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面臨“成本失控”危機的鋰電池

 

       一年半左右的時間漲幅超11倍，“鋰大爺”上演真實版“瘋狂的石頭”讓新能源汽車產業叫苦不迭。

 

       在突破50萬元/噸大關后，碳酸鋰價格近期走勢勢如破竹。據上海鋼聯9月23日發布數據顯示，當日電池級碳酸鋰漲1500元/噸，均價報51.15萬元/噸，這一價格，已逼近今年3月上海鋼聯統計的電池級碳酸鋰51.7萬元/噸均價。而在三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池兩大動力電池陣營中，鋰都是不可或缺的存在。

 

       目前的兩大體系中1GWh磷酸鐵鋰電池需要使用520噸碳酸鋰左右，而三元鋰電池使用的量同樣較多，1GWh三元鋰電池需要使用620噸碳酸鋰左右。所以，碳酸鋰的單價每漲價10萬元，動力電池每GWh成本就會增加5200萬元-6200萬元左右，年初至今碳酸鋰價格增加了22萬元左右，動力電池成本就增加了1.15萬元～1.36萬元左右，對整車成本和售價的影響可想而知。

電池級碳酸鋰價格走勢，數據來源：USGS，百川盈孚

 

       在動力電池電芯的成本構成中，正極材料是成本占比最大的環節。上游原材料漲價使正極材料成本占比大幅提升，其中碳酸鋰價格對成本影響尤為明顯。2020年年底至2022年3月，碳酸鋰價格從5.2萬元/噸上漲到50萬元/噸，磷酸鐵鋰電池正極材料在電芯成本中占比從20%上升至42%，碳酸鋰在電芯成本中占比從2.6%提升到15%。碳酸鋰持續上漲的背后，從動力電池到整車企業，整個新能源汽車產業鏈都在承壓。

 

       下游企業的成本壓力驟增，帶動了市場對理論成本更低的鈉離子電池的期待。

 

成本優勢明顯的鈉電池

 

     “天下熙熙皆為利來，天下攘攘皆為利往”——新一代電池技術的推廣和產品落地，利益才是最好的推手，鈉電池量產之所以受到關注，無非是因為其本身在成本上的優勢以及對整車成本的影響。

 

       鈉離子電池正極鈉源使用碳酸鈉（3千元/噸），相比碳酸鋰（50萬元/噸）價格優勢顯著，如果使用銅錳鐵元素層狀氧化物體系，正極價格比LFP正極便宜一半以上；負極材料使用硬/軟碳，目前價格預計8/5（萬元/噸），未來成本可降至4/2（萬元/噸）以下，其中軟碳相比石墨具備成本優勢；電解液使用NaPF6，其離子電導率更高，因此用量比鋰電更低，同時原材料量產后成本優勢顯著；集流體方面正負極均使用鋁箔，無需使用價格較高的銅箔，因此進一步降低成本（降低60%以上）。

 

       目前鈉離子電池處于推廣期，設備工藝不成熟、生產設備不完善、產業鏈不完善，成本目前預計0.8-0.9元/Wh以上，相比鐵鋰電池無性價比優勢，主要應用于兩輪車等領域替代鉛酸電池。隨著產業鏈的完善，鈉電池成本有望降到0.5元/Wh，而鐵鋰電池總成本預計在0.7元/Wh（碳酸鋰價格假設15萬元/噸，下同），成本便宜20%以上。電芯材料成本方面，鈉電池成本預計比鐵鋰電池低0.1元/Wh，便宜25%以上！

 

       最為關鍵的是鈉資源儲量豐富，地殼豐度(2.75%)是鋰資源(0.0065%)的400多倍，且鈉資源在全球分布均勻，而鋰資源70%分布在南美洲地區，資源分布極度不均。而在產業鏈打造方面，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似，生產設備大多兼容，這意味著電池廠商轉向鈉電池的話本身在設備和工藝改造上的投入并不大，利于成本控制。

鈉離子電池工作原理

 

       除成本優勢外，鈉離子電池在電池端的應用上也具有明顯優勢。鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴散能力，同時同濃度下鈉鹽電解液離子電導率比鋰鹽電解液更高。更高的離子擴散能力和更高的離子電導率意味著鈉離子電池的倍率性能好，充電速度快，常溫下充電到80%僅需15min。而鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子小，同濃度下鈉鹽電解液離子電導率比鋰鹽電解液更高，因此可以使用低鹽濃度電解液代替高鹽濃度電解液。

 

       此外，鋰電在低溫下充電會析鋰，而鈉電不會析鈉，因此鈉離子電池的工作溫度更寬，在-40°C到80°C的溫度區間內皆可正常工作，-40°C低溫下容量保持率超過 70%，-20°C低溫下容量保持率接近 90%，遠高于同條件下鋰電池不到70%的保持率。鈉離子電池在熱失控過程中易鈍化失活，在過充、過放、擠壓、針刺等安全測試中均不起火爆炸，熱穩定性遠超國家強標安全要求，這讓鈉離子電池在安全性上也具有較為明顯的優勢。

