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钠电池概念 (4)

　　2021年5月21日，宁德时代董事长曾毓群在股东大会上透露，将于2021年 7 月份左右发布钠电池，他表示：“我们的技术也在发展，我们的钠电池已经成熟了。”周末大家讨论得沸沸扬扬的钠电池，引起市场新一轮关注。

　　我们的观点是：钠电池是锂电池应用方向的重要补充，技术还需要不断完善，但不影响短线对该题材的炒作。

一、钠电池引起短线关注的背景

　　2021年初至今，锂电池上游核心资源锂盐及锂精矿价格大涨，叠加中澳关系、智利政局等问题，锂盐及上游锂资源成为产业和资本界的关注重点。

　　曾毓群也谈起了涨价的事：“涨得非常高，对我们成本影响会比较大……碳酸锂纯粹就是囤积居奇，这对新能源产业发展是不健康的。我们也在锂、钴、镍做了一些布局，(供应商)要真正地明白，合理的价格才(能)做得长远。

　　全球已探明锂资源储量约6200万吨，其中南美三国阿根廷、玻利维亚和智利占比超过一半。

　　中国虽锂资源探明储量排名靠前，但85%以上分布在西部高海拔山区和盐湖地区，以矿石型和卤水型两种资源为主，存在锂资源品位低、分离难度大、开采成本高等问题，总体进口依赖度高。

　　天齐锂业、赣锋锂业、宁德时代等为代表的企业积极在南美洲、大洋洲布局锂矿资源，但受限于当地不稳定的营商环境，针对锂资源短期内的需求上涨，解决锂资源对外依赖度高问题迫在眉睫。

二、什么是钠电池

　　钠电池(SIB)是一种使用钠离子(Na+)作为电荷载体的可充电电池。同锂离子电池相比，钠离子电池更适合作为大规模储能的器件，其具有三个优势：1)相对于锂元素，钠元素的标准电极电位高0.3V，作为储能材料而言有更好的安全性能;2)钠元素在地球上的储量丰富，地壳种金属钠的含量达到了2.4%，并且钠元素海水中就有丰富储量，开发方便;3)钠价格便宜。钠基电池包括基于正极(含钠)、负极(不一定含钠)和钠盐电解液。在充电过程中，Na+离子从正极迁移至负极，同时电子通过外部电路传输。在放电过程中，发生相反的过程，Na+从负极迁移至正极。

　　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，也阻碍了其发展。

三、钠电池与锂电池的对比

　　目前学界已研究了多种金属磷酸盐和氟磷酸盐作为正极。其中有NaFePO4(三叶草型)，Na2Fe(P2O7)，Na4Fe3(PO4)2(P2O7)，Na2FePO4F和Na/Na2[Fe1/2Mn1/2]PO4F。其中，Na3V2(PO4)2F3在室温下的Na半电池中显示出合理的性能，在平均电压为3.8V时可逆容量约为135mAh/g。我们比对了锂离子和钠离子电池的能量密度：由于能量密度偏低，钠电池适用于类似于目前使用磷酸铁锂电池的场景。这些包括短程电动汽车、储能系统(ESS)、电力公司的备用电源等。

　　钠电池的平均能量密度在90-150Wh/Kg，相比锂电池的250Wh/Kg，能量密度偏小。按照12Kwh续航100公里，如果单车续航700公里，则需约100Kwh的电池容量。如果按照锂电池250Wh/Kg能量密度计算，则锂电池的重量为400公斤。如果按照钠电池150Wh/Kg计算，那么重量会增加至约650公斤。如果都是按照平均2吨重的整车计算，使用钠基电池代替锂电池，重量提高约10%。这样的增重量，对于乘用车轻量化的要求而言，商用化的可能性不大。

