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雪 球
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https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202303281584627648_1.pdf?1680042024000.pdf
核心观点
:
钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常接近
,
但电池材料方面存在一定差异
。
钠离子电池是利用钠离子在充放电时
,
在正极
、
负极 材料中反复地嵌入
、
脱出
,
从而发生可逆的氧化还原反应
,
故其工作原理与锂离子电池相似
。
电池材料上的差异主要体现在正极
、
负 极和集流体方面
。
正极主要有三种路线
,
层状氧化物有望最先规模化生产
。
层状氧化物比容量较高
、
压实密度高
,
但空气稳定性一般
。
钠电层状氧化物 与锂电三元正极的生产设备兼容
,
有望率先量产
。
普鲁士蓝/白化合物比容量高
,
价格低廉
,
但其结晶水的存在会影响电化学性能
。
聚 阴离子化合物稳定性好
、
循环性能好
,
工作电压高
,
但比容量较低
、
导电性差
。
负极以硬碳为主
,
软碳为辅
。
硬碳作为钠电负极
,
其比容量较高
,
但由于其原料多为生物质
,
产率偏低
,
成本高
。
硬碳原料多样
,
其 中生物质原料制备硬碳为主流选择
。
软碳相对于硬碳在结构上更为有序
,
故储钠比容量较低
,
但采用煤
、
沥青等原料
,
其成本低
。
钠电池材料成本相较于锂电池大幅下降
。
其材料成本降幅在30%-40%
,
其降本原因主要在于
:
1
、
金属钠地壳丰度高
,
价格远低于锂
。
2
、
集流体不同
。
锂电负极集流体必须为铜箔
,
而钠电池正负极集流体可以均为更为便宜的铝箔
。
钠离子电池需求有望快速增长
。
钠离子电池在原料成本
、
低温下的容量保持率
、
耐过放电性能优于磷酸铁锂电池
,
并且其各方面性能 均超越铅酸电池
,
有望应用于电动两轮车
(
替代铅酸电池
)
、
A00级别电动车以及储能领域
(
替代磷酸铁锂电池
)
。
据测算
,
全球钠离 子电池的需求量有望从2023年3.6GWh增长至2025年65.8GWh
,
成长空间巨大
01
、
钠离子电池的构成
钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常接近
,
但电池材料方面存在一定差异
。
钠离子电池是利用钠离子在充放电时
,
在正极
、
负极 材料中反复地嵌入
、
脱出
,
从而发生可逆的氧化还原反应
,
故其工作原理与锂离子电池相似
。
电池材料方面
,
钠离子电池也是由正极
、
负极
、
电解液
、
隔膜
、
集流体等材料构成
,
材料上的差异主要体现在正极
、
负极和集流体方面
。
钠离子电池正极三种路线
,
性能上各有优缺点
。
层状氧化物比容量较高
、
压实密度高
,
但空气稳定性一般
。
普鲁士蓝/白化合物比容量高
,
价格低廉
,
但其结晶水的存在会影响电化学性能
。
聚阴离子化合物稳定性好
、
循环性能好
,
工作电压高
,
但比容量较低
、
导电性差
。
钠电层状氧化物正极与锂电三元正极在制备方法上相似
。
制备方法主要有固相法和液相法
。
其中固相法采用金属氧化物与钠源进行球 磨
,
从而混合均匀
,
再进行高温煅烧
。
此方法流程简单
,
但是需要较高的温度
,
且产品的均一性较差
。
液相法先通过金属盐与碱溶液 进行共沉淀反应
,
生成前驱体
,
再混合钠源
,
进行煅烧
,
得到层状氧化物
。
此方法虽然流程上相较固相法更多
,
但可以通过控制反应 条件
,
