2023年以來(lái)，鈉離子電池不斷傳出產(chǎn)業(yè)化提速的消息。3月17日，雅迪華宇發(fā)布極鈉1號(hào)鈉電池，以及全球第一款鈉電池兩輪車(chē)極鈉s9；2月23日，中科海鈉宣布產(chǎn)品在江淮思皓EX10花仙子上首次實(shí)現(xiàn)了裝車(chē)。
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事實(shí)上，作為一個(gè)新興產(chǎn)物，鈉離子電池的技術(shù)和工藝仍面臨很多挑戰(zhàn)。其中，正極作為鈉離子電池所有工藝中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，層狀氧化物、普魯士藍(lán)類(lèi)化合物、聚陰離子化合物三條技術(shù)路線相互競(jìng)爭(zhēng)，尚未有定論。有券商新能源行業(yè)分析師表示，大家都還在嘗試，也不能說(shuō)哪個(gè)就一定好，哪個(gè)就一定差。
正極材料技術(shù)路線之爭(zhēng)會(huì)否影響鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程？目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度相對(duì)領(lǐng)先的層狀氧化物路線能否最終勝出成為大贏家？
正極三條技術(shù)路線各有優(yōu)劣
與鋰電池相比，鈉離子電池變化最大的部分就是正極材料，正極材料也是決定電池能量密度、安全性、循環(huán)壽命等能的關(guān)鍵因素。
鈉離子電池正極材料主要有三種：層狀氧化物、普魯士藍(lán)類(lèi)化合物、聚陰離子化合物。
層狀氧化物擁有高比容量?jī)?yōu)勢(shì)，但由于鈉離子在脫嵌過(guò)程中，層狀金屬氧化物易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化或相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致電池循環(huán)性能衰減，因此需摻雜Mn、Fe、Ni等電化學(xué)活性元素，依靠不同陽(yáng)離子氧化還原電對(duì)的特性互補(bǔ)，提升材料的穩(wěn)定性。
由于層狀氧化物的生產(chǎn)工藝與鋰電三元正極材料兼容性較高，中科海納、振華新材(688707.SH)等較多鈉離子電池企業(yè)和鋰電正極企業(yè)選擇該技術(shù)路線，相對(duì)成熟的產(chǎn)品有中科海鈉團(tuán)隊(duì)合成的銅鐵錳酸鈉Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2、浙江鈉創(chuàng)合成的鐵鎳錳酸鈉Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2。
其中，中科海納于2023年2月在新品發(fā)布會(huì)上推出了NaCR32140-ME12圓柱電芯、NaCP50160118-ME80方形電芯及NaCP73174207-ME240方形電芯，同時(shí)在江淮思皓EX10花仙子上首次實(shí)現(xiàn)樣車(chē)裝車(chē)。
振華新材原先的三元正極大單晶技術(shù)體系可遷移至層狀氧化物，且能穩(wěn)定材料晶體結(jié)構(gòu)，改善鈉離子電池的高溫高電壓循環(huán)性能。據(jù)東方財(cái)富證券，在開(kāi)發(fā)層狀氧化物過(guò)程中，該公司已掌握多元素協(xié)同摻雜等多項(xiàng)核心技術(shù)。
普魯士藍(lán)類(lèi)材料常溫即可制作合成簡(jiǎn)單方便，理論充放電比容量可達(dá)170mAh/g，高于層狀氧化物材料的120-150mAh/g、聚陰離子化合物的約120mAh/g.但由于其結(jié)構(gòu)中的Fe(CN)6空位易和晶格水分子形成化合物，結(jié)晶水難以除去，使得普魯士藍(lán)在實(shí)際應(yīng)用中容易存在比容量低、效率不高、倍率較差和循環(huán)不穩(wěn)定等問(wèn)題。
成本方面，普魯士藍(lán)最主要的原材料為氰化鈉，無(wú)需使用到價(jià)格昂貴的金屬，物料成本僅為1.5萬(wàn)-2萬(wàn)元/噸，與銅鐵錳酸鈉(1.83萬(wàn)元/噸)相當(dāng)，低于鐵鎳錳酸鈉(5.09萬(wàn)元/噸)。三者均低于約為10萬(wàn)元/噸的磷酸鐵鋰正極物料成本(若按照碳酸鋰價(jià)格35萬(wàn)元/噸測(cè)算)。
