中科院、“寧王”追逐的鈉離子電池：風口易起，商業(yè)化難落
文｜連線出行古月
編輯｜周雄飛
經(jīng)歷了過去一段時間鋰電池概念股的暴漲，投資者開始迫不及待地尋找下一個風口，由于鈉離子電池是最有可能對鋰電池形成替代的技術(shù)路線，近期在動力電池行業(yè)中引發(fā)了一波關(guān)注熱度。
近期，在中科海納與江淮集團打造的思皓EX10花仙子上，首次實現(xiàn)了鈉離子電池從0到1的里程碑式裝車，其試驗車正式對外亮相，也讓沉寂多時的鈉離子電池再一次出現(xiàn)在聚光燈下。
思皓EX10花仙子車身照片，圖源江淮汽車官微
其實，除了中科海納之外，近年來有不少鋰電池企業(yè)紛紛開始涉足鈉離子電池。如寧德時代、億緯鋰能、鵬輝能源等資本市場上的“網(wǎng)紅”企業(yè) ，其中，寧德時代在2021年就發(fā)布了鈉離子電池相關(guān)的技術(shù)進展；億緯鋰能和鵬輝能源也都公布了各自在鈉離子電池方面的計劃。
石墨材料的出現(xiàn)、以及電池技術(shù)的不斷突破，讓鈉離子電池自身存在的諸多缺陷得到改善，性能也逐步接近磷酸鐵鋰電池，這也是如今眾多鋰電池企業(yè)紛紛“跨界”進入鈉離子電池領(lǐng)域的原因。
此外，從更宏觀的行業(yè)角度來看，中國鋰資源儲量較少，且不斷上漲的鋰礦價格，很容易讓動力電池企業(yè)面臨原材料“卡脖子”風險，而這樣的風險已在這兩年如實地出現(xiàn)在行業(yè)每個人面前。因此，這逼迫著動力電池廠商考慮電池原料的其他選擇，而易于獲得的鈉資源也就被納入選擇范圍中。
就此來看，鈉離子電池的前景看似很豐滿，不過至少從目前來講，由于能量密度過低等問題，很難在新能源乘用車上實現(xiàn)大規(guī)模商用，目前主要應用場景依舊是以電動兩輪車、A00級車型以及儲能為主。
那么，隨著鈉離子電池技術(shù)的快速突破，能否解決鋰電池原料“卡脖子”的困境？寧德時代、中科海納等電池廠商又能否搶占上鈉離子電池行業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢？
為何鋰電池廠商紛紛“跨界”？
在資本市場，鈉離子電池概念愈發(fā)火熱，時不時地掀起一股漲停潮。
比如去年6月22日，原本做消費電子業(yè)務的傳藝科技披露設(shè)立孫公司傳藝鈉電，宣布布局鈉電池業(yè)務，次日便收獲漲停。次日到9月26日，不到四個月的時間里，公司股價便從11.7元/股一路飆升至51.15元/股。
資本市場情緒高漲的背后，是鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的不斷落地。
在鋰電池廠商中，最早掀起鈉離子電池革命的是行業(yè)“一哥”寧德時代。早在2021年7月，寧德時代開了一場時長僅有10分鐘的鈉離子電池發(fā)布會，對旗下鈉離子電池的研發(fā)進展做了介紹，由此其當日股價便上漲了6.05%，市值拉到1.3萬億人民幣。
發(fā)布會上，寧德時代宣傳其鈉離子電池具有如下性能：電芯單體能量密度高達160Wh/kg，為目前全球最高水平；電池循環(huán)壽命能夠達到3000次（一般鈉離子電池的循環(huán)壽命在1000-2000次左右，約為鋰離子電池的三分之一）。
寧德時代鈉離子電池參數(shù)，圖源寧德時代官微
此外，在充電和放電方面，寧德時代也表示自身研發(fā)的鈉離子電池存在一定的優(yōu)勢。比如在常溫下充電到80%電量只需15分鐘；零下20℃低溫環(huán)境下，90%以上的放電保持率。相比之下，三元鋰電池普遍充放電保持率僅能維持在70%左右的水平，對于北方城市而言可以稱得上是電動車“福音”般的存在。
至于實現(xiàn)路徑，寧德時代通過用硬碳作為負極，在更大的層間空間設(shè)置了更多的能嵌入鈉離子的孔洞，再通過技術(shù)手段處理，就能讓鈉離子暢通無阻地游離于正負極之間，進而實現(xiàn)15分鐘充滿80%電的目標。在正極材料的選用中，寧德時代采用了高克容量的普魯士白材料，解決了電池循環(huán)衰減過快的問題。