制备出均一性更好
、
振实密度更高的产物
。
钠电层状氧化物正极与锂电三元正极的生产设备兼容
,
适合大规模生产
。
普鲁士蓝类正极通常采用共沉淀法制备
。
普鲁士蓝类正极可以通过热分解法
、
水热法
、
共沉淀法合成
。
其中热分解法和水热法生产效 率和产率较低
,
且合成过程中容易造成亚铁氰根分解
,
产生毒气
。
共沉淀法可以视为安全环保且能够大规模制备此类材料的方法
,
其 工艺简单
、
无需高温烧结
,
成本低廉
。
主要通过亚铁氰化钠
、
过渡金属盐
、
络合剂等
,
进行共沉淀反应
,
制备而成
。
络合剂的加入
,
可以降低过渡金属盐与亚铁氰化钠的反应速度
,
从而减少空位和结晶水的形成
。
加入抗氧化剂和使用惰性保护气氛的目的是使过渡金 属离子始终处于低价态
,
从而保证最终产物中较高的钠含量
。
可以通过采用表面包覆
、
金属元素掺杂
、
改进工艺等方法降低结晶水和空位
。
星空钠电公开了一种利用氧化钙降低普鲁士蓝结晶水含 量的方法
(
专利公开号CN115180634A
)
,
其将氧化钙与普鲁士蓝研磨混合后
,
在惰性气氛中加热
,
在不破坏普鲁士蓝晶形结构的同时
,
有效除水
。
主流的聚阴离子正极为磷酸盐聚阴离子和硫酸盐聚阴离子
,
如磷酸钒钠和硫酸铁钠
。
钒价高昂
,
且随价格波动剧烈
,
钒源成本高达钠 电正极原料成本96%
,
从磷酸钒钠向磷酸锰/铁钒钠体系的
“
降钒
”
有望降低成本
。
众钠能源主推硫酸铁钠体系
,
通过硫酸亚铁和硫酸钠简单的工业级原料
,
搭配碳纳米管
,
经过混合后煅烧
,
即可制备
。
其优势在于
:
1
)
材料很纯
,
原材料100%利用
。
2
)
能耗很低
。
3
)
环保
、
工艺简单
,
不产生污染和副产物
。
4
)
材料烧结温度相对较低
,
相比于锂电和层 状氧化物七八百度以上的温度
。
此外
,
可直接沿用目前现有磷酸铁锂的生产设备
钠电负极主要采用硬碳和软碳
。
石墨是商业化的锂离子电池负极材料
,
但因为钠离子半径大于锂离子
,
石墨的层间距对于钠电而言过 小
,
钠离子在石墨层间嵌入和脱出较为困难
,
故钠离子电池负极材料使用结构含有大量的缺陷的无定形碳
(
包括硬碳和软碳
)
,
其储 钠容量相比石墨更大
。
软碳是指在2500℃以上的温度下可以石墨化的碳材料
,
否则即为硬碳
。
硬碳作为钠电负极
,
其比容量较高
,
但由于其原料多为生物质
,
产率偏低
,
成本高
。
软碳相对于硬碳在结构上更为有序
,
故储钠比容 量较低
,
但采用煤
、
沥青等原料
,
其成本低
。
目前主流厂商在钠电负极上的布局
,
以硬碳为主
,
软碳为辅
。
硬碳原料多样
,
其中生物质原料制备硬碳为主流选择
。
生物质原料可选范围多样
(
椰壳
、
秸秆
、
毛竹等
)
,
所制备的硬碳综合性能适 中
,
但需要解决原料稳定供应和产品一致性等问题
;
高分子类原料
(
酚醛树脂等
)
,
其所制备的硬碳比容量高
,
产品均一
,
结构易调 控
,
但是成本高昂
;
沥青
、
无烟煤等原料虽然成本较低
,
但是其所制备的硬碳比容量相对较低
。
钠离子电池电解液与锂离子电池电解液配方相似
,
均由电解质
、
溶剂和添加剂组成
。
碳酸酯类溶剂EC和PC
,
具有电化学窗口宽
、
介电常数大
、
化学稳定性好的优点
,
是钠电池优异的有机溶剂
。
醚类溶剂
,
因其在钠电体 系中具有更好的抗氧化还原能力
,
可以在负极表面生成薄且稳定的SEI膜和高的首次库仑效率
,
也可于钠电池
,
但其很少在锂电池中 使用
。
溶质从锂电池的六氟磷酸锂
(
LiPF6
)
换成钠电池的六氟磷酸钠
(
NaPF6
)
。
两者合成的原理和技术路线相似
,
六氟磷酸钠容易量产
。
添加剂方面
,
钠电与锂电体系并无太大区别
,
主要有成膜添加剂
、
阻燃添加剂
、
过充保护添加剂等
