钠电池产业项目管理分析

钠电池产业项目管理 工信部将组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定，并在标准立项、标准报批等环节予以支持。同时，根据国家政策和产业动态，结合相关标准研究有关钠离子电池行业规范政策，引导产业健康有序发展。 一、 钠电池正极材料-层状金属氧化物：综合性能佳，有望率先产业化应用 层状氧化物类钠离子电池正极材料是金属氧化物类中的一种，可分为Mn基、Fe基、Cr基正极材料等。其结构是由共边的八面体过渡金属氧层和钠离子层堆垛而成。根据其结构可分为四种，分别为P2相、P3相、O2相和O3相（字母Ｐ代表了钠离子在其中的氧配位环境为三棱柱配位，O代表其中的氧配位环境为八面体配位），其中，P2相与O3相是最为常见的两种钠离子层状氧化物正极材料。因其适当的操作潜力，高容量和简单的合成路线，层状氧化物被认为是最有希望的正极材料。 层状氧化物中，铜基（铜铁锰）和镍基（镍铁锰）是目前较有应用前景的两种技术路线。铜基VS镍基：铜基成本较低，但比容量相对不足；镍基比容量较高，但成本压力更大。铜基路线主要优势在于成本较低，稳定性较好，但比容量约100mAh/g左右，相对不足。该路线由中科海纳创始人胡勇胜首创。镍基比铜基的比容量高，约能达到190mAh/g，但由于镍的成本比铜更高，成本压力相对更大。 二、 钠离子电池有望应用于储能和动力两个领域 综合钠离子电池的电池容量性能、电池循环寿命和电池的安全性来看，未来钠离子电池有望应用于储能和动力两个领域。 在动力领域，钠离子电池将在两轮车和电动汽车两个方面得到应用。在两轮车领域，由于钠离子电池有有能量密度相对较低、安全性比较高的特点，因此有望实现在对铅酸电池的逐步替代。其中电动汽车方面，有望通过宁德时代发布的钠离子电池与锂离子电池集成系统的形势得以应用。 在储能领域，2021年07月15日，国家发展改革委、国家能源局发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范，以需求为导向，探索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。因此，在政策的推动下，钠离子电池有望加快应用于电网侧、用电侧和发电侧储能。 三、 从电池循环寿命来看，钠离子电池远高于铅酸电池 行业内一般以钠/锂电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。在使用的过程中，离子电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量下降，比如电解液的分解，活性材料的失活，正负极结构的坍塌导致锂离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。通过科学实验表明，更高倍率的放电会导致容量更快的衰减，如果放电电流较低，电池电压会接近平衡电压，能释放出更多的能量。目前，钠离子电池的循环寿命远高于铅酸电池，距离锂电池还有些差距;低温挥发率较高，为85%;每月自放电率低于锂离子电池，为5%。 四、 钠电池正极材料-聚阴离子化合物：硫酸盐系列打开中长期降本空间 铁基硫酸盐类聚阴离子正极材料具有高工作电压和低生产成本等显著优势，但由于其纯相材料的本征电导率低，严重影响着该类型正极材料的储钠电化学性能，有着储钠比容量较低、长循环稳定性较差等缺陷。 五、 钠离子电池行业发展历程 与锂离子电池工作原理相似，钠离子电池是主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，以钠离子嵌入化合物作为正极材料的一种可二次充电的电化学钠离子电池。钠离子和锂离子电池研究均起始于20世纪70年代，由于储能需求日益增长，低成本储能电池技术的需求愈发紧迫，钠离子电池研究在近十年内突飞猛进。 以NaCuFeMnO/软碳体系的钠离子电池较磷酸铁锂/石墨体系的锂离子电池材料成本更低，可降低30-40%。从成本材料结构来看，锂离子电池正极材料成本占比最高，为43%，而钠离子电池的正极材料成本仅为26%。 钠离子电池的制造和锂离子电池的制造完全兼容，可以沿用锂离子电池设备，目前钠电池产业链主要变化在正极材料。正极路线主要有：过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士化合物和非晶态材料四种路线。过渡金属氧化物是目前最受欢迎的正极材料如磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等，中科海钠、钠创新能源和Faradion是该路线的主要公司;普鲁士类料，具有较妤的电化学性能，具备成本低、稳定性好等优点。但在制备过程中存在配位水含量难以控制等问题，宁徳时代、星空钠电和NatronEnergy是该路线的主要公司;聚阴离子型材料，稳定性和循环寿命好，化合物族类具有多样性，但是较低的本征电子电导率，限制了这类材料的实际应用。 