当前位置: 首页 调研纪要

#调研纪要#纳离子电池专家交流纪要20220908

栏目:调研纪要 作者:ZML 时间:2022-09-08 10:14:57
一、钠离子电池行业背景 钠离子电池概念由来已久,在上世纪70〜80年代已经岀现,在国外的科研机构 中已有一定研究,但是后来产业化进程比较慢,主要是因为在材料体系方面没有 达成共识。 2011年,在英国出现第一家公司做钠离子电池应用工程化,我们国家最早是中 科海钠在2017年开始做,中科海钠背靠科研院所,技术储备比较好,专利比较 多,目前在国内是比较领先的。 在宁德时代7月份推出钠电池概念之后,在市场中备受关注,很多的锂电池市场 头部玩家纷纷投入其中,进行前期的技术储......

一、钠离子电池行业背景

 

钠离子电池概念由来已久,在上世纪70〜80年代已经岀现,在国外的科研机构 中已有一定研究,但是后来产业化进程比较慢,主要是因为在材料体系方面没有 达成共识。

 

2011年,在英国出现第一家公司做钠离子电池应用工程化,我们国家最早是中 科海钠在2017年开始做,中科海钠背靠科研院所,技术储备比较好,专利比较 多,目前在国内是比较领先的。

 

宁德时代7月份推出钠电池概念之后,在市场中备受关注,很多的锂电池市场 头部玩家纷纷投入其中,进行前期的技术储备以防在日后竞争中掉队。

 

1) 钠离子电池的原理:

 

钠电池和锂电池的工作原理是一致的,都属于摇椅式电池,充电的时候从正极脱 出,通过电解液这种介质,然后嵌入到负极,然后放电的时候正好相反,以此循 环往复。

 

2) 钠离子电池的生产工艺:

 

钠电池工艺原理和锂电池是高度重合的。第一步是前期的制浆工序,也就是添加 竹粉、导电剂、粘结剂等一些材料进去制作浆料;接下来第二步是涂布,将第一 步制备的浆料以指定厚度均匀涂布到集流体上,并烘干溶剂;第三步是滚压,对 材料进行压实整形,再接下来是模切,然后是根据技术路线选择卷绕或者叠片;最后是装配,然后封装(激光焊或者盖板),进行干燥化操作。

 

3)钠离子电池的优势:

 

第一点,钠离子电池生产成本低。钠相对磷酸铁锂电池在成本上可以大幅降低, 很大一部分原因在于钠资源储备比较丰富,在全球地壳中丰度达到2.3%,远高于 锂元素,再加上锂资源主要集中在南美国家,我们国家头部的锂电池厂商也纷纷 到南美去布局,而钠前驱体,纯碱材料,我们国家很多企业都可以做。下图1是钠 离子电池和锂离子电池成本对比,碳酸钠纯碱前驱体大约是3000元/吨,而锂电 池前驱体大约是14-18万元/吨左右。钠离子电池负极集流体可以用铝箔替代锂 电池用的铜箔,铝箔价格比铜箔要低很多。此外,锂电池的负极要用石墨,而钠 离子电池如果走软碳路线,可以采用无烟煤做前驱体,无烟煤生产工艺路线相对 简单,成本比较低。钠离子电池倍率性能比当前主流的锂电池好。钠离子的斯托 克斯半径比较小,如果用目前主流磷酸铁锂电池的电解液去注入钠离子电池,同 等浓度下,钠离子跑的速率会比锂离子快,测算结果要高出20%;如果是同样 的充放电速率,钠电池电解液需要的添加剂少,电解液成本可以下降。

 

第二点,钠离子电池安全性相对锂电池高一些。专家所在公司方面有进行评测, 钠离子电池的内阻比三元锂、磷酸铁锂电池都要稍微高一些,一旦发生热失控短 路,钠离子电池的短路电流相对低一些,瞬间发热比较弱。并且,钠离子电池放 电可以放到0V,目前磷酸铁锂电池放电极限是2.5V,三元锂是2.7V,不能再低;锂 电池如果过放会导致负极吸铜,容易刺穿隔膜造成内部短路、热失控。专家所在 公司对钠电池做过针刺、挤压实验,钠电池在针刺时候不起火、不爆炸,没有一 点问题。

 

第三点,钠离子电池的低温性能优异。测算结果显示,在零下20度时,钠离子 电池能量保持率达到88%,零下30度为81%,同等到零下30度,磷酸铁锂电池能量 保持率只有60%,这也是为什么天气冷时不带自加热的新能源车不耐跑。

 

4)钠离子电池的不足:

