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钠电池负极材料国产替代市场空间巨大

发布时间:2023-01-11 16:01:41   来源:中国汽车报网    浏览次数:

最近,多份研究报告涉及钠电池,报告重点不约而同地关注负极材料。国海证券的报告认为:普鲁士蓝类正极材料未来可期。国信证券的报告认为:硬碳负极从零到一新突破,生物质路线前景广阔。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员夏永高告诉记者,钠电池负极材料技术要求比较高,国内大多数依赖进口,这意味着负极材料具有国产替代的巨大商机。

钠电池分几种技术路线

钠离子电池的工作原理与锂电池基本相同,在充放电过程中带电离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移,二者的不同是实现电荷转移的离子分别钠离子与锂离子。但研究人员发现可以有多种方式实现电荷转移。

记者曾采访中科海钠董事长胡勇胜,他告诉记者,中科海钠的钠电池使用层状氧化物,有的公司采用普鲁士蓝/白材料路线,也有企业采用聚阴离子氧化物路线。

国信证券的研究报告指出,采用层状氧化物的有宁德时代、中科海钠、钠创新能源、传艺科技、立方新能源;采用聚阴离子氧化物路线的有众钠能源、鹏辉能源、山东章鼓;采用普鲁士蓝/白材料路线的有宁德时代、星空钠电、贲安能源等。钠创新能源同时也在建设聚阴离子量产线,以及研发普鲁士蓝/白体系。

负极材料是研发重点

无论是锂电池还是钠电池,基本上都由四部分组成,正极、负极、隔膜和电解液。中国电子科技集团第十八研究所研究员肖成伟告诉记者,任何一部分出现问题都将影响电池的性能,它们都具有同等重要的地位。

与锂电池相比,钠电池的正极材料主要是层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子化合物。目前,国内多家公司拥有自己的核心技术专利。电解液与锂电池类似,锂电池使用六氟磷酸锂,钠电池使用六氟磷酸钠,钠离子电池和锂电池的隔膜一致,均为PP/PE。集流体方面两者有些区别,钠离子电池正负极集流体均为铝箔;锂电池正极为铝箔,负极为铜箔。

目前钠离子电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、合金类材料、过渡金属氧化物及有机化合物等。他们分别有不同的优点。在碳基材料中,硬碳材料具有结构多样、价格低廉、导电性良好、储钠容量高、嵌钠后体积形变小、环境友好和低氧化还原电位等优点;软碳层间距较硬碳小,软碳储钠的比容量仅220mAh/g,其体积容量难以提高,且低温性能、快充性能等方面均没有硬碳好。合金类材料存在储钠过程中体积膨胀严重,材料粉化,循环稳定性差,成本高的问题;金属化合物有原材料价格昂贵,穿梭效应严重,库伦效率低等问题。

为何聚焦于负极材料的研发呢?夏永高告诉记者,硬碳作为钠离子电池负极材料,具有较低的嵌钠平台(~0.1V)和较高的比容量(300-400 mAh/g),且来源丰富,被认为是最有希望推动钠离子电池产业化的负极材料。目前,硬碳为钠电原材料国产化“卡脖子”环节,主要还依赖于进口,国内硬碳负极材料行业仍处于技术研发及优化阶段,而国外日本可乐丽公司单价高达20万元/吨。 因此,为了打破国内“卡脖子”技术限制,加快推进钠离子电池的步伐,迫切需要加快高容量、长循环的硬炭负极材料研发。“根本原因是目前国内负极材料与国外先进水平还有差距,国产替代有巨大的市场空间。”,他表示。

钠电池市场前景广阔

中科海钠是国内钠电池领先企业之一,在江苏溧阳建设了中试线,在山西建设了钠电池储能装置,还联手三峡能源等公司,在安徽阜阳建设1 GWh的钠离子电池规模化量产线。据悉,中科海钠·阜阳全球首条GWh钠离子电池生产线已落成。

据介绍,相比锂电池,大规模量产后的钠离子电池具有成本优势。据资料显示,碳酸锂的价格屡创新高,目前接近50万元/吨,而钠材料的价格则要便宜很多,钠离子电池在安全性能、高低温性能和倍率性能上表现更为优异。

中科海钠对钠电池的发展充满信心,尤其是在碳酸锂价格高位下迎来快速发展期。预计钠离子电池将率先取代铅酸电池进军低速二轮车,后切入储能和A00级车,部分替代磷酸铁锂电池。假设2025年全球电化学储能中钠离子电池渗透率为10%,电动两轮车钠离子电池渗透率为25%,A00级电动车钠离子电池渗透率为20%,钠离子电池需求为67.5GWh,市场空间接近500亿元。

据公开资料显示,2021年,四轮电动车产销量总共约110万辆,记者多年报道低速电动车产业,低速电动车的消费者对价格非常敏感,这是他们多年来不愿意使用锂电池的根本原因,但是铅酸电池并不适合作为动力电池,铅酸电池则存在污染问题,钠电池大规模量产后将在这个领域有广阔空间。

除了低速电动车外,公开资料显示,2021年电动自行车销量为3400万辆,电动摩托车销量为400万辆,总共3800万辆,如果算上库存和没有备案的产品,预计在4000万辆左右。

钠电池在储能领域也有较广阔的应用。在第十二届中国国际储能大会上,中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙透露,2021年储能生产制造产业链市场规模达500-600亿元,比2020年增长120%以上。由于上游原材料价格提升,储能系统成本上涨30%-50%。目前储能系统成本1.5-1.6元/Wh,保持盈亏平衡点,其电芯产品市场供不应求。钠电池应用于储能领域,将平抑储能产业成本上升。