鈉離子電池，東風(fēng)已至

作者|弗雷迪 來(lái)源|格隆匯APP(ID：hkguruclub)

數(shù)據(jù)支持 | 勾股大數(shù)據(jù)（www.gogudata.com）

“如果大家都在觀望一個(gè)領(lǐng)域，它可能是機(jī)會(huì)；如果大家都已經(jīng)開(kāi)始做了，可能就不是機(jī)會(huì)了”。

十二年前，師從中國(guó)“鋰電池之父”—陳立泉院士的胡勇勝歸國(guó)投身鈉離子電池的基礎(chǔ)研究，

當(dāng)時(shí)鋰電池?zé)o論是研究還是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展均已領(lǐng)先鈉離子電池接近一二十年的時(shí)間，鈉離子電池在應(yīng)用上相對(duì)鋰離子電池又存在性能劣勢(shì)，產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。

“全世界的電能都用鋰離子電池儲(chǔ)存，根本不夠，鈉離子電池是首選。”有了陳立泉院士的支持，胡勇勝埋頭沉潛。

彈指一揮間，從國(guó)內(nèi)首輛低速電動(dòng)車，第一座鈉電池儲(chǔ)能電站，鈉電池光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，再到全球首條鈉離子電池規(guī)?；慨a(chǎn)線，胡勇勝團(tuán)隊(duì)完成了從基礎(chǔ)研究，到產(chǎn)業(yè)化，再到工程化階段的的一系列摸索，期間誕生了中科海鈉。

前人鋪好了路，即將邁入2023年，能夠大規(guī)模量產(chǎn)鈉離子電池的企業(yè)已經(jīng)不止中科海鈉一家了，鈉電產(chǎn)業(yè)鏈也日臻完善，多種技術(shù)路線并舉。

01

“鈉鋰”相爭(zhēng)

縱觀人類商業(yè)進(jìn)化史，適應(yīng)度更強(qiáng)的技術(shù)組合，才有資格被選中參與到產(chǎn)品的革新中去。一些在競(jìng)爭(zhēng)中失敗的技術(shù)并沒(méi)有就此被淘汰，而是厲兵秣馬，等待下一個(gè)技術(shù)周期的機(jī)會(huì)。

即將邁入量產(chǎn)紀(jì)元的鈉離子電池也曾在與鋰電池的競(jìng)爭(zhēng)中敗下陣來(lái)。

鋰、鈉兩種電池，猶如一母雙胞胎的兄弟倆，兩種元素在周期表上的臨近，決定了其相似的化學(xué)性質(zhì)。從上世紀(jì)七十年代開(kāi)始，兩種電池的研究幾乎同時(shí)起步，直至鋰電池成為了電池界的寵兒。

結(jié)合軟碳負(fù)極和鈷酸鋰正極制造的第一款能夠正常工作的鋰離子電池，在90年代由日本索尼公司率先進(jìn)行了商業(yè)化。而鈉離子電池由于半徑比鋰離子電池偏大等原因，在能量密度、循環(huán)壽命等重要特性上被鋰電池甩開(kāi)了一個(gè)身位。

同期，陳院士正在國(guó)內(nèi)探索鋰電池的產(chǎn)業(yè)化道路，1997年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了中國(guó)第一條鋰電池中試生產(chǎn)線，推動(dòng)了鋰電池在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究。

當(dāng)鋰電池加速商業(yè)應(yīng)用時(shí)，鈉離子電池的研究方興未艾，進(jìn)度仍然緩慢。

在2000年發(fā)現(xiàn)鈉離子在硬碳負(fù)極材料有良好的嵌入性能，然而這一發(fā)現(xiàn)并未立即燃起對(duì)鈉離子電池量產(chǎn)的熱潮，顯然此時(shí)成本壓力還未劇增的鋰電池廠商缺乏尋找替代路線的動(dòng)力，鈉電池就此沉寂。