。
集流体方面
,
钠电池正负极集流体均使用廉价的铝箔
,
但锂电池负极集流体必须为铜箔
。
这是由于铝和钠在低电位不会发生合金化 反应
,
而铝和锂在低电位下易发生此反应
。
故铝箔在钠电池中的用量
,
相对于锂电池
,
翻倍增长
。
在隔膜方面
,
钠电池与锂电池均可使用PP
、
PE隔膜
。
02
、
钠离子电池的成本和性能
钠电池材料成本相较于锂电池大幅下降
。
其材料成本降幅在30%-40%
,
其降本原因主要在于
:
1
、
金属钠地壳丰度高
,
价格远低于锂
。
此外
,
钠电正极还选用资源量丰富的铁
、
铜
、
锰等金属
,
故正极材料价格大幅下降
,
正极占比从 锂电的43%下降至26%
。
2
、
集流体不同
。
锂电负极集流体必须为铜箔
,
而钠电池正负极集流体可以均为铝箔
。
铝价格远低于铜
。
钠离子电池在成本
、
低温性能等方面具备优势
。
虽然钠离子电池与磷酸铁锂电池在能量密度
、
循环寿命方面存在差距
,
但是其原料成 本相较于磷酸铁锂电池低30%左右
,
并且其低温下的容量保持率
、
耐过放电性能均优于磷酸铁锂电池
。
钠电池可放电至0V
,
在储存
、
运 输方面比锂电池更稳定
。
将钠离子电池与铅酸电池对比
,
可发现钠离子电池各方面性能均超越铅酸电池
,
有望在铅酸电池的主流应用 场景中实现替代
。
03
、
钠离子电池的市场空间
钠离子电池需求有望快速增长
。
根据钠离子电池的上述性能
,
我们推断其未来主要应用于对能量密度要求较低
,
但对成本敏感的领域
,
如电动两轮车
(
替代铅酸电池
)
、
A00级别电动车以及储能领域
(
替代磷酸铁锂电池
)
。
据测算
,
全球钠离子电池的需求量有望从2023 年3.6GWh增长至2025年65.8GWh
,
成长空间巨大
。
04
、
钠离子电池重点企业分析
公司研发实力领先
。
公司专注于钠离子电池研发与生产
,
现拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士
,
胡勇胜研究员为技术带头人的研 究开发团队
。
除钠电池外
,
公司同时供应钠电池正负极材料与电解液
。
正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软 碳
,
从而具备了明显的成本优势
。
目前已经成功开发出了NaCP08/80/138等不同规格型号的钠离子软包电池
,
以及钠离子圆柱 NaCR26650
、
NaCR32138电池
。
能量密度已达到145Wh/kg
,
是铅酸电池的3倍左右
。
2021年12月
,
公司与
三峡能源
、
三峡资本及安徽省阜阳市人民政府达成合作
,
共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线
。
该产线规 划产能5GWh
,
分两期建设
,
一期产能1GWh
。
2022年11月
,
中科海钠
(
阜阳
)
全球首条GWh级钠离子电池生产线产品下线
。
阜阳海钠1GWh 钠离子电池生产项目总投资5.88亿元
。
后续将在各方共同努力推动下
,
建设不少于30GWh钠离子规模量产线
。
公司与华阳股份合作
。
2022年
,
华阳股份
与中科海钠通过华钠铜能
、
华钠碳能
、
华钠芯能
,
布局2000吨钠离子电池正负极材料以及1GWh 钠离子电池电芯
(
圆柱钢壳和方形铝壳
)
。
电池正负极材料已经于2022年3月试生产
。
公司是国内无烟煤龙头
,
积极转型发展
新能源
。
公司与中科海钠合作
:
公司间接持有中科海钠7.75%股权
。
两者深度合作
,
成立合资公司华钠铜能和华钠碳能
,
布局钠电池正负极材料 各2000吨/年
。
设立全资子公司华钠芯能
,
建设钠电电芯1GWh
。
公司与
多氟多
合作
:
公司与多氟多
,
