“锂”这么贵,“钠”我走?

钠离子电池是趋势还是昙花一现?

近两年,随着锂价格的持续走高,2020-2022年短短两年时间,碳酸锂价格从5万元/吨上涨到50万元/吨左右。锂电池成本大幅上行,低成本的钠离子电池开始甚嚣尘上。

连电池龙头宁德时代也布局钠离子电池。

2021年7月29日,宁德时代发布了其第一代钠离子电池,电池电芯单体能量密度达到160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上。宁德时代表示,第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突破200Wh/kg。

近日宁德时代在互动平台上,重申了公司的目标,称公司正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化

在锂价飞涨的情况下,钠离子电池到底是昙花一现的替代品,还是未来电池发展的方向呢?

钠离子电池特点鲜明

钠离子电池技术的研究可追溯到上世纪70年代,甚至略早于锂离子电池,但在20世纪90年代,锂离子电池由于其更优异的性能成功商业化。钠离子电池的发展一度沉寂,2010年以来,伴随着锂资源的紧缺、锂离子电池的安全问题,钠离子电池又再度登上舞台。

钠离子电池与锂离子电池相比,二者的基本原理相似,生产工艺方面也有很多类似的地方,只是使用材料上有所区别,比如用铝替代铜箔(铝箔的成本只有铜箔的1/8左右),用碳酸铝替代碳酸锂等,钠取代锂在工艺上的重置成本很低。同时,由于使用的材料价格更低,国信证券测算钠离子电池成本或下降30%

从供给上来看,钠的供给过于充沛,因为我们日常所食用的食盐就主要是钠离子构成的,从海水中就可以获得。所以,如果用钠离子替代,基本上不用担心上游原材料的掣肘

从性能上来看,相比锂电池,钠离子电池的优缺点都十分鲜明。钠离子电池在安全性、低温效率、耐过放电、充电方面具有明显优势,但是在能源密度、寿命方面具有明显的短板,而这两个短板是十分致命的

即使目前成本低30%,由于寿命仅为锂离子电池的一半,那就意味着实际上从电池的整个生命周期来看,钠离子电池的成本仍然是高于锂电池的。假设1个锂离子电池包价格为10万,使用10年,钠离子电池包价格为7万,使用5年,锂离子电池的年均使用成本1万元,而钠离子电池年均使用成本为1.4万元,丝毫没有优势。

更为关键的是,钠离子电池的能量密度低,意味着汽车里程更低,而目前汽车里程是掣肘电动车普及的关键因素,也是汽车厂商的核心竞争力。可以说,至少在乘用车领域,任何想要在电动汽车领域占得一席之地的汽车厂商,都不敢采用钠离子电池

这也是为什么,钠离子电池迟迟不能商业化的最重要原因。但是,我们要用发展的眼光去看问题,技术的发展能不能解决这个问题呢?

技术能否改变钠离子的劣势地位?

目前,钠离子电池具有明显的短板,未来技术的发展是否可以解决?

首先,成本方面还有下降空间,这是可预期的。目前钠离子电池的规模化生产才刚刚开始,现实的成本甚至高于锂电池,未来规模化会降低钠离子电池的成本,工艺的改进也会逐步降低钠离子电池的成本。如果降低的程度足够多,那么其竞争力也会上升。

但是就寿命和能量密度方面,钠电池可能是无解的在元素周期表中,钠和锂属于同一族(即周期表中同一列)的金属,有着相近的化学性质,锂是元素周期表中的第一号金属,也是最轻的金属。这意味着,相同的重量,锂能携带更多的电荷,也就是能量密度更高。

钠离子的原子半径更大,所以更稳定,但同时运行速度更慢,锂离子的原子半径更小,运动速度快,但稳定性不好。

换句话说,相比较锂电池,钠离子所获得的优势与其劣势是同源的,就像是太极的两端,不可能同时得到提升,这是不符合物理学和自然原理的,技术进步是无法解决这个问题的。而目前来看,锂电池在化学原理上可能已经是最优解。

举一个例子,自行车有环保优势、节约能量、具有灵活性,但其在速度上、空间方面劣势与它的优势是同源的。不管技术如何进步,在不消耗能源的情况下,也不能解决自行车空间小、速度慢的问题。

很多人提到钠离子电池在充电方面的优势,其实原理有点类似,充电快的原因与能量密度小的关联性很高。在宣传钠离子电池的时候,很多人并没有将这一点作为优势。

同时,目前锂短缺的原因更多是因为需求增长过快导致的,锂的产能扩充跟不上锂需求,而未来这一情况会得到改善,短期的20年内,不存在锂的短缺问题。锂在地里,也够,只是没有挖掘出来而已。随着需求增加的速度放缓,以及供给的增加,未来锂电池的价格会回落,竞争的天平又会向锂电池倾斜。

所以,在动力电池领域,目前的钠离子电池是无法取代锂电池的。不过,这并不意味着钠离子电池没有了前景。

钠离子应用场景

钠离子电池的缺点很明显,但在一些领域,可以放大钠离子电池的优势,缩小钠离子电池的劣势。相比较很多其他的电池,钠离子电池性能更好,比锂电池又更便宜,不失为一个很好的补充。

比如在低速乘用车领域,这些车的寿命和里程本来就相对较短,钠离子电池完全可以满足条件,而钠离子在成本端的优势就会被放大。

又比如说在大规模储能领域,其对于能量密度的要求并没有那么高,那么钠离子电池在成本方面的优势就成为了新的选择。

至于很多人担心的寿命问题,其实没有那么严重,目前的循环次数还有提升的空间,而且在目前的技术范围内,3000次就够用了。比如500公里里程的电池循环3000次,可以跑150万公里,去除能量损失50%,也能支撑75万公里,一般的车跑到这个里程早就报废了或者严重过时了。比如公交车强制报废年限为13年,行驶里程达到40万公里应报废,出租车是60万公里。

不过,钠离子电池目前还没有到投资的最佳时机,还没有到开始放量的时期因为目前钠离子电池的成本还没有降下来,规模化应用与磷酸铁锂相比还缺乏优势。

【风险提示】

以上仅为个人观点,不构成投资建议。投资有风险,入行须谨慎。

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页面更新:2024-04-13

标签:宁德   里程   锂电池   密度   离子   锂离子电池   能量   电池   成本   优势

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