%,2022年一季度更是一度降至14.48%,主要原因就在于上游原材料价格持续上涨。

降低对锂的依赖,或许也是宁德时代的必然选择。随着技术持续进步,发展钠离子电池可降低被上游锂资源卡脖子的风险,并可作为一种有效的技术储备。

宁德时代也在行动。2021年7月29日,宁德时代发布了第一代钠离子电池。该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。

2022年1月,宁德时代公告称,根据英国兰卡斯特大学、剑桥大学等多个机构的科学家联合撰写的论文《2021年钠离子电池的路线图》,以及根据部分钠离子电池生产商的公开信息,世界领先的钠离子电池已经做到了100Wh/kg~160Wh/kg的能量密度(如Faradion公司2021年的钠离子电池的能量密度达到了150Wh/kg)。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。要知道,磷酸铁锂电芯单体能量密度最高也只在210Wh/kg附近。

由此,宁德时代擘画的钠离子电池蓝图也不断吸引新的入局者。

10月24日,传艺科技称,称因下游需求旺盛,传艺钠电钠离子电池项目原计划一期2GWh产能建设、二期8GWh产能建设,现公司将项目二期部分产能建设前移,调整为一期4.5GWh产能建设,二期产能建设情况视一期项目进展情况制定后续扩产计划。

10月27日早间,传艺科技发布公告称,公司钠离子电池中试线设备安装调试完成并投产,生产的钠离子电池产品相关技术参数为:单体能量密度150Wh/kg~160Wh/kg,循环次数不低于4000次。

《每日经济新闻》记者了解到,传艺钠电15万吨电解液项目一期已于10月23日开工建设,预计12月底建设完成,项目全部建成达产后,可满足百GWh钠离子或者锂离子电池需求,产值可达到百亿元。

10月21日,宁德时代投资者关系记录也显示,公司钠离子电池产业化进展顺利,供应链布局上需要一些时间,已与部分乘用车客户协商,明年将会正式量产。

三种技术路线之争

在锂离子电池正极领域,磷酸铁锂曾与三元锂“纠缠”多年。

而在钠离子电池领域,对正极材料的选择也存在多种路线之争。其中代表便是层状氧化物、普鲁士蓝(白)和聚阴离子。据了解,层状氧化物主打能量密度;普鲁士蓝(白)主打低成本;聚阴离子主打循环寿命。

目前,宁德时代第一代钠离子电池采取普鲁士白材料;北京中科海钠科技有限责任公司(以下简称中科海钠)采取层状氧化物路线;传艺科技则兼有层状氧化物和聚阴离子。

鑫椤资讯分析师张金惠认为:“三条路径同步进行,谁会胜出还不一定。”

这是因为三大路线都存在优缺点。张金惠说,层状氧化物由于能量密度较高,循环性能优异、倍率性能好,综合性能优异为目前钠离子电池主流方向。然而也有空气中稳定性差、浆料容易果冻、克容量发挥不稳定等缺点。

不过,传艺科技相关工作人员在回应《每日经济新闻》记者提问时表示,层状氧化物有各种技术路线,对相关问题也有不同的解决办法,他本人没有听公司技术人员说过钠电池正极材料出现层状氧化物高温产气的问题。

“普鲁士白最大问题在于结晶水,普鲁士蓝(白)还有毒,回收要倒贴钱。”张金惠表示,普鲁士蓝正极在热失控情况下会释放出氢氰酸、氰气等剧毒气体,该材料的制备涉及剧毒的氰化钠,生产供应需要具备特殊资质。

据传艺科技相关工作人员介绍,聚阴离子的稳定性高、制造难度要比层状氧化物简单,但能量密度也低了很多,主要用于大型储能。张金惠也表示,采取聚阴离子路线的厂商不多。

上述工作人员还表示,传艺钠电采用的是正极为层状氧化物和聚阴离子、负极为硬碳的技术路线。“业内对钠电池的技术路线已经达成共识,行业并没有排斥其他技术路线,只是其他技术路线的一些问题在短时间内都无法解决。”该工作人员认为。

邵俊华则总结称:“第一,需要改善高温循环产气;第二,需要改善高温循环充电;第三,需要改善高压循环寿命。就电解液厂商而言,要从新型添加剂出发,把方向摸透了,才能让钠离子电池产业化。”

综上所述,钠离子电池很多技术尚在摸索之中。从目前的专利储备看,中国宁德时代、英国Faradion走在行业前列。

智慧芽数据显示,宁德时代及其关联公司目前在钠离子电池领域的专利申请共110余件,其中授权发明专利40余件,主要布局于正极活性物质、普鲁士蓝、正极集流体等相关领域。