在“寧王”的帶頭下，有不少鋰電池企業(yè)紛紛涉足鈉離子電池領(lǐng)域。
比如億緯鋰能，于去年12月發(fā)布了第一代大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品，能量密度為135Wh/kg，循環(huán)次數(shù)達到2500次。根據(jù)官方透露，億緯鋰能計劃到2026年將鈉離子電池能量密度提升至140-160Wh/kg，并實現(xiàn)萬次循環(huán)，成本能夠降到0.2元/Wh的水平。
再比如鵬輝能源，根據(jù)公司儲能與動力電池研究院助理院長王康在行業(yè)會議上所透露，鵬輝能源將要推出6000次循環(huán)的鈉離子電池量產(chǎn)產(chǎn)品，解決上游原材料的穩(wěn)定供應后，預計2023年實現(xiàn)量產(chǎn)。
另外研發(fā)的無負極磷酸釩鈉電池能量密度超160wh/kg，如果進展順利的話，那么鵬輝能源的鈉離子電池性能將接近磷酸鐵鋰電池，畢竟一般來講磷酸鐵鋰電池的能量密度也在160-180wh/kg左右。
在鋰電池企業(yè)紛紛進入鈉離子電池領(lǐng)域的背后，則是在二者相似的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)下，擁有規(guī)模和技術(shù)經(jīng)驗的鋰電廠商可以發(fā)揮行業(yè)經(jīng)驗優(yōu)勢，把在鋰電領(lǐng)域的生產(chǎn)經(jīng)驗沿用至鈉離子電池領(lǐng)域，加速產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)、投產(chǎn)、爬坡。
畢竟鈉離子電池與鋰離子電池的工作方式類似，比如鈉離子電池的電解液與鋰離子電池十分接近，區(qū)別僅是在材料方面有所替換，用鈉鹽取代了碳酸鋰。因而鋰離子電池廠商需要在原材料上多下點功夫，就可以憑借現(xiàn)有的技術(shù)儲備實現(xiàn)“跨行”。
鈉離子電池、鋰離子電池材料對比，圖源川財證券
當然，參與鈉離子電池這場盛宴的不僅僅有從鋰電池“跨界”而來的同行，也有來自國內(nèi)科研院所和高等院校的創(chuàng)新型企業(yè)。
比如中國科學院物理研究所陳立泉院士、胡勇勝研究員創(chuàng)辦的中科海納，目前其鈉離子電池在壽命、低溫工作、功率都具有一定優(yōu)勢。近日，中科海鈉與思皓新能源（江淮汽車和大眾汽共同創(chuàng)立車的合資車企）打造的行業(yè)首臺鈉離子電池試驗車思皓E10X花仙子公開亮相，續(xù)航能達到251km，已經(jīng)超過了五菱宏光MINI EV低配版203km的續(xù)航。
各界企業(yè)爭相布局鈉離子電池的另一個原因：在技術(shù)的不斷升級下，鈉離子電池的性能已經(jīng)逐步接近于鋰離子電池，為商業(yè)化階段做了良好鋪墊。
由此來看，從寧德時代、億緯鋰能等動力電池廠商，到有中科院做背書的中科海納，在近兩年都把鈉離子電池作為研發(fā)的重點。
當然，以目前的情況來看，鈉離子電池能否實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)應用依舊有著很大的不確定性，而寧王等大量的企業(yè)都在布局鈉離子電池，是不是有點為時尚早？
鈉離子電池風口，為何突然興起？
在元素周期表中，鈉和鋰是同一種族的相鄰元素，擁有相似的化學性質(zhì)。然而，在商業(yè)化應用上，鈉離子電池卻較鋰離子電池相聚甚遠，在過去的二十年差距不斷被拉開。
在早期，鋰離子電池和鈉離子電池的研究進展都不太順利，直到石墨材料的出現(xiàn)，讓二者在商業(yè)化層面的差異真正有所體現(xiàn)。
