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電動車動力锂電池

汽車 更新时间:2025-01-08 09:23:24

電動車動力锂電池(鈉離子短期無法取代锂電池)1

作者:韋順

來源:股市動态分析

甯德時代突然宣布将于7月左右推出鈉離子電池,市場一時聞之色變,擔憂锂将步钴和鎳後塵。然鈉離子電池自身的屬性決定了不可能大面積替代锂電池。目前看,它不是電動車的新一輪技術變革,更像是燃料電池一樣,是對電動車的一個補充。

鈉離子電池是什麼?

鈉離子電池是一種二次電池。元素周期表上,鈉和锂同屬于堿金屬主族,擁有與锂相似的物理性質與化學性質。與锂離子電池類似,其依靠鈉離子在正極與負極之間可逆地遷移實現充放電。鈉離子電池在上個世紀70年代被首次提出,但其随後30餘年的研究進展非常緩慢,一直到2010年前後學術界才重新回歸鈉離子電池的研究,2015年第一代鈉離子電池開始步入商業化進程。

鈉離子電池有自己的優勢,一方面是安全性足夠,相比锂元素,鈉元素的标準電壓區間更大,在安全性和應用性範圍更廣;另一方面,鈉元素在地球上的儲量比較豐富且分布非常均勻,地殼含量占比約為2.5%-3%,相比之下,锂元素在地殼中的含量隻有0.65‰,且分布高度不均勻,國内80%的锂資源需要進口。

多項指标不如锂電池

甯德時代鈉離子電池投産意味着該細分領域可能會加速,有券商豪言,目前鈉離子電池相當于2013年-2014年的锂離子電池。但中短期來看,鈉離子電池問題不少。

其一,能量密度較低。在正極方面,主流的鈉離子電池正極材料NaMnO4、Na3V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3等,理論能量密度不及三元锂,實際能量密度較磷酸鐵锂還低。目前磷酸鐵锂電池能量密度可以達到200Wh/Kg,而鈉離子電池在100-150Wh/Kg,據國泰君安的測算,其天花闆也隻能到200Wh/Kg,剛好是磷酸鐵锂的水平。

負極方面,鈉離子的離子半徑大于锂離子,導緻鈉離子電池需要采用硬碳或者其他的負極材料,能量密度低于石墨材料。

其二,充放電速率慢。更大的尺寸使鈉離子很難嵌入發生化學反應的電極晶體結構中,導緻鈉離子的移動速率比較忙,影響鈉離子的充放電速率。

其三,成本較高。目前實際成本超過1元/Wh,而锂電池的成本,鐵锂是0.5元-0.6元/Wh,盡管未來規模化量産後成本會有下降(可能會下降至0.2-0.3元/Wh),但是可能還有相當長的路程要走,就拿負極來說,硬碳量還比較小,現在還沒有規模化。

另外,锂電池本身的技術也在進步,成本存在進一步下降的可能,比如已經将電池成本壓縮到極緻的特斯拉,計劃未來3年電池包的續航能力再提高54%,成本繼續下降56%。

這些問題決定了,鈉離子電池至少在未來3年很難有全面替換電動車锂電池的可能。

鉛酸電池或首當其沖

目前來看,鈉離子電池受沖擊最大的應該是鉛酸電池,這種電池的能量密度比不到100,循環壽命不到300次,但是成本卻在0.3元-0.5元之間。而鈉離子電池的能量密度雖然低于锂電池,但卻明顯高于鉛酸電池,同時,循環壽命可以達到2000次以上,未來規模化後成本會進一步下降,從性價比來看,完全可以替代鉛酸電池。

我國是全球最大的鉛酸電池生産國和消費國。鉛酸電池下遊的主要應用領域在低速電動車和電動兩輪車。公開數據顯示,2019年國内電動兩輪車出貨量高達3800萬輛,2020年增速同比增長23%達到4674萬輛,其中有超過7成使用鉛酸電池。低速電動車每年200萬輛左右的增速,保有量超過一千萬台,其中超過9成使用鉛酸電池。有測算顯示,這兩個市場規模合計逾300億元,鈉離子電池的使用将首先瓜分該市場。

其次,由于電動車講究的是輕量化以及續航裡程,鈉離子電池可能暫時無法運用于電動車上,但是,對重量和單位能量密度要求不高,對價格又比較敏感的儲能領域,可能會有替代效應,而2020年锂電池在儲能領域的應用占比有6成,因此對锂電池産業鍊的影響可能會先出現在儲能環節。

儲能是一個規模很大的市場。根據GGII的數據,2019年全球儲能電池出貨量為18.8GW,假設2019-2025儲能電池CAGR為30%,即2025年出貨量将達到90.74GW,若1W成本做到0.2-0.3元,則儲能市場空間估計約200到300億元。

對锂電池産業鍊的影響

锂資源方面,根據中泰證券測算,即便鈉離子電池在儲能的滲透率達到30%-80%,碳酸锂需求量約減少1.70-4.54萬噸。而在2025年全球新能源汽車銷量達到1500萬輛的假設下,碳酸锂需求量則将達到100萬噸量級,大約減少1.7%-4.6%的需求量,影響有限。

四大材料方面,鈉離子電池與當前锂離子電池結構成分相比,除了隔膜和電解液添加劑外均存在明顯差異:

(1)正極環節,锂離子和鈉離子電池正極結構一緻,但是材料選擇不同,锂鹽換成鈉鹽,其中鈉鹽的正極材料類型包括層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類似物(PBA)、基于轉化反應的材料以及有機材料等幾種。但不管用什麼材料,都不再含有锂元素,而原來锂電池包括磷酸鐵锂正極和钴酸锂正極則都有。

(2)電解液環節,鈉離子電池的電解液主要是有機溶劑電解液和凝膠聚合物電解液,相關溶質從锂電池的六氟磷酸锂變為六氟磷酸鈉,溶劑則用碳酸丙烯酯(PC),添加劑沒有變化。

(3)負極方面,有軟碳、硬碳和複合無定型碳三種,其中硬碳是主要應用方向,目前锂電池用的石墨将全部被取代。

其他環節,鈉離子不會與鋁形成合金,所以用于導電的銅箔将全部被鋁箔替代,鋁箔的單價低于銅價,将顯著降低電池成本。制造工藝上,鈉離子電池和锂電池制造工藝接近,設備可以沿用锂電池生産線,中遊電池廠無重置成本。

總結而言,鈉離子電池對锂電池産業鍊各環節的影響中,锂資源、隔膜和電池設備商最小,電解液次之,正極、負極和銅箔影響最大,甚至有完全替代的可能。

從标的來看,多氟多有六氟磷酸鈉相關産品小批量生産外售,石大勝華則可生産PC;負極的硬碳方面,國内美錦能源、璞泰來和中科電氣有相關産品;鋁箔的生産則較為普遍,鼎盛新材有3萬噸的鋁箔産能,南山鋁業有2.1萬噸的高端鋁箔産能即将投放,萬順新材的鋁箔産品可用于電動車級别;有鈉離子電池技術儲備的公司主要有欣旺達、山東章鼓、翔豐華等。

(編輯:小股)

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