2010年后，下游消費(fèi)電子、智能硬件、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的迅速發(fā)展創(chuàng)造了巨大的鋰電池需求，一些科學(xué)家預(yù)見(jiàn)了鋰資源短缺的問(wèn)題。

事實(shí)如此，鋰電池中的鋰元素在地殼中的豐度僅有0.0065%，甚至不如電池里的鎳和鈷元素，且大多數(shù)分布在美洲。相比之下，鈉元素（2.75%）則要富裕得多，儲(chǔ)量分布也更為均勻。

元素成本占據(jù)了電池成本很大比重，當(dāng)規(guī)模制造不斷突破極限時(shí)，資源短缺會(huì)給產(chǎn)業(yè)鏈成本造成巨大的壓力。

科學(xué)家希望用更廉價(jià)的鈉替換鈷、鎳、鋰，同時(shí)能夠發(fā)揮與之媲美的性能，于是鈉離子電池重新回到了技術(shù)商業(yè)化的領(lǐng)域里。

2011年，胡勇勝博士深造回國(guó)后，應(yīng)陳院士的邀請(qǐng)回到了中科院物理所工作，研究方向上選擇了當(dāng)時(shí)冷門(mén)的鈉電池，盡管當(dāng)時(shí)鋰電池發(fā)展得如日中天，使得研究鈉電池看上去是一件浪費(fèi)經(jīng)費(fèi)和人力的事情。

而同樣的執(zhí)著也曾見(jiàn)于陳院士身上，當(dāng)初中國(guó)大力發(fā)展氫鎳電池時(shí)，鋰電池的專項(xiàng)計(jì)劃本被排除在外，正是在陳院士的堅(jiān)持下，鋰電池才進(jìn)入了國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車重點(diǎn)專項(xiàng)，這一轉(zhuǎn)折為中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)提供的機(jī)遇不言而喻。

“做用戶最需要的鈉離子電池，這輩子只做一件事”。6年后，他領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)的一款低成本鈉離子電池完成了中試試驗(yàn)。那個(gè)時(shí)候，陳院士的另一位弟子—曾毓群已經(jīng)帶領(lǐng)寧德時(shí)代坐上全球動(dòng)力電池的頭把交椅。

（中國(guó)鋰離子電池奠基人陳立泉院士（左）向胡勇勝（中）講解最新電池知識(shí)）

為了完成產(chǎn)業(yè)化落地，陳院士便拉著胡勇勝和學(xué)生唐堃一起，促成了中科海鈉的成立。

2017年至今，中科海鈉用將近6年的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了從電極材料的基礎(chǔ)攻關(guān)到搭建電芯產(chǎn)線，投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，先后將鈉離子電池成功應(yīng)用于電動(dòng)自行車、低速電動(dòng)車，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，完成了鈉離子電池從0到1的階段。

（中科海鈉官網(wǎng)）

由于與鋰電池工作原理相同，鈉電的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)也是尋找成本更低，整體性能更接近鋰電池的材料組合。

鋰電池常用的活性元素為鎳和鈷，但成本較高，胡勇勝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)銅元素在鈉離子電池中具有活性，相較鈷、鎳成本更加節(jié)約，成功研制出了銅基鈉離子層狀氧化物正極材料。這種正極材料的制備方法可借鑒鋰離子電池常用的的固相法或共沉淀法，實(shí)現(xiàn)低成本規(guī)?；a(chǎn)。

在負(fù)極材料上，前面提到過(guò)，硬碳的使用令鈉離子電池具有更好的嵌入性能，通過(guò)對(duì)碳源前驅(qū)體進(jìn)行的調(diào)研，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)無(wú)煙煤的成本價(jià)較低，制備硬碳負(fù)極材料降本效果更好，基于此團(tuán)隊(duì)研制出了無(wú)煙煤基鈉離子電池負(fù)極材料。