中科海钠及其关联公司目前在钠离子电池领域的专利申请共30余件,其中授权发明专利7件,主要布局于正极材料、负极材料、电池组零部件等相关领域;传艺科技相关工作人员介绍称,公司目前在钠离子电池领域的在申报专利有60件~70件。

国外厂商方面,英国Faradion及其关联公司目前在钠离子电池领域的专利申请共110余件,其中授权发明专利40余件,主要布局于电池电极、电解质、碱金属等相关领域;美国Natron Energy及其关联公司目前在钠离子电池领域的专利申请共10余件,其中授权发明专利6件,主要布局于电池电极、过渡金属、金属氰化物等相关领域。此外,日本岸田化学目前共有17件专利申请,该公司暂无与钠离子电池直接相关的专利。

因此,智慧芽认为,钠离子电池作为前沿研发领域,目前各家厂商正在积极布局,专利储备体量仍在持续增长中。相较而言,宁德时代与英国Faradion两家企业在钠离子电池领域的储备较为丰富,均已超过百件。

“PPT电池”?钠电量产仍有多个问题待解

钠离子电池时代,真的来了吗?

11月10日,《每日经济新闻》记者实地走访了位于江苏高邮的传艺科技及旗下公司传艺钠电。现场标牌显示,传艺钠电项目占地约140亩,计划投资10亿元,规划建设15万吨钠(锂)离子电池电解液。

记者在现场看到,一期项目的厂房已经建成,二期项目工地上正在打地基,工人在搭建脚手架。施工方相关负责人告诉记者,一期项目的设备已经陆续进场,预计2023年1月份就可以投产。

对于当前钠离子电池项目建设进展,11月10日,传艺科技工作人员介绍称,公司的钠电池项目和电解液项目总占地400余亩,总建筑面积12万平方米,其中200MWh中试线已于10月27日投产,中试线使用厂房面积6000余平方米,总投资约5000万元,购置设备100余台套。

“在中试线投产前,正负极材料已经在生产中,而电解液在初期则是通过外购方式获得,后期将自主供应,目前一期在建电解液项目产能与正负极材料项目产能是匹配的。”该工作人员表示,一期项目的厂房已经建得差不多了,二期在建,一期项目将于2023年初投产,后续有个产能爬坡的过程,大概要两到三个月。

该工作人员还表示,公司是在做钠电池整条产业链,一期项目的正极材料主要生产层状氧化物,且电解液的配方成熟,已处于行业领先位置。

与传艺科技“红红火火”推进项目不同,多位业内专家在接受记者采访时表示,钠离子电池的量产可能并不容易。

“钠电池和锂电池虽是同一时代的产物,但是差距很大。当前各家都还是实验室阶段,市场上还很少,更多的是(停留在)‘PPT’”,张金惠认为,“钠离子电池暂时难以用到动力电池领域,储能方面与磷酸铁锂还有很大差距。成本方面,确实少了40%。但循环次数少一大半,废品回收上没有价值,又要付出成本,储能上打不赢磷酸铁锂。”

关于钠离子电池技术难点,邵俊华直言:“正极材料还没有大规模投产;正极材料的循环稳定性还有待提高。锂离子电池发展多年,比如磷酸铁锂循环寿命能达到1万次,这是没法比的。此外,负极目前只能选择硬碳,它对整个电池首次充换电库伦效率较低,且价格也偏高。”

上述是正极材料方面的问题。另外,在电解液方面,邵俊华表示:“目前电解液也处于摸索阶段,市场上用得多的是六氟磷酸钠。”电芯方面,邵俊华认为单体能量密度偏低,只有100Wh/kg出头。

电芯最关键的指标是能量密度。隆众资讯分析师王娟认为:“钠离子直径比锂离子要大,钠离子电池在体积上来说能量密度肯定比不上锂离子电池。在导电性上,钠离子的嵌入、脱嵌难度比锂离子要大,因此钠离子想流动起来更难。这个应该可以通过技术路线的选择得到改善,关键难的还是能量密度。”

“在实验室,(钠离子电池)循环次数确实可以达到磷酸铁锂的水平,但这只是实验室的数据,与规模化工业生产的结果存在一定差别。”王娟认为,“(钠离子电池)2023年量产是可能的,应用在动力电池有点困难,用在储能上还是可以的。”

此外,王娟也表示:“理论上钠离子电池较锂离子电池成本低很多。但目前锂离子电池已经实现量产,而钠离子电池产业链并没有搭建起来。从产业链角度,钠离子电池较锂离子电池目前并不具备成本优势。”

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