share_log

目标市场清晰,技术路线多样,钠离子电池产业化进程加速 | 未来能源创投风向标

目標市場清晰,技術路線多樣,鈉離子電池產業化進程加速 | 未來能源創投風向標

36氪 ·  2022/10/23 23:25

作者 | 韓哲熙;編輯 | 張麟

近年來,在鋰離子動力電池市場勢頭正旺的同時,圍繞着“新型電池”鈉離子電池的新一輪軍備競賽也在展開。

例如鋰電巨頭寧德時代多次在公開平臺表示要在2023年實現鈉離子電池的產業化。雖然各家公司還未真正意義上實現鈉離子電池的規模量產,但鈉離子電池的目標市場(儲能與低速電動車)已經十分清晰,替代鉛酸,補充鋰電的市場定位成為行業共識。

鈉與鋰是同族元素,二者化學性質相似,鈉離子電池與鋰離子電池的構造也基本一致,均由正極、負極、電解液、隔膜等組成,其中正極材料有層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(白)類化合物、聚陰離子化合物三種主流技術路線,負極材料以硬碳和軟碳為主。

鈉離子電池產業轉折發生在2010年後,彼時鈉離子電池的研發取得進展,國內外鈉離子電池的商業化進程開始提速,相關創業公司湧現,2017年國內第一家鈉離子電池創業企業中科海鈉註冊成立。

一般認為,鈉離子電池在今天能重新興起主要是鋰電池原材料價格飆升導致的。鋰離子電池雖然技術、產業成熟度高,但鋰資源儲量少且分佈不均,美國地質勘探局調查數據顯示,全球超過一半(約53%)的可開發鋰資源儲量集中在南美洲,中國作為動力電池製造大國只佔14%。

相反,鈉資源的儲量豐富,是鋰元素的一千多倍,且資源分佈平均,在地殼和海洋中即可獲得。

生意社最新數據顯示,今年8月底,電池級碳酸鋰的價格已漲至49.2萬/噸,近乎去年年初價格的10倍,且可能全年維持高位。原材料成本,再加上鋁箔替換銅箔和負極成本,根據測算,鈉離子成本較磷酸鐵鋰電池可以低30%左右。

因此,為緩解上游原材料價格上漲的壓力和可能造成的戰略資源威脅,在市場和政策兩方面的助推下,鈉離子電池商業化成為必然。

就性能特點而言,除成本優勢外,鈉離子電池還更加安全穩定,在高/低温環境下比鋰離子電池有更好的性能表現。目前主流鈉離子電池廠商開發的一代產品能量密度區間為100-160Wh/kg,和磷酸鐵鋰的能量密度區間存在部分重合。

反映到市場上來看,小牛電動CEO李彥已於今年8月表示,公司將於2023年推出鈉離子兩輪電動車,這是出於降本的考慮。政策層面,今年8月科技部等九部門印發《科技支撐碳達峯碳中和實施方案(2022—2030年)》,明確提出研發液態鈉離子電池儲能、液流電池儲能等高效儲能技術。工信部同月發文,提出要加強新型儲能電池產業化技術攻關,加快研鈉離子電池等新型電池。中信證券最新研報預計,到2025年鈉離子電池市場規模將達百億。

由於鈉離子電池和鋰離子的電池不同主要體現在正極材料、負極材料、電解液和集流體四個方面,因此本文接下來將按照電池製造廠商和電池關鍵材料供應商兩個大類,並在關鍵材料大類下細分正極材料、負極材料、電解液和集流體四個小類,對涉及鈉離子電池業務的企業進行分類梳理並提供分析。(部分電池製造商和材料供應商業務有重疊,礙於篇幅暫歸到電池製造商類別下梳理,後續不再單獨列出)

鈉離子電池製造商

目前,國內佈局鈉離子電池業務的企業大致可以分為兩大類,分別是以寧德時代、欣旺達和億緯鋰能等為代表的鋰電巨頭企業,和以中科海鈉、眾鈉能源等為代表專注於鈉離子電池領域的初創企業。