另外，由于鈉離子不與負(fù)極的鋁離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鈉離子電池正負(fù)極兩邊的集流體使用的都是鋁箔，這一點(diǎn)有別于鋰電池正極鋁箔，負(fù)極用銅箔的要求，好處是降低了電池重量和成本。最終，鈉離子電池成本大概能夠?qū)崿F(xiàn)30%-40%的降幅。

02

東風(fēng)已至

囿于整體性能尚未追上鋰電池，鈉電池目前還只適用于低速兩輪車、A00級(jí)乘用車以及中低容量的儲(chǔ)能領(lǐng)域。

（中科海鈉官網(wǎng)）

當(dāng)前鈉電池能量密度能達(dá)到145Wh/kg, 是鉛酸電池的三倍左右，而磷酸鐵鋰、三元鋰電池的能量密度基本能達(dá)到160Wh/kg以上；循環(huán)壽命上，根據(jù)不同溫度條件，磷酸鐵鋰能夠達(dá)到3000-10000次，鈉離子電池的循環(huán)壽命大概在1000-4000次。

但要將鈉離子電池更大規(guī)模地推廣，當(dāng)前的性能水準(zhǔn)無(wú)疑是需要再上一層的。原因在于這些應(yīng)用場(chǎng)景普遍有著對(duì)于循環(huán)壽命的門(mén)檻，例如電動(dòng)車要求2000次，大型儲(chǔ)能的門(mén)檻大概在5000次左右，而鈉電池的循環(huán)穩(wěn)定性較差，最大極限值也有待提升。

另外，大規(guī)模推廣需要兼顧成本。極低的理論生產(chǎn)成本并不代表就一定能實(shí)現(xiàn)，實(shí)際制造成本還有賴于規(guī)?；a(chǎn)進(jìn)一步降低，只有當(dāng)產(chǎn)能逐漸提升至GWh規(guī)模以上時(shí)，鈉離子電池材料成本優(yōu)勢(shì)才顯現(xiàn)得出來(lái)。盡管在技術(shù)要求上兩輪自行車不及A00與儲(chǔ)能，但對(duì)價(jià)格接受程度上，A00電動(dòng)車要更容易推廣一些，而兩輪自行車對(duì)價(jià)格更加敏感。

如今，產(chǎn)業(yè)化東風(fēng)漸至。

鋰、鈉電池?fù)碛邢嗨频漠a(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝，鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)可以被借鑒。而國(guó)內(nèi)擁有規(guī)模最大，技術(shù)最為完備的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，在一些電池材料的生產(chǎn)上可以沿用現(xiàn)有鋰離子電池體系。例如電解液的制備方式就與鋰離子電池類似，區(qū)別僅是原料用鈉鹽取代了碳酸鋰，頭部電解液企業(yè)也掌握了鈉離子電解液的技術(shù)儲(chǔ)備。

并且，規(guī)模與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)上的優(yōu)勢(shì)使跨界的鋰電廠商能夠發(fā)揮行業(yè)Know How，幫助鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈完善，加速產(chǎn)線建設(shè)、投產(chǎn)、爬坡。因此鈉電池在性能迭代效率上有望更加快速，經(jīng)由市場(chǎng)驗(yàn)證之后也能更快調(diào)整和適應(yīng)下游的需求。

2021年中科海鈉和華陽(yáng)股份共同打造了全球首個(gè)1MWh鈉離子光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。同年獲得了數(shù)億元的A輪融資，用于搭建年產(chǎn)能2000噸的正負(fù)極材料產(chǎn)線。今年7月，與三峽能源合作的全球首條1GWh（總規(guī)劃產(chǎn)能5GWh）鈉電池規(guī)模化量產(chǎn)線正式投產(chǎn)。

自2021年7月份推出首款鈉離子電池以來(lái)，寧德時(shí)代也正在推進(jìn)鈉離子電池在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

在股市上，鈉離子電池概念碰之則火，成為市場(chǎng)炒作最受關(guān)注的熱點(diǎn)題材，大量相關(guān)概念股因此市值得到大幅飛漲。其中熱度最高的傳藝科技從產(chǎn)能建設(shè)到投產(chǎn)只花了不到一年時(shí)間，市值就被炒翻了3倍。

