钠电池产业情况说明分析

钠电池产业情况说明

十三五期间，科技部通过国家重点研发计划智能电网技术与装备重点专项，对电池储能相关技术进行了系统部署。其中，钠基储能电池技术作为重点支持方向之一，在高安全长寿命和低成本钠基储能电池的基础科学问题研究等项目系列成果推动下进步显著。钠离子电池，是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。随着我国新能源汽车呈现持续高速增长趋势，对锂离子电池需求较大，然而我国锂资源十分有限，必然会出现锂盐供不应求的局面。为此，我国将大力发展在资源和成本上都更有优势的钠离子电池，通过颁布多项政策来推动钠离子电池的产业化进程。在2022年发布的《十四五可再生能源发展规划》中，提出加强可再生能源前沿技术和核心技术装备攻关。研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。在2021年发布的《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》中，提到锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。锂钠同族，化学性质接近钠元素和锂元素为同主族元素，具有某些相似的化学性质。钠离子电池的架构、封装工艺与锂电池高度相似，生产锂电池的工厂不必经过大的改动就能直接进行钠电池生产。钠电池有望向上制衡锂电、向下蚕食铅酸。钠电池一方面与铅酸电池相比，在循环、成本、能量密度等方面都具有较为明显的优势，有望向下蚕食铅酸市场；另一方面，因整体性能与锂电池接近、成本优势显著，有望向上制衡锂电池应用的垄断性。液流电池应用局限性较大，难以作为锂电池的平替。电化学储能技术主要分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池、液流电池和钠硫电池等类别。自2022年6月29日国家能源局在《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》中提出中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池之后，液流电池的关注度上升，但该类电池初始投资成本高、占地面积大，液流电池在动力电池和便携式储能领域应用价值较低，并不能够作为制衡锂电池的PlanB。关于促进储能技术与产业发展的指导意见2017年10月11日，《关于促进储能产业与技术发展的指导意见》（简称《指导意见》）正式发布。《指导意见》是我国大规模储能技术及应用发展的首个指导性政策，由国家能源局科技司牵头，电力司、新能源司、市场监管司参加的起草工作小组和20位专家组成的专家咨询组，委托中关村储能产业技术联盟牵头，中科院工程热物理所、中科院物理所、中国电科院、清华大学等具体负责相关研究工作。随着《指导意见》的颁发与落实，以及储能技术的迅猛发展、成本不断下降、电力市场改革的推进，储能技术与产业应用未来的前景无疑将越来越广阔。《指导意见》从促进储能技术与产业发展的总体要求、重点任务和保障措施三个方面提出了指导性意见，为全面促进储能技术与产业发展提供了政策依据。《指导意见》还指出，近年来，我国储能呈现多元发展的良好态势：抽水蓄能发展迅速；压缩空气储能、飞轮储能，超导储能和超级电容，铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等储能技术研发应用加速；储热、储冷、储氢技术也取得了一定进展。我国储能技术总体上已经初步具备了产业化的基础。加快储能技术与产业发展，对于构建清洁低碳、安全高效的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义，同时还将带动从材料制备到系统集成全产业链发展，成为提升产业发展水平、推动经济社会发展的新动能。国家政策的支持将快速推动钠离子电池的发展钠离子电池，是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。随着我国新能源汽车呈现持续高速增长趋势，对锂离子电池需求较大，然而我国锂资源十分有限，必然会出现锂盐供不应求的局面。为此，我国将大力发展在资源和成本上都更有优势的钠离子电池，通过颁布多项政策来推动钠离子电池的产业化进程。在2022年发布的《十四五可再生能源发展规划》中，提出加强可再生能源前沿技术和核心技术装备攻关。研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。在2021年发布的《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》中，提到锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。钠电池市场空间：四轮车-2025年有望达到48．45GWh钠电池有机会渗透的动力电池市场主要包括A00级、A0级以及A级三种电动车。具体来看，钠电池可以满足续航里程在400公里以下的新能源汽车车型的基本需求，400公里以下的新能源汽车车型主要包括A00和A0级别电动车车型，未来钠电池能满足的续航里程有望进一步提升至500公里，能够覆盖的车型则将进一步延伸至A型级别电动车。由于上游原材料尤其是锂价的持续高位，电动车领域受到持续性冲击。钠离子电池凭借成本优势，在产品标准化程度提高后，有望切入A00级、A0级以及A级电动车领域。预计2023-2025年钠电池在A00级、A0级以及A级电动车市场的渗透率将逐年升高，2025年分别达到30%、20%、15%，2025年对钠离子电池需求总量有望达到48．