 

钠离子电池在循环寿命方面还有待提升。一些主流的头部企业,宁德时代号称开 发出来能量密度160的钠电池循环寿命能有4000次,中科海钠能量密度达到150 能循环大于3000次,这种差距主要看走哪一种技术路线,专家公司团队也做 了,能量密度区间是135-145,循环寿命大概在2800次左右。

 

钠电材料体系能量密度和磷酸铁锂有一定差距,和三元锂差距更大,钠原子半径 比锂大30%,因此质量敏能量密度和体积敏能量密度都不占优势。

 

钠离子电池的应用场景:

 

钠电池在汽车动力电池领域不占优,因为能量密度比锂电池低。

 

钠电池在储能领域有优势,储能需求对能量密度不敏感,如果通过产业链建设做 到钠电池成本大幅降低,会有很强竞争力。

 

在A0级低速车上钠电池也可以用,不过专家更看好储能领域前景。

 

 

 

二、钠离子电池的技术路线:

 

钠电技术路线很多,可以说是百花齐放,技术路线太多、没有共识也是长期没有 产业化的原因之一。

 

1)正极材料:

 

经过多年的探索,目前沉淀下来正极主流的技术路线有三个,分别是层状氧化 物、普鲁士蓝和普鲁士白、聚阴离子,别的技术路线,比如磷酸盐、氟化磷酸盐 都慢慢被边缘化了。

 

层状氧化物电池结构和三元、镣钻镒酸锂类似,正极晶格结构是层状的,优点是 能量密度可以做高,同时相比聚阴离子循环寿命会略差一些。聚阴离子正极结构 和磷酸铁锂类似,是橄榄石状晶体结构,可以做到结构很稳定,有助于做高循环寿 命,但成品电池能量密度低。普鲁士蓝正极是立方体结构,路线优势是原料成本 低,但是循环寿命做不上去。

 

头部公司正极路线选择:据专家所知,宁德时代做了层状氧化物和普鲁士蓝两条 技术路线,但目前已经放弃普鲁士蓝,因为循环寿命他们只能做到不足2000 次,作为动力电池很受制约。中科海钠走的是层状氧化物。钠创的研发布局要早 一些,走层状氧化物和聚阴离子两条路线。星空钠电做的是普鲁士蓝。

 

2) 负极材料

 

负极主要有两大路线,就是硬碳和软碳。钠的原子量是23,锂是6.9,相差三倍, 离子半径差了30%,导致钠离子无法在石墨层中快速嵌入和脱出,所以要开发新 的负极材料。硬碳表面有很多微孔(硬碳每一层排列不规则),便于钠离子快速 嵌入和扩充,硬碳路线有助于做高电池能量密度;软碳路线加工工艺成本比硬碳 低,但是相对硬碳路线克容量偏低,能量密度低。

 

头部公司负极路线选择:中科海钠在山西,和华阳集团有合作,用无烟煤做前驱 体走软碳路线,他们宣称克容量能做到350〜400,但是专家比较怀疑这个数据。

 

3) 电解液:

 

钠离子电池电解液与锂离子电池类似,都是溶质、溶剂、添加剂,主要的差别在 溶质上。

 

目前溶质主要是六氟磷酸钠(类似于锂电池的六氟磷酸锂),优点是导电率比较 高,专家测算过,相同浓度比锂电池高岀20%。

 

4) 集流体:

 

钠离子电池负极可以用铝,锂电池不行,锂离子会和铝箔反应形成化合物腐蚀负 极,钠离子电池因为能过放到0V。锂电池用的铜箔钠电池同样可以用,就直接 用一样的产品,不需要再做深加工。

 

三、钠离子电池主要企业:

 

国内玩家中,中科海钠相对布局比较早,立方能源、宁德时代都在中科海钠之 后,然后蜂巢、国轩、亿纬、欣旺达这些又都是在宁德时代做了之后才跟进。

 

1)中科海钠:

 

中科海钠是国内钠离子电池走在最前面的,产业链搭建的比较完善,他们在山西 太原建设了正负极材料生产基地,在山西阳泉和安徽阜阳建有钠离子电池生产 线,今年7月份时候他们对外发布消息是阳泉生产线已经批量产出了,但是实际 进度应该没有那么快,当时应该是完成设备进场,现阶段在联调联试,员工培 训、熟悉设备都需要过程,按照锂电池生产经验来看,调试需要3〜5个月,逐 步爬升产能到实现稳定量产。

 

2)宁德时代:宁德时代布局也相对比较早,他们和容百签了协议,由他们来提 供钠电原料,本身容百就为他们提供了高镣体系的原料。

 