 

       綜合擁有以上優勢的鈉電池目前代替鋰電池方面具有一定的呼聲，畢竟動力電池在新能源汽車成本中占據40%~60%的比重，一旦動力電池成本能往下降，意味著新能源汽車整車售價也有望走低。

 

多元化應用場景

 

       對于未來充滿想象空間的鈉電池領域，各電池廠商的布局也是相當快的。

 

       據梳理，寧德時代2021年發布了第一代鈉離子電池，計劃于2023年形成鈉離子電池的產業鏈；傳藝科技即將進行中試線投產，預計一期2GWh的鈉離子電池項目將于2023年投建；華陽股份和中科海納計劃建立電池PACK廠，2023年擴產至10GWh鈉離子電池正、負極材料生產線；容百科技規劃在2023年實現鈉電池正極材料每個月千噸級出貨；振華新材鈉離子電池正極材料預計在2022年第四季度進入小批量試用階段；多氟多的六氟磷酸鈉已商業化量產，鈉電池的量產仍在實驗室階段。

 

       隨著各方在納電上的研發投入納電研發進展快速，鈉電池技術及材料逐步具備產業化的可能，同時鈉離子行業標準制定在即，預計年底鈉電池技術和材料體系有望基本定型。如此，2023年有望成為鈉電產業化元年，實現小批量出貨，2024年實現大批量量產，規模有望達到30GWh，預計未來首先取代鉛酸電池，并逐漸切入A00級電動車和儲能領域，預計2025年鈉電池全球需求超100GWh，未來有望成為鋰電池的一個有效補充。

 

       事實上，相對于當下坐穩動力電池統治地位的鋰電池，鈉電池更容易替代的其實是鉛酸電池。全國二輪電動車電池市場75%為鉛酸電池，鈉電循環遠超鉛酸電池（500-800次），能量密度可達鉛酸電池3倍以上，成本同樣低于鉛酸。同時新國標限制兩輪車整車重量不超過55kg，創造電池輕量化需求，因此我們預計鈉離子電池可逐步實現低速電動車、后備電源和啟停電源無鉛化。

 

A00級電動車對價格極為敏感

 

       同時，由于A00級電動車售價低電池成本占比高，因此對電池成本更為敏感，鈉離子電池憑借成本優勢有望大展身手單車30度電的假設下，比鐵鋰便宜6000元以上，這意味著鈉離子電池產品標準化程度提高后，更容易切入A00級電動車領域。

 

       此外，大型儲能系統對能量密度要求不高，對安全性及經濟性要求更高，完全可以成為鈉電池落地應用的重要場景。根據2022年《鈉離子電池儲能技術及經濟性分析》，鈉離子電池在調峰應用場景下的全生命周期的度電成本約0.55元/wh（計電力損耗），而磷酸鐵鋰和三元鋰電池的度電成本約0.81元/wh和1.18元/wh，就度電成本而言，鈉離子電池的成本較LFP和三元分別降低了32.1%和53.3%，成本優勢明顯。

 

       由于其低成本的優勢，鈉離子電池儲能系統在電網側及電源側具備更強的競價優勢，另一方面，由于鈉離子電池儲能系統的寬溫區特性，可適應不同緯度地區的氣候條件，有效提高分布式電源滲透率，提升配電網運行的穩定性和經濟性。

 

低成本且安全的鈉電池同樣適合大型儲能系統

 

       總體而言，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理、結構相似，在漿料配方設計、電極生產過程和電池裝配過程幾乎沒有差別，材料成本低，倍率性能、低溫性能及安全性能優異，有望成為鋰電池應用領域的有效補充。但是鈉離子電池也存在能量密度低、電壓平臺低、回收價值低等缺點，難以滿足電動汽車對動力電池高能量密度的要求。

 

鈉電池元年有望開啟

 

       除了技術的更迭外，鈉電池量產更需要政策的支持。成熟并具有完善的配套政策的鋰離子電池不同，由于鈉離子電池配套的產業政策目前并不多，不利于產品的市場推廣和成本的降低。

 

       2022年7月14日，工業和信息化部辦公廳頒布有關文件明確提出對鈉離子電池的行業標準進行規定，將由電子標準院、中科院物理所、中科海鈉、寧德時代、比亞迪等公司聯合起草，在技術創新、實驗驗證、產業化推進等方面進行推進，加快鈉離子電池的發展速度。

 

       不過需要注意的是市場對鈉離子電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優勢。而成本優勢都是在對比中產生的，目前鋰離子電池的關鍵原材料碳酸鋰價格高企，放大了鈉離子電池的優勢。未來如果鋰礦石價格持續走低，不排除鈉電池未來落地推廣會有變數。