　　因此，我们倾向于钠基电池的替代场景在于部分储能和小动力电池(比如两轮车)领域。

四、钠电池的技术发展路线与产业集群

　　目前国内外有近二十家企业对钠离子电池进行产业化相关布局，主要包括英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、美国Aquion Energy公司、法国NAIADES计划团体、日本岸田化学、松下、三菱以及我国的中科海钠、钠创新能源、星空钠电等公司。其中欧洲因其锂、钴等重要锂电上游资源缺乏，相对重视钠离子电池的发展。

　　部分钠离子电池体的产品处于产业化前期，但产品性能、成本控制以及适配应用场景有待进一步检验。国内代表企业中科海钠曾于2021年3月宣布完成亿元级A轮融资，投资方为梧桐树资本，融资将用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线。

　　钠离子电池与锂离子电池工作原理一致，生产工艺及设备相近，国内外已有多家企业专注新型钠离子电池研发与制造。

　　国际钠电池会议已经成功举办五届，为了满足我国广大钠电池科学及技术研究人员交流需求，进一步推进我国钠电池战略布局和加速发展，由中国硅酸盐学会固态离子学分会和长三角物理研究中心主办，天目湖先进储能技术研究院承办，溧阳市人民政府、江苏中关村科技产业园、中国科学院物理研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所、复旦大学、上海交通大学、中国电子科技集团公司第十八研究所、《储能科学与技术》杂志、中关村储能产业技术联盟协办的第一届全国钠电池研讨会于2019年8月24日至25日在江苏省溧阳市举行。

　　2019年8月24日上午8点，研讨会开幕式由中国科学院物理研究所研究员、中科海钠董事长胡勇胜主持，江苏省溧阳市委常委、江苏中关村科技产业园党工委副书记庄松年先生，中国硅酸盐学会固态离子学分会理事长温兆银先生，中国电子学会化学与物理电源技术分会主任刘兴江先生，天目湖先进储能技术研究院院长李泓先生分别为开幕式致辞。

　　上世纪70年代以来，钠离子电池和锂离子电池的研究同时起步。随着锂离子电池在上世纪90年代成功商业化后，钠电池的研究变得相对较少。直至20年后，随着可再生能源以及智能电网快速发展，迫切需要低成本大规模储能系统，钠电池又重新回到人们的视线之中。

　　此次会议邀请了多位国内外相关领域专家学者、产业链上下游企业研发人员、青年学生、投资基金及政府机构相关人员，共同探讨钠电池技术现状、发展趋势及产业化进展，将极大地促进我国钠电池技术及其产业的发展!

五、钠电池的应用场景探讨

　　由于体系能量密度低，在安全性上较同类别的锂离子电池体系具备一定优势，在以下对电池能量密度需求小的场景中具备应用潜力：

　　5.1 分布式电网储能

　　针对西藏、青海、新疆等人口密度低、地质环境差的地区，建设电网难度大、成本高，以储能电池搭配可再生能源发电的方式，是解决当地用电需求的理想解决方案。同时对于东南亚、非洲等电网基础设施差的区域，该解决方案具备海外市场需求。

　　5.2工程机械/低速类电源

　　对于叉车等工程机械设备，电动化是必然发展趋势。现阶段电动工程机械以铅酸电池为主，锂离子电池为辅。对于电动工程机械，由于需要配重，对能量密度需求较小，同时钠离子电池相较于铅酸电池具备锂离子电池相当的快充和低温性能，可扩展电动机械的应用场景，具备应用潜力。

　　5.3 通信基站、监控摄像头等固定设施电源

　　现阶段该类设施电源以铁锂电池和铅酸电池应用为主，钠离子电池将提供更多的选择空间。

六、对标主要上市标的

　　宁德时代在召开的股东大会上对外表示，今年7月份宁德时代将要发布全新电池钠电池，可能的机会包括：

　　华阳股份：公司间接持有中科海钠1.66%股权(中科海钠科技有限责任公司也已有生产线量产，自主知识产权)，同时公司拟投资项目一、钠离子电池正极材料千吨级生产项目;项目二、钠离子电池负极材料千吨级生产项目