由于鈉離子的半徑比鋰離子更大，使用石墨嵌入鈉離子的效果遠遠不如鋰離子，使得相同石墨材料的鈉離子電池的容量大概只有鋰離子電池的十分之一，進而導致了鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池低很多。通常情況下，鋰離子電池的能量密度為150-350Wh/kg，而鈉離子電池僅有70-200Wh/kg。
因而，新能源汽車的興起，讓鋰離子電池的商業(yè)化開始進入“狂飆”模式，而鈉離子電池由于續(xù)航能力低，僅能用于一些兩輪電動車上。然而，鋰電池如火如荼的發(fā)展，卻帶來了上游“卡脖子”的風險。
雖然地球上鋰資源的儲量并不少，但是可用于開采的鋰礦卻十分稀缺。全球的鋰礦資源幾乎都聚集在“鋰三角”（玻利維亞、阿根廷、智利）和澳大利亞地區(qū)，超過一半的可開發(fā)儲量位于南美，分布在智利和阿根廷等地，而中國的鋰資源儲量僅占全球的7%左右，其中絕大多數(shù)還屬于鹵水型鋰資源，品質(zhì)低、開采難。
因而，中國的鋰資源對外依賴程度較高，超過60%的鋰原料需要國外進口。2022年11月份，加拿大毫無征兆地宣布將鋰礦收歸國有，要求中國三家公司剝離在加拿大關(guān)鍵礦產(chǎn)公司的投資，也讓國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)不得不關(guān)注原材料的供給安全。
與此同時，近年來新能源汽車的蓬勃發(fā)展，加大了鋰資源的需求量，也讓其價格不斷攀升，動力電池企業(yè)被迫考慮可能成為動力電池原材料的第二選擇。
上一波漲價潮過后，2017-2020年鋰電池的主要原材料都迎來了漫長的下跌之路。然而，2020年年末，在政策扶持下新能源汽車開始起量，鋰電池產(chǎn)業(yè)的上游資源成為被瘋搶的對象。以碳酸鋰為例，據(jù)大宗商品交易網(wǎng)生意社數(shù)據(jù)顯示，在兩年內(nèi)從4.39萬元/噸沖破60萬元/噸，漲幅超過十倍，對于中游企業(yè)的壓力不言而喻。
電池級碳酸鋰價格走勢，圖源生意社官網(wǎng)
在去年的世界動力電池大會上，廣汽集團董事長曾慶洪就曾吐槽：“動力電池占整車成本的 40%-60%，且還在不斷漲價，我豈不是在給寧德時代打工？”
當然，吐槽的同時廣汽也沒閑著。去年10月份，廣汽集團控股的廣汽埃安新能源汽車股份有限公司宣布，因湃電池科技有限公司正式注冊成立，總投資109億元，將開展電池自研自產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，以及自主電池的生產(chǎn)制造和銷售。
讓自己的客戶變成敵人自然是動力電池企業(yè)最不愿意看到的事情，降低電池成本成了當務之急，倒逼動力電池企業(yè)不得不在鈉離子電池的技術(shù)突破上不斷下功夫。
除了動力電池行業(yè)，與其密切相關(guān)的儲能行業(yè)，鈉離子電池也已成為行業(yè)公認的發(fā)展趨勢。
眾所周知，儲能技術(shù)正在成為許多國家實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵技術(shù)之一，以及特斯拉、蔚來等新能源車企也把儲能作為自身的主要業(yè)務，比如特斯拉想用太陽能和儲能業(yè)務讓家庭和車輛變成一個個“虛擬電廠”。
虛擬電廠示意圖
作為新材料代表的鈉離子電池憑借其安全性、低溫穩(wěn)定性和價格優(yōu)勢，在業(yè)內(nèi)看來在未來有望得到很多國家機構(gòu)乃至新能源汽車企業(yè)的青睞。目前，鈉離子電池僅占儲能項目的0.24%，上升的市場空間依舊廣闊。
總結(jié)來看，鋰礦價格的暴漲、近兩年席卷行業(yè)的“電池荒”，以及與之而來的供給端“卡脖子”風險，讓電池廠商不得不考慮鈉離子電池這一替代技術(shù)的發(fā)展。同時，新興應用的興起，讓鈉離子電池的特性有了用武之地，鈉離子電池就這樣站在了時代的風口上。
但鈉離子電池想要真正落地上車，并不容易。
鈉離子電池，離大規(guī)模上車還有多遠？