對於鋰電池一線廠商而言,發展鈉離子電池業務主要是出於搶佔新興市場先機的考量。而鈉離子電池初創企業則主要背靠國家研究院、高校科研團隊,業務方向更加聚焦,且產品進程相較於鋰電池廠商沒有明顯的落後。

寧德時代

寧德時代新能源科技股份有限公司成立於2011年,是國內以及全球領先的動力電池龍頭企業,其動力電池裝機量連續五年全球第一。寧德時代從2016年開始申請鈉離子電池專利,專利涉及正負極活性物質,正負極極片,電池模塊等方面,現有鈉離子電池技術相關專利20餘項。

2021年7月29日,寧德時代發佈了第一代鈉離子電池,正極採用普魯士白材料,負極採用硬碳材料,電芯單體能量密度高達160Wh/kg;常温下充電15分鐘,電量可達80%以上。目前這款電池還沒有量產,寧德時代的目標是將下一代鈉離子電池能量密度提升至200Wh/kg以上,並在2023年推進鈉離子電池實現產業化。

此外,寧德時代還推出了鋰鈉混搭電池包,以彌補鈉離子電池在現階段的能量密度短板,同時發揮其高功率、低温性能好的優勢。

欣旺達

欣旺達電子股份有限公司創立於1997年,是鋰離子電池領域的領軍企業。公司擁有鈉離子電池補鈉的方法、鈉離子電池及其製備方法等多項專利,與南開大學合作設立院士工作站,共同研究新型鈉離子電池等關鍵材料及技術。目前暫未量產鈉離子電池。

中科海鈉

中科海鈉科技有限責任公司成立於2017年2月,技術來自中科院物理所成果轉化,在關鍵材料方面已獲國內外專利近三十個,處於國內領先地位。今年4月,公司獲得A+輪融資,華為此輪入股成為中科海鈉第三大股東。

正負極材料分別選用鈉銅鐵錳氧化物和無煙煤基軟碳,鈉離子電池的能量密度目前已達到145 Wh/kg,循環壽命達4500次以上,工作電壓為3.2V,工作温度為-40℃-80℃,具備快充能力,160Wh/kg以下為目標應用場景。中科海鈉現已投運鈉離子電池低速電動車、100 kW·h鈉離子電池儲能示範電站,今年6月,中科海鈉1MWh鈉離子電池光儲充智能微網系統,在山西太原投運。

現有鈉離子電池正負極材料百噸級中試線及兆瓦時級電芯線。在建兩條規模量產線,第一條與三峽能源、三峽資本和安徽省阜陽市政府合作,規劃鈉離子電池產能5GWh,第一期規模為1GWh已於今年7月落成;第二條產線與華陽股份合作,規劃1GWh鈉離子電池pack產能計劃今年投產。

眾鈉能源

江蘇眾鈉能源科技有限公司成立於2021年1月,由蘇州大學、南京大學、廈門大學、福州大學、浙江大學及中科院納米所等高校的聯席科學家團隊組建,今年3月獲由碧桂園創投獨家領投的新一輪融資。

眾鈉能源的核心專利技術為高性能正極材料製備方法,正極為聚陰離子型鐵基材料與碳基複合材料,負極為商業化硬碳,產品為硫酸鐵鈉電池,應用場景包括大規模儲能、低速電動工具等領域。

眾鈉能源現處於中試驗證階段,已與多家下游客户達成戰略合作,第一代量產產品將於年內啟動交付,計劃在2023年進入量產階段,2023年電芯產能規劃達GWh級。

立方新能源

湖南立方新能源科技有限責任公司創立於2013年11月,主營鋰離子電池業務,2016年開始佈局鈉離子電池研發生產。2021年9月獲青橙資本A+輪融資。

2022年4月,立方新能源發佈第一代鈉離子電池,採用自主合成層狀氧化物正極和商用高首效硬碳負極,軟包單體電芯重量能量密度可到140Wh/kg,具有240Wh/L的體積能量密度,常温下充電15分鐘電量可達80%以上,-20℃低温環境下,可放出88%以上的容量。