“普魯士藍(lán)性能好，若能解決結(jié)晶水、氰化物等工藝問(wèn)題，也是一條比較好的路線。”上述券商新能源行業(yè)分析師稱(chēng)。
寧德時(shí)代(300750.SZ)第一代鈉離子電池正極材料采用普魯士白，其容量已達(dá)160mAh/g，與現(xiàn)有的鋰離子電池正極材料相當(dāng)。
由于普魯士藍(lán)類(lèi)似物也是一種無(wú)機(jī)顏料，選擇該技術(shù)路線的正極企業(yè)多為具有顏料背景的化工企業(yè)，如七彩化學(xué)(300758.SZ)子公司輝虹擁有3000噸/年普魯士藍(lán)生產(chǎn)能力。2022年11月，七彩化學(xué)與美聯(lián)新材合資成立遼寧美彩新材料有限公司，投資25億元建設(shè)年產(chǎn)18萬(wàn)噸電池級(jí)普魯士藍(lán)(白)項(xiàng)目。
聚陰離子類(lèi)化合物根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽、NASCICON(Na+快離子導(dǎo)體)化合物和磷酸鹽化合物。常見(jiàn)的聚陰離子化合物比容量偏低，但橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵納(NaFePO4)理論比容量可達(dá)154mAh/g，制備方法與磷酸鐵鋰類(lèi)似，自身電導(dǎo)率較低的問(wèn)題則需要通過(guò)納米化和碳包覆來(lái)改善。
采用這一技術(shù)路線的企業(yè)中，眾鈉能源已于2022年推出硫酸鐵納電池。該產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室能量密度、工程電芯能量密度分別達(dá)160wh/kg、120wh/kg，2C充放電條件下，循環(huán)壽命大于6000次。該公司于2022年12月完成超億元Pre-A輪融資，擬啟動(dòng)硫酸鐵納電池全鏈?zhǔn)痉读慨a(chǎn)的一期工程。
由于聚陰離子型材料工作電壓高，循環(huán)穩(wěn)定好，部分材料成本可以做到較低水平，與儲(chǔ)能場(chǎng)景較為契合，因此，深耕儲(chǔ)能領(lǐng)域的鵬輝能源(300438.SZ)選擇重點(diǎn)攻堅(jiān)聚陰離子方向，公司研發(fā)的無(wú)負(fù)極磷酸釩鈉體系能力密度超160wh/kg，并推出循環(huán)壽命在6000次以上的量產(chǎn)產(chǎn)品。
層狀氧化物路線產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度領(lǐng)先
對(duì)于鈉離子電池正極材料三條技術(shù)路線的發(fā)展前景，行業(yè)人士看法各異。
“目前關(guān)注度較高的正極路線有兩條，一條是中科海納采用的層狀氧化物工藝，另一條是寧德時(shí)代采用的普魯士白(普魯士藍(lán)類(lèi)化合物的一種)工藝路線。”滬上某基金公司主動(dòng)權(quán)益投資部總監(jiān)稱(chēng)。此前，寧德時(shí)代在第一代鈉離子電池發(fā)布會(huì)上也表示，普魯士白和層狀氧化物兩類(lèi)材料最具潛在商業(yè)化價(jià)值。
一位在南方某錳礦企業(yè)負(fù)責(zé)鈉離子電池生產(chǎn)的人士則對(duì)第一財(cái)經(jīng)稱(chēng)，目前關(guān)注度較高的是層狀氧化物、聚陰離子路線，“普魯士藍(lán)也有，但要解決的問(wèn)題挺大，因?yàn)橐玫接卸镜脑牧希皇且话闫髽I(yè)能做得了。”
但當(dāng)下層狀氧化物路線的產(chǎn)業(yè)化速度領(lǐng)先是業(yè)內(nèi)共識(shí)。
“現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化相對(duì)比較成熟的正極材料肯定是層狀氧化物，因?yàn)樗男詢r(jià)比相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)高一些。”上述錳企人士表示，性價(jià)比主要體現(xiàn)在原材料成本、制備成本以及與現(xiàn)有正極材料產(chǎn)線的適配性更好。