3)钠创:产业链布局也相对比较完善,他们能自主产岀正极材料,还有一个中 科海钠不具备的优点,就是能做电解液。

 

4)立方能源:完成了普鲁士蓝正极材料技术储备,在今年4月份宣布进入小批 量生产。

 

5)传艺科技:背靠一些科研院所,对外发布了他们产品在中试线、小试线上的 性能指标(能量密度、循环寿命等)和国内头部玩家已经在同一行列。但是,在 中试、小试阶段做岀的产品和实际量产性能还会有差,需要考虑良率、成本控 制等问题。

 

6)正极材料企业:

 

锂电材料厂商在钠电领域布局都比较迅速。2022年7月,容百发布了四款正极材 料,其中三款是层状氧化物、一款是普鲁士白,已经初步具备钠电正极材料量产 能力,相关产品已经送样到下游的电池厂商评测过了。振华在2022年6月发布定 增预案,规划建设年产10万吨正极材料,兼容高線、中镣、钠电。

 

当升今年7月也开了发布会,发布新的层状正极材料,专家个人分析,很可能就 是层状氧化物已经研发出来了,预计是23〜24年量产。厦鸨主要做高电压体系 材料、钻酸锂材料,现在也宣布进军钠电材料,现在已经小批量送样。

 

专家和多家主流材料厂商人员均有交流,总体上对钠电前景有信心,普遍预期在2025年能够实现十万吨级以上年出货量;根据容百和振华的人评价,估计层状 氧化物路线是最有可能率先实现量产的。

 

7)负极材料企业:

 

中科海钠是和华阳合作,就地取材用无烟煤,走软碳路线。宁德时代自己开发材 料走硬碳路线。中科海钠宣布已经和华阳共同开发出了克容量大于400的软碳材 料,专家个人对此持怀疑态度,因为专家评测过很多软碳材料,克容量做到300 已经是很好的产品了。贝特瑞目前能够小批量生产硬碳和软碳负极材料。在日本,丰田和松下都有在2016年开始做钠电材料方面研究,专家所在公司曾 采购过丰田和松下的材料用于测评。

 

8)电解液企业:

 

国内主要玩家是钠创,他们布局了六氟磷酸钠,宣称是实现了5000吨级的电解 液生产线投产,预期未来3〜5年建设配套8万吨级正极材料生产的电解液产线。

 

多氟多也有前期的技术储备,目前对外宣称有千吨级的六氟磷酸钠产能,并且宣 布研发成功了新的添加剂,能够进一步提升钠离子的迁移速度,会使得成品电池 快充性能明显提升。国内的其他电解液玩家,比如天赐、新宙邦都在逐步投入对钠电池的布局、研 发。

 

问答:

 

Q1:钠离子的正极材料体系有三种,那么您认为会是其中哪一种先走或者齐头 并进呢?

 

专家认为,层状氧化物路线会率先产业化量产,主流的玩家宁德走的是这条路 线,普鲁士蓝已经被他们放弃,一方面是循环寿命他们只能做到不到2000次就 性能跳水,再加上普鲁士蓝产品碰撞性能不好,一旦短路热失控就释放出剧毒的 氢氟酸,对人体造成二次伤害。

 

专家认为,层状氧化物会被最多厂商采用,聚阴离子次之。钠电池中的层状氧化 物和聚阴离子就相当于锂电池的磷酸铁锂和三元锂,聚阴离子安全性好,寿命 高,牺牲能量密度。

 

Q2:六氟磷酸锂厂商生产氟磷酸钠是否有壁垒?

 

六氟磷酸钠和六氟磷酸锂生产工艺上有比较大的差别,刚才提到过,锂和钠原子 质量、半径有比较大差别,造成锂电电解液厂商无法很快切换到钠。去年7月就 推出了钠离子电池,一年过去了天赐、新宙邦、石大胜华都没有做到批量供应六 氟磷酸钠,都还在摸索工艺路线,可见还有一定难度;钠离子电池生产本身可以 比较简单的拿锂离子电池生产线无缝切换,但是六氟磷酸钠电解液不能,还是有 一定的壁垒。

 

Q3:钠离子电池产业化之后,市场格局是否会和锂电池类似,出现头部一家或者 几家独大现象?