立方新能源現已收到多個客户的樣品及量產訂單,用於中低速電動車、電動大巴及家用儲能等領域。公司計劃於今年6月開始小批量生產,2023年開始大批量生產,第二代鈉離子電池產品也已在開發中。

賁安能源

賁安能源成立於2017年,是一家跨國企業,在新加坡、中國、美國及澳大利亞設有子公司,在中國江蘇和貴州設立電池製造和電池材料量產基地。主要從事水系鈉離子材料研發、水系鈉鹽電池生產製造,提供水系鈉鹽電池儲能系統解決方案,由其研發生產的水系鈉鹽電池,正極採用普魯士藍材料,負極採用鈦酸鹽,以水作為電解液,應用於固定式儲能領域。

2018年賁安能源在中國上海建成了年產量20MWh的流水線。2019年賁安水系鈉鹽電池產品實現歐洲户用儲能市場MWh銷售。2021年,賁安無錫工廠具備100MWh水系鈉鹽電池的生產能力。目標在2023年前擴產至GWh產能。

鵬輝能源

廣州鵬輝能源科技股份有限公司成立於2001年,主營儲能鋰離子電池生產製造。2021年10月,鵬輝能源發佈公告,為把握鈉離子電池發展機遇,佈局鈉離子電池材料(硬碳負極材料)產業鏈,公司投資了硬碳負極材料企業成都佰思格。鵬輝能源的鈉離子電池使用磷酸鹽類鈉正極和硬碳體系負極,目前在測試階段,已完成小批量試產,並送樣下游客户使用,大概年底進入批量生產。

2022年6月,鵬輝能源與三峽電能就鈉離子電池聯合研發和儲能示範項目達成初步合作意向。

星空鈉電

遼寧星空鈉電電池有限公司成立於2018年1月,公司以鈉離子儲能及智能微電網技術為核心帶動力,組建了由5位國內外材料領域頂尖院士、9位博導、50位博士團隊構成的電力儲能研究院。技術路線方面,星空鈉電正極採用鐵基普魯士藍材料,負極採用硬碳。2019年1月,星空鈉電對外宣佈其世界首條鈉離子電池生產線投入運行。

傳藝科技

江蘇傳藝科技有限公司成立於2007年,主營業務為輸入類設備和印製電路板(PCB)兩大類消費電子零組件製造,鈉電業務起步於2018年,2022年6月,傳藝科技公告稱擬設立孫公司傳藝鈉電專事鈉離子電池業務。核心技術團隊在電池行業具有 10 年以上工作經驗,創始人鄒偉民現任蘇州大學化學化工學院產業教授。

技術路線上,傳藝科技正極涵蓋層狀氧化物和聚陰離子化合物,負極採用硬碳。傳藝科技鈉離子電池項目現已完成小試,實現了正極比容量 140mAh/g,負極比容量 300mAh/g,單體 145Wh/kg的能量密度,4000 次的循環次數,-20 ℃環境下大於 88%的容量保持率等結果。中試和量產等環節正在建設中,計劃在2023年完成2GWh投產,二期規劃產能8GWh。 

山東章鼓

山東省章丘鼓風機股份有限公司始建於1968年,主營鼓風機業務,2021年出資400億參股喀什安德。喀什安德成立於2020年,致力於新型半固態、固態電解質膜的開發和應用,鈉離子電池正極採用磷酸釩鈉,負極採用硬碳。2021年8月,山東章鼓在互動平臺表示,鈉離子電池主要作為部分鋰離子電池低温補充使用,並且鈉離子電池同鋰離子電池共線生產。目前鋰/鈉離子電池生產線已經可以進行電池量產。