　　沃尔核材：间接持有江苏迈科锂电9%股权(江苏迈科锂电有限公司，正在组建钠离子电池生产线，东莞迈科已在钠离子电池材料制作、平台建设等方面获得了突破性的进展，新申请了发明专利2项)

　　中盐化工：公司是全球领先的金属钠生产厂家，规模最大，成本最低，技术和质量最好。20年全球金属钠产能约16.05万吨，公司金属钠产能6.5万吨，占全球产能的40.5%;全球氯酸钠产能约430万吨，其中国内产能95万吨，公司产能16万吨，占国内的25%。

　　山东章鼓：公司投资的新疆喀什安德新材料公司，目前喀什安德技术基于PPS体系的锂离子，钠离子，锌离子固态功能膜片的材料合成以及干法自支撑膜片制造技术。

　　翔丰华：公司拥有一种钠离子电池高容量石墨负极材料制备方法和一种钠离子电池大层间距石墨负极材料制备方法

　　圣阳股份：圣阳与院士工作站等单位联合开发的高环保、高循环性钠离子电池已经通过实验阶段，进入样品测试，目前测试结果符合预期目标，效果良好

　　中国长城：下属公司也生产自主研发的钠离子电池，拥有钠离子电池材料预处理技术。

　　欣旺达电子股份有限公司也在生产和研发钠离子电池。

　　钠离子电池优点

　　研究人员将这种特定的材料定位商业机密，LITEN合作研究员Loïc Simonin指出：“其能量密度可与磷酸铁锂等锂离子电池相匹敌”。

　　钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，相较于锂盐而言储量更丰富，价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大，所以当对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种划算的替代品。

　　与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：

　　(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半;

　　(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本;

　　(3)钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右;

　　(4)由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

　　钠离子电池工作原理

　　在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极;放电时则相反。

　　新款18650钠离子电池，借助了钠离子转移(而不是锂离子)来存储和释放电能。

　　中国钠离子电池产业现状

　　中国科学院物理所参与的钠离子电动车只是一个演示性的项目。

　　但钠电池是一个新兴的产业，它可能还需要更多的研发才能绽放出时间的玫瑰。在目前的中国，钠电池的产业化的步伐正在加速。2019年1月，位于鞍山的辽宁星空钠电电池有限公司自主研发的钠离子电池近日进入量产阶段，世界上首条钠离子电池生产线投入运行，预计规模化生产后年产值超过100亿元。

　　除了企业界的努力，在学术界也还有很多研究团队在致力于钠电池的研发。比如南京理工大学夏晖教授在钠电池的锰基正极材料研究方面上取得了进展，相关成果发表在《自然·通讯》上。夏晖教授的研究团队找到的这种正极材料制成的钠电池电极比容量达到211.9毫安时每克，而目前市面上的锂电池正极材料比容量大约为140毫安时每克。不过，学院派对钠离子电池的研究主要是对各种水系电解质、有机系电解质和固态电解质以及相应的不同的正负极材料做排列组合，这些排列组合总可以做出比较高的比容量，但对产业界来说，核心问题还不是比容量的问题，核心问题是电池的循环寿命——也就是说这个电池能用多长的时间，能充电放电多少次，这个才是产业界最关心的。

　　所以，从产业情况来看，目前钠电池的产业化还停留在初级阶段，很多研究成果只是在高校与研究所流传，离真正落地还需要一定的时间——甚至有研究人员表示，在地球上的锂储量用完之前，钠离子电池根本没有机会。钠电池也可能像人工智能技术一样，一开始可能并不被人看好，只能在学院派里流传，但也许有一天会发生突变，迅速落地在产业界。这是很有可能的，所以钠电池实际上值得有前瞻思维的企业家与投资者高度关注。

　　钠离子电池是未来储能电池的重要发展方向之一。随着钠离子研发技术的不断进步，钠离子电池的商业化进程会不断加快，也许提前布局这一领域有望在新能源电池领域抢得先机。当然现在说钠离子电池取代锂电池似乎为时尚早。

【1】钠电池概念股 http://www.mobute.com/showinfo-6-19731-0.html

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