45Gwh。钠电池负极材料-软碳：储钠比容量较低，中科院无烟煤技术赋予软碳负极新前景软碳成本低、产碳率高、电子传导性好，但较低的可逆容量严重制约了其在钠离子电池中的应用。制备软碳材料的前驱体主要包括石油化工原料及其下游产品，如煤、沥青、石油焦等，原料成本较为低廉。相比于硬碳，软碳中富含的sp2碳导致更高的电子导电性和倍率性能，但是直接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量，储钠容量较低，而且没有储钠平台，限制了其实用性。近期研究表明，通过制备纳米结构、设计多孔结构来有利于钠离子的快速传输；异相原子掺杂来增加其层间距、提高电导率和缺陷数量；预氧化策略可以有效抑制其石墨化，促进无序结构的形成，从而有效提升储钠容量。这些方法均为改性软碳材料以提升其储钠容量提供了理论基础。中科院无烟煤技术赋予软碳负极新前景。中科院物理所采用其作为前驱体，得到一种新型软碳材料。不同于来自于沥青的软碳材料，其在1600°C以下仍具有较高的无序度，产碳率高达90%，储钠容量达到220mAh/g，循环稳定性优异，最重要的是在所有的碳基负极材料中具有最高的性价比。以其作为负极和Cu基层状氧化物作为正极制作的软包电池的能量密度达到100Wh/kg，在1C充放电倍率下容量保持率为80%。未来随着更多研究成果的出现和低成本的驱动，如果能以低成本软碳为前驱体，成功制备出高性能的碳负极材料，将进一步促进钠离子电池的发展，届时软碳或将在钠电负极市场分得更大份额。钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有优势钠离子电池与锂离子电池摇椅式工作原理类似，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。近几年，钠离子电池开始逐步进入规模化试验示范阶段。2018年6月，首辆钠离子电池低速电动车问世；2021年6月，中科海钠发布世界首个1MWh钠离子电池储能系统。这意味着，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始在储能领域崭露头角，有望推动新能源产业的进一步发展和变革。钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有一定优势。一是钠元素储备更丰富，钠是地壳中储量第六丰富的元素，地理分布均匀，成本低廉；而锂资源在地壳中储量仅为0．002%，不到钠的千分之一，且全球分布具有地域性。二是钠离子化合物可获取性强，价格稳定且低廉。此外，在低电压下铝不会和钠合金化，因此钠离子电池负极可使用铝集流体而不必像锂电池使用铜集流体，从而降低电池的成本和重量。三是钠元素和锂元素有相似的物理化学特性及储存机制，钠离子电池有相对稳定的电化学性能和安全性。另一方面，目前钠离子电池在产业化进程中尚存在能量密度较低、循环寿命较短、配套供应链与产业链不完善等问题，仍处于商业化探索和持续改进中。预计未来随着产业投入的加大，技术走向成熟、产业链逐步完善，高性价比的钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域将具有良好发展前景。钠电池合成端-能量密度与循环性能是目前局限，产品快速迭代过程中虽然钠元素在元素周期表内是仅次于锂的碱金属元素，理化性质相似，但较大的离子质量和离子半径造成钠离子电池的体积和质量能量密度仅为锂离子电池的一半左右。目前钠离子电池的能量密度大约为100-150Wh/kg，而锂离子电池中，三元锂电池能量密度较高，约为250Wh/kg左右，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，但也有180Wh/kg左右，钠电总体能量密度低于锂电，仍有进一步优化的空间。持续研发静待技术突破，提升钠电性能。钠离子电池正极材料的快速发展，有助于提升电池理论容量和动力学性能；而负极和电解液技术的进步有助于解决电池电解液易燃、负极处钠枝晶生长易导致短路等影响安全性的问题。目前针对钠电能量密度问题，宁德时代开发了AB电池系统解决方案，即钠电池与锂电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。这一方案虽弥补了钠电池在现阶段的能量密度短板，但仍需持续研发改进能量密度，才能真正打破锂电池竞争格局。随着生产技术的不断提升，钠离子电池未来发展前景广阔1、钠离子电池生产技术不断成熟，规模量产有望实现由于钠离子电池的结构和工作原理基本与锂离子电池相同，因此，钠离子电池可以借鉴锂离子电池的产业化经验，极大的简化钠离子电池的生产工序。但是由于钠离子半径要比锂离子大70%，导致钠离子电池能量密度不足，为此，相关企业纷纷加大研发投入力度，钠离子电池应用的关键问题被逐渐攻克，前期制约钠离子电池产业化的正负极材料均已实现技术突破，层状氧化物正极+碳基负极+有机电解液体系的钠离子电池即将迈入到商业化阶段，有望实现规模化生产。同时，钠离子电池的原材料成本相对于锂离子电池具有天然的优势，尤其是在碳酸锂价格处于高位的情况更为显著，锂离子电池成本居高不下将推动钠离子电池产业化进程的加速。2、钠离子电池前景广阔，跨界企业加速布局目前，我国锂离子电池受原材料影响价格猛涨，相关企业成本增加导致盈利减少，为此，锂电池相关企业选择性价比较高的钠离子电池来替代锂离子电池发展。在资源方面，我国钠资源储量丰富，分布广泛，与锂资源相比能很好的减少对国外资源的需求。在价格方面，由于钠离子电池正极用铜铁锰，负极用无烟煤做的碳，整体