上海交大博士生導(dǎo)師、浙江鈉創(chuàng)技術(shù)顧問(wèn)李林森教授此前在接受采訪時(shí)表示，層狀氧化物可能是最容易率先實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)制造的正極技術(shù)路線，現(xiàn)在的鋰電三元材料廠都已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，從鎳鐵錳氫氧化物前驅(qū)體轉(zhuǎn)換成鎳鐵錳酸鈉這個(gè)方向是最快的，2023年就有大規(guī)模制造的產(chǎn)品出現(xiàn)。
對(duì)于中長(zhǎng)期的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，上述錳企人士認(rèn)為，中長(zhǎng)期來(lái)看三條路線都會(huì)有，但各自迭代的方向會(huì)有不同，新興產(chǎn)物需要通過(guò)市場(chǎng)的長(zhǎng)期檢驗(yàn)，才能最終看出哪個(gè)性價(jià)比高，哪個(gè)在某些特定應(yīng)用場(chǎng)景有自己的優(yōu)勢(shì)，只有把市場(chǎng)培育起來(lái)，發(fā)展路徑才會(huì)更清晰。上述基金公司主動(dòng)權(quán)益投資部總監(jiān)則表示，最終還是要看誰(shuí)能先突破能量密度和循環(huán)壽命瓶頸。
從市場(chǎng)空間來(lái)看，中金公司認(rèn)為層狀氧化物和聚陰離子化合物路線或更勝一籌。
該機(jī)構(gòu)稱(chēng)，層狀氧化物和聚陰離子型分別適配動(dòng)力、儲(chǔ)能場(chǎng)景，到2025年，層狀正極、聚陰離子正極需求量分別有望達(dá)到8.4萬(wàn)、8.7萬(wàn)噸；普魯士藍(lán)類(lèi)材料則要在解決制備過(guò)程的結(jié)晶水問(wèn)題后，才能進(jìn)一步得到應(yīng)用。
影響鈉電池產(chǎn)業(yè)化的因素遠(yuǎn)不止技術(shù)
在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)中，尚未最終確定的正極技術(shù)路線是否會(huì)“拖后腿”？
“大的影響不至于，只不過(guò)是新能源行業(yè)近期低迷，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展可能會(huì)稍微放慢。”上述基金公司主動(dòng)權(quán)益投資部總監(jiān)認(rèn)為。
事實(shí)上，技術(shù)是影響產(chǎn)業(yè)化的重要因素，但并不是唯一因素，除了技術(shù)上的分化與競(jìng)爭(zhēng)，資金投入和客戶需求也不容忽視。
資金方面，如今鈉離子電池電芯合格率低，產(chǎn)能無(wú)法正常發(fā)揮，加上負(fù)極硬碳成本高，且無(wú)更優(yōu)技術(shù)代替，產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍需大量資金投入。
客戶方面，李林森教授表示，鈉離子電池在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，還是要看下游訂單情況，目前市場(chǎng)情況還不是特別明朗。
上述錳企人士則認(rèn)為，影響鈉電池產(chǎn)業(yè)化的因素主要有三個(gè)：一是看國(guó)家政策對(duì)鈉離子電池的定位，正常情況下，鈉電會(huì)先去蠶食鉛酸電池市場(chǎng)，對(duì)于儲(chǔ)能市場(chǎng)等方面的應(yīng)用還是要特別關(guān)注國(guó)家政策；二是看碳酸鋰價(jià)格，如果碳酸鋰價(jià)格跌到20萬(wàn)元/噸以內(nèi)，鈉離子電池現(xiàn)階段性價(jià)比將沒(méi)那么明顯，驅(qū)動(dòng)力也就沒(méi)那么強(qiáng)，但是從國(guó)家戰(zhàn)略來(lái)看是有必要的；三是看鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈深度、技術(shù)成熟度、產(chǎn)業(yè)成熟度，發(fā)揮性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
（文章來(lái)源：第一財(cái)經(jīng)）
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