盡管由于諸多原因，鈉離子電池上車似乎已是箭在弦上，不過依然要看到，至少目前來說，鈉離子電池距離大規(guī)模實現(xiàn)在乘用車的商用還有很長距離。當然，鈉離子電池能否最終走到那一步，也是個未知數(shù)。
首先，從產(chǎn)品本身而言，由于能量密度問題，鈉離子電池在短時間內(nèi)很難對鋰離子電池造成實質(zhì)性挑戰(zhàn)。
正如上文所說的，由于鈉離子的半徑比鋰離子要大得多，導致石墨嵌鈉的能力遠低于嵌鋰的能力，造成了鈉離子電池內(nèi)部動力學十分緩慢，最終導致其能量密度遠低于鋰離子電池。
從理論上講，鈉離子電池能量密度為70-200Wh/kg，三元鋰離子電池為150-350Wh/kg，磷酸鐵鋰電池則在150-210Wh/kg?？梢钥闯?，鈉離子電池與鋰離子電池在能量密度方面有著明顯的差異。
這也就導致了鈉離子電池的主要應用場景還是在兩輪電動車、A00級乘用車等對于續(xù)航里程較低要求的車型上。
雅迪鈉電兩輪電動車，圖源雅迪電動車官微
比如前文提及的，在中科海納與江淮集團聯(lián)合打造的思皓EX10花仙子上，電池容量為25kWh，系統(tǒng)能量密度為120Wh/kg，續(xù)航僅僅250多km出頭。雖然比神車五菱宏光MINI EV剛200km出頭的續(xù)航要好，不過目前鈉離子電池在新能源汽車的應用場景也只限于A00級別的乘用車。
再來看看寧德時代發(fā)布的鈉離子電池，雖然其能量密度可以達到160Wh/kg，但這也只是三元鋰電池的下限。況且，為了彌補鈉離子電池在能量密度上的劣勢，該電池采用了B電池系統(tǒng)，即把鈉電和鋰電以一定比例混搭，集成到同一電池系統(tǒng)中，通過BMS算法來進行平衡控制。
言外之意，寧德時代的鈉離子電池中依舊需要鋰的幫助，而且該電池依然主打儲能和兩輪電動車應用，并沒有將新能源乘用車作為主要目標市場。
因此，由于鈉離子電池在能量密度方面與生俱來的劣勢，在乘用車市場實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用目前來看還遙不可及。
其次，雖然鋰電池廠商可以將產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗沿用至鈉離子電池領(lǐng)域，不過由于電池電極材料變化較大，整個系統(tǒng)所有組件包括電極材料、電解液都需要重構(gòu)，意味著鋰電池廠商如果想要涉足鈉離子電池，就避免不了大規(guī)模的研發(fā)投入。
在正極方面，鋰離子電池通常為金屬氧化物、磷化物，而如今為了鈉離子電池廠商為了保障電池的穩(wěn)定性，在正極材料中采用普魯士藍逐漸成為趨勢；在負極材料中，正如上文中提到的由于石墨儲鈉較為困難，因此鈉離子電池負極材料一般采用有獨特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳。
目前，鈉離子電池的正極、負極等原材料尚未形成市場規(guī)模，多數(shù)企業(yè)選擇自供，供應鏈體系尚未成熟，使得鈉離子電池的成本短期內(nèi)難以下降。
動力電池生產(chǎn)線，圖源寧德時代
此外，雖然近兩年來鋰礦資源暴漲，但目前已較高點有所回落，電池級碳酸鋰均價為36.7萬元/噸，距離最高點60萬元/噸已下跌不少。
展望未來，中國科學院院士歐陽明高稱，預計今年下半年鋰資源價格會進一步回歸，可能在35-40萬元/噸，明年可能會出現(xiàn)產(chǎn)能過剩，今后的價格平衡點會在20萬元/噸左右。
如果說鋰資源價格的高漲讓動力電池廠商不得不考慮替代方案，那么鋰資源價格的回落也削弱鈉離子電池的成本優(yōu)勢。
基于以上分析來看，至少在短期內(nèi)，鈉離子電池還難以取代鋰離子電池。但對于對于寧德時代、中科海納等電池廠商來說，鈉離子電池或許在它們眼里依然是一個“金礦”、乃至改變動力電池行業(yè)格局的關(guān)鍵籌碼。因此，未來鈉離子電池行業(yè)的戰(zhàn)火，很大概率會燒得越來越旺。