但詭異的是，10月27日，傳藝科技宣布中試線正式投產(chǎn)，并公布鈉離子電池產(chǎn)品。并且還在不斷上規(guī)模，原計(jì)劃一期建設(shè)2GWh鈉離子電池，二期建設(shè)8GWh，現(xiàn)在將部分二期產(chǎn)能前置，一期增加到了4.5GWh。利好消息公布后，股價(jià)不漲反而出現(xiàn)了連續(xù)兩日跌停。有報(bào)道稱大跌原因或與市場(chǎng)質(zhì)疑其電池?cái)?shù)據(jù)存在造假有關(guān)，對(duì)此該公司已經(jīng)進(jìn)行否認(rèn)回應(yīng)。

回顧該公司自從宣布切入鈉離子賽道以來(lái)，各種質(zhì)疑聲音就一直未停，如今真相如何，目前難以分辨。

但這也可以看到，資本對(duì)鈉離子的追捧和炒作，已達(dá)到了熾熱的地步。

03

未來(lái)想象空間如何？

要看鈉離子電池能否順利適應(yīng)下游需求，而走上量產(chǎn)，商業(yè)化驗(yàn)證只是第一步，隨后仍需快速地實(shí)現(xiàn)性能迭代。另一方面，又要保持對(duì)鋰電池的成本優(yōu)勢(shì)，既有賴于鈉離子降本的努力，這一點(diǎn)能夠從傳藝科技增加產(chǎn)能規(guī)模的舉動(dòng)看出，還受鋰資源價(jià)格走勢(shì)的影響，即當(dāng)鋰鹽價(jià)格走向下降通道的時(shí)候，鈉離子電池是否還能保持得了性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

中科海鈉計(jì)劃將鈉離子電池的能量密度進(jìn)一步提升至180-200Wh/kg，同時(shí)將循環(huán)壽命提高8000-10000次。今年5月份，國(guó)外鈉離子電池制造商N(yùn)atron Energy更是宣稱其設(shè)計(jì)研發(fā)的電池循環(huán)壽命超過(guò)了5萬(wàn)次，能夠在8分鐘內(nèi)完成內(nèi)完成0%-99%充電。

按照目前的循環(huán)壽命范圍，鈉離子電池僅適用于一些低速電動(dòng)車，通信基站、數(shù)據(jù)中心等中小型儲(chǔ)能領(lǐng)域。假如未來(lái)在這些領(lǐng)域的滲透率能夠提升至20%-30%，參照興業(yè)證券測(cè)算，2025年鈉離子電池裝機(jī)規(guī)模約能到32.6GWh。假設(shè)滲透率能夠達(dá)到100%，根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2026年理論市場(chǎng)空間可達(dá)到369.5GWh，市場(chǎng)規(guī)?；?qū)⑦_(dá)到1500億元。

時(shí)光倒流至2013年，當(dāng)時(shí)一家全球知名的鋰電池企業(yè)評(píng)估過(guò)胡勇勝博士的鈉離子電池技術(shù)，評(píng)價(jià)并不看好，當(dāng)時(shí)的碳酸鋰價(jià)格也僅4萬(wàn)多/噸，與現(xiàn)在的價(jià)格相差了十倍不止。

發(fā)展鈉電的歷程恰好說(shuō)明，單單押注鋰電池一條技術(shù)路線，未來(lái)新型能源的發(fā)展仍有可能陷入資源緊缺，價(jià)格成本飛企的囹圄中。

鈉電推廣的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在，釋放鋰電池對(duì)高端用電場(chǎng)景的供應(yīng)壓力，借助低成本優(yōu)勢(shì)滿足下游其他領(lǐng)域的裝機(jī)需求。作為鋰電池的“平替”， 鈉電池從1到n之路能否繼續(xù)跑通，我們拭目以待。

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：格隆匯APP(ID：hkguruclub)，作者：弗雷迪