六、 钠电池合成端-产业化进度成本是关键 成本低是钠电未来大规模应用的核心优势，从理论来看，钠电池的成本优势主要体现在钠盐成本低廉、集流体改换价格更低的铝箔等方面，使得钠电理论成本相比锂电下降30-40%。但目前的实际价格并非如此，宁德时代董事长曾毓群在此前公布钠电池时表示：钠离子电池不是刚推出来就很便宜，因为目前的供应链规模还很小，不够成熟，钠离子电池可能比锂离子电池贵一些。产业化进度较慢导致正负极材料的原料成本、生产成本及加工费较高，辅材度电摊薄低于锂电，且钠电尚存能量密度的劣势，导致钠电度电成本高于锂电、摊薄效应远低于锂电，成本优势尚未凸显。 技术提升与规模化量产提速是钠电降本的关键路径。如果钠离子电池降本进度不及预期，将难以在未来应用中与锂电池竞争。目前钠电池正负极材料选择及制备工艺等方面仍存在改善空间，正负极材料厂家需加大研发力度，突破正负极材料的劣势，努力达到成本与性能之间的平衡，实现正负极材料售价的降低；同时电池厂商也需进行技术提升，实现钠电更高的能量密度，成本摊薄效应将随之显现，共同助力钠电降本。此外，电池厂商应加速钠电规模化量产，一些厂商已经开始布局和规划产能建设，如宁德时代规划2023年形成钠电基本产业链，中科海钠已于2022年7月落成全球首条GWh钠离子电池规模化量产线等等，但目前钠电量产进程仍旧缓慢。若钠电规模化量产速度得到提升，钠电制造成本将会进一步被摊薄，从而进一步降低钠电成本，钠电成本优势将得到凸显。 七、 国家政策的支持将快速推动钠离子电池的发展 钠离子电池，是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。随着我国新能源汽车呈现持续高速增长趋势，对锂离子电池需求较大，然而我国锂资源十分有限，必然会出现锂盐供不应求的局面。为此，我国将大力发展在资源和成本上都更有优势的钠离子电池，通过颁布多项政策来推动钠离子电池的产业化进程。在2022年发布的《十四五可再生能源发展规划》中，提出加强可再生能源前沿技术和核心技术装备攻关。研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。在2021年发布的《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》中，提到锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。 八、 国家正式提出研究开展钠离子电池等新一代高能量密度储能技术试点示范 《十四五新型储能发展实施方案》正式印发，国家正式提出研究开展钠离子电池等新一代高能量密度储能技术试点示范。方案提出，推动多元化技术开发。开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢（氨）储能、热（冷）储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究，集中攻关超导、超级电容等储能技术，研发储备液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池等新一代高能量密度储能技术。突破全过程安全技术。突破电池本质安全控制、电化学储能系统安全预警、系统多级防护结构及关键材料、高效灭火及防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，支撑大规模储能电站安全运行。 九、 钠电池负极材料-硬碳：前驱体来源广，树脂基成本高/沥青基制备难度大，非目前主流方向 硬碳材料的制备通常是通过热解各种含碳前驱体得到的，前驱体的不同会导致硬碳材料电化学性能的差别，前驱体材料的选择是硬碳生产过程中门槛较高的环节。根据前驱体来源不同主要可以分为三类硬碳：树脂基（酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇等）硬碳、沥青基（煤焦油沥青、石油沥青、天然沥青等）硬碳、生物质基（纤维素、木质素、淀粉等）硬碳。 树脂基硬碳：最常见的是酚醛树脂基硬碳，具备最佳的电化学性能，表现为优异的循环性能、更高的可逆比容量及更好的倍率性能。然而其成本是最高的，自2021年以来酚醛树脂价格稳定在12000元/吨左右，成本劣势成为了树脂基硬碳的痛点。 沥青基硬碳：由于制备价格低廉、来源广泛和残碳率高，沥青成为一系列高质量硬碳前驱体。然而由于原始沥青具有石墨化的性质，直接碳化很容易形成类石墨结构，因此需要对沥青进行预处理，导致制备工艺要求高；且其组成复杂，在材料制备过程中批次之间容易出现偏差，导致产品质量不均一，制备过程还存在环境污染。待其制备技术成熟、可为下游稳定提供高性能硬碳材料时，其或将逐步取代生产工艺难度小的生物质基硬碳材料，具有很大的市场潜力。