 

专家认为,走的比较靠前的中科海钠、钠创,虽然前期技术储备比较充分,但是 后期对他们不看好,原因是虽然目前有技术壁垒,但是容百、当升、厦絹这些企 业在材料方面接下来几年正向或者逆向研发,出资挖团队,攻克技术难点之后会 依靠公司规模、资金实力很快放量,这之后如果钠电有市场,宁德时代、比亚 迪、中航、蜂巢等锂电厂商马上就可以把锂电产线切换到钠电,产能上对中科海 钠、钠创形成优势。

 

Q4:锂电池目前采用复合铜箔集流体来提升安全性,刚才提到钠电池在穿刺实 验中已经比较安全了,那么以后钠电池还会采用复合集流体吗?

 

目前PET铜箔还没有大规模推广,因为还有一些关键技术问题没有解决,比如断 电、基膜穿孔,等等,在制约大规模使用,未来解决问题之后才会在锂电池中大 规模使用。专家指出,钠电池穿刺实验不起火、不冒烟,但是安全只是相对的,是相对三元 锂、磷酸铁锂而言,但是如果破坏隔膜让正负极直接连通,钠离子照样会出现热 失控,用PET复合铜箔还是会进一步明显改善安全性,降低热失控的概率。

 

Q5:钠电池与锂电池相比对于导电剂的需求如何?(碳纳米管/导电石墨)

 

钠电池在导电剂使用量上会比锂电池低一些,碳纳米管和导电石墨都会少,因为 钠离子迁移速度高。

 

Q6:听天赐材料说六氟磷酸钠的生产环保、回收问题很大,所以很难推广,他 们面对的障碍是什么,为何反应这么激烈?

 

天赐以前是做六氟磷酸锂的主流玩家,但是六氟磷酸锂转向六氟磷酸钠生产是有 壁垒的,不可能说直接无缝切换;作为新企业的钠创都已经攻克了六氟磷酸钠量 产技术,产能已经到5000吨级了,能否做成还是要看企业的技术储备有多雄 厚,如果企业切换到钠赛道比较晚,那就需要更长时间做前期积累。专家觉得电 解液一定能解决,不会制约钠电产业发展。

 

Q7:目前技术路线来看,六氟磷酸钠生产成本是否会高于六氟磷酸锂?

 

目前六氟磷酸钠生产成本会高,但是专家认为未来随着生产放量成本会降低,会 倒逼上游,因为钠的成本比锂低。

 

Q8:中科海钠官方表示已有新技术使得钠离子电池能量密度突破200瓦时/公斤,你是如何看钠离子电池本身技术迭代呢?刚才说到钠离子电池循环使用次数目前会低于锂电池,核心原因是否是钠原子半径的,未来会是什么样?

 

专家对于钠离子电池未来是很乐观的,专家自己也和容百、振华的人员沟通过, 对于未来钠离子电池能量密度赶上锂电池,甚至超过磷酸铁锂具有信心。如果能 量密度真的能做到200那对磷酸铁锂是颠覆性的,车企会很乐于接受这种钠电 池,因为钠电池成本低。钠电池未来在循环使用次数上也是有可能追上锂电池的,因为虽然说了钠离子在 源自半径上天然有劣势,但是技术本身会更新。专家刚开始做锂电池时候,产品 循环次数逐步从1000次慢慢突破到3500以上,还做出来了很多原先不可想象的 技术,比如碳包袱、掺杂、改性,等等,钠电池有需求也会不断有人去投入推动 技术改进、性能提升。专家认为,未来能够解决钠离子电池循环使用问题。

 

Q9:未来在负极方面有什么技术进步方向?

 

在硬碳方面,还需要一些表面处理技术提升,可能是钝化、掺杂,让微观层状结 构空隙尽可能多和大,来提升克容量。

 

Q10:钠电池在产业化过程中,材料厂和电芯厂哪一个更有竞争力,谁在研发中 占主导地位?

 

专家认为,毫无疑问是材料厂更有优势,材料利润比电芯要高,和锂电一样,锂 电池厂商都不怎么挣钱,挣钱的都是上游材料。如果从技术研发方向主导性看,钠电池材料厂和电芯厂算是共同研发,好的材料 体系不是材料厂商一方能单独完成的额,开发出一款材料过程中先是材料厂开发 产品小批量供应来给电池厂实验、试用,拿材料做成成品电池,对电池性能进行 评测,之后修正、反馈数据给材料厂商,材料厂商继续调整材料配方再供货,多 轮循环之后材料才定型。


文章来自#赚美了#,一个专注高成长股投研的平台,www.zhuanmeile.com
免责声明:以上内容为本站由网络合法获得,版权归原撰写方所有,其观点不代表本站观点,亦不代表本站赞同其观点或证实其内容的真实性,如有侵权请联系客服处理。

有话要说

  



客服微信

分类栏目