通过梧桐树资本的产业基金
,
布局钠电电解质和添加剂
。
其第一代钠离子电池
,
正极材料采用比容量较高的普鲁士白
,
创新性地对材料体相结构进行电荷重排
,
解决普鲁士白循环过程中容量快 速衰减的问题
;
负极材料采用具有特殊孔隙结构的硬碳
。
电芯能量密度达160Wh/kg
;
常温下充电15分钟
,
电量达到80%以上
;
零下20℃
,
仍有90%以上放电保持率
;
系统集成效率达到80%以上
。
在系统集成方面
,
公司开发了AB电池系统解决方案
,
即钠电与锂电两种电池按一定比例进行混搭
,
通过BMS精准算法进行不同电池体系 的均衡控制
,
从而弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板
,
也发挥出了它高功率
、
低温性能好的优势
。
第一代钠离子电池既可以用 于电动车
,
尤其在高寒地区优势明显
,
又可以适配储能全场景应用
。
公司主要从事笔记本电脑输入设备的研发
、
制造和销售
。
是全球四大顶级键盘制造商
(
达方电子
、
群光电子
、
精元电脑
、
光宝电子
)
柔 性线路板核心部件的主要供应商
,
为联想
、
惠普
、
戴尔
、
华硕四大品牌笔记本电脑提供键盘配套
,
全球市占率20.56%
,
国内市占率40%
。
公司致力于钠电池产业一体化模式
,
包括钠离子电池正极
、
负极
、
电解液
、
电芯四个研发部门来进行
。
同时
,
公司与3所大学合作研发
。
公司钠电池产品性能优异
。
钠电池中试线已经于2022年10月27日投产
,
18650型号电池在2022年12月中旬送到第三方测试机构测试
,
能 量密度157Wh/kg
,
低温-20℃的容量保持率93%
,
两周共测试100多圈
,
容量保持率99.6%
。
中试生产的产品
,
已经达到超过5000次的循环 寿命
,
可以满足A00级车
、
小动力车
、
两轮车和储能的客户使用需求
。
公司钠电池进程较快,2023年上半年可投产
。
一期4.5GWh的厂房建设已完毕
,
设备已陆续进场安装
,
预计2023年上半年左右即可投产
。
包括两条圆柱电池生产线和一条方形电池生产线
,
其中圆柱的生产线主要用于A00和两轮车方面
,
方形电池主要用于储能方面
。
两条业 务线各占50%
,
同时运行
,
不分先后
。
二期产能规划依据市场情况而定
。
预计2023年钠电池出货量2-3GWh
。
公司锂电池业务以3C数码电池为核心
,
积极拓展动力和储能电池市场
。
其为国内排名前五的3C数码电池供应商
,
客户包括国内主流手 机品牌
、
欧美主要通讯运营商等
。
维科动力电池以维科电池十余年的锂电池生产技术为依托
,
可生产软包动力电池
、
铝壳动力电池等电 芯产品
,
应用领域覆盖乘用车电池
、
特种车辆电池
、
家电用电池
、
储能电池等
。
公司与浙江钠创深度合作
,
保证钠电材料供应
。
2022年9月
,
公司与浙江钠
创新能源
有限公司签订
《
战略框架协议
》
及
《
增资协议
》
,
对浙江钠创投资额3000万元
。
钠创新能源的钠离子电池正极材料为铁酸钠基三元正极和磷酸钒钠
,
电解液型号多样
,
适配多种正负极材 料
。
其拥有3000吨/年正极材料和5000吨/年电解液产线
。
浙江钠创可对
维科技术
钠电池的生产优先保证材料供应
。
公司2GWh钠电池项目预计2023年6月量产
。
2022年10月
,
公司公告变更原募投资金用途
,
将原募投项目未使用资金2亿元投资至
“
年产 2GWh钠离子电池项目
”
,
由全资子公司南昌维科电池在南昌实施
。
项目总投资6.8亿元
。
项目于2022年开工建设
,
预计2023年6月实现量 产
,
主要面向低速车和储能
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