正極材料供應商

類似於鋰離子電池,正極材料同樣是鈉離子電池電化學性能和成本的決定性因素,但不同的是,鈉離子電池正極材料還處於研發階段,技術路線更多,主流的有層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(白)類化合物和聚陰離子化合物三種,目前市場還在圍繞着這三種路線做佈局和嘗試。

層狀過渡金屬氧化物具有能量密度高的優勢,但循環壽命和安全性較差,原材料成本相對較高,中科海鈉和鈉創新能源的正極材料採用的是金屬氧化物體系。普魯士藍(白)類化合物同樣能量密度高,但由於在合成過程中會產生結晶水,對電池的工藝製造是很大的技術挑戰,目前主要有寧德時代在佈局。聚陰離子化合物能量密度低,但在成本、安全性和循環壽命上更有優勢,適合用於儲能場景,目前有創業企業珈鈉能源和眾鈉能源在佈局。

此外,由於鈉離子電池的產線和鋰離子電池的產線兼容度高,因此也有不少鋰電三元材料廠商將其三元材料製造工藝和裝備能力複製到鈉離子電池上,拓展新增業務。以高鎳龍頭容百科技為例,今年7月,容百科技發佈戰略發佈會,宣佈佈局高鎳三元正極、磷酸錳鐵鋰和鈉電池三條技術路線,並計劃轉型成為全市場覆蓋的正極材料綜合供應商。

鈉創新能源

浙江鈉創新能源有限公司成立於2018年5月,技術來自上海交通大學馬紫峯教授組建的研發團隊,現有授權專利20餘件,2021年完成億元級Pre-A輪融資,電動三輪車企業淮海新能源為新增股東。

鈉創新能源聚焦於產業上游材料,核心產品為鈉離子電池正極材料和電解液,提供鈉離子電池電芯及其BMS設計方案,電芯能量密度可達130-160Wh/kg,工作温度為-40℃-55℃,循環壽命超5000次,由鈉創新能源所開發的正極材料和電解液已通過國內多家電池製造商驗證。其正極材料以鈦酸鈉基層狀氧化物為主,近年在聚陰離子化合物正極材料領域取得進展,開發有磷酸釩鈉和磷酸錳釩鈉。負極材料與神華合作,採用硬碳。

鈉創新能源現已建成噸級正材材料生產示範線,計劃於今年實現3000噸正極材料和5000噸電解液的投產,在未來的3-5年內,分期建設8萬噸正極材料和配套電解液生產線。2021年7月,愛瑪科技聯合鈉創新能源發佈鈉離子電動車,首批100萬輛計劃在今年上市。

珈鈉能源

深圳珈鈉能源科技有限公司成立於2022年4月,技術團隊來自武漢大學曹餘良教授帶領的研發團隊,今年8月完成順為投資數千萬元天使輪融資。

珈鈉能源是一家鈉離子電池關鍵材料生產商,主要產品包括聚陰離子型鈉離子電池正極材料和生物質硬碳負極材料,以規模化儲能、低速兩輪車和備用電源為目標市場,珈鈉能源目前生產的正極材料組裝成的鈉離子電池能量密度可達到100Wh/kg-120Wh/kg。

珈鈉能源現處於小中試階段具備初期產業化、十公斤級的產品製備實力,並已送樣給電池頭部企業進行全電池測試、驗證。據瞭解,珈鈉能源正在籌劃百噸級的中試線,預計明年4月實現中試線產品穩定輸出。

容百科技

寧波容百新能源科技股份有限公司成立於2014年,是國內鋰電三元正極材料龍頭企業,目前主要針對鈉離子電池正極材料的兩大主流方向普魯士白和層狀氧化物進行佈局,主推層狀氧化物材料。其中普魯士白正極材料能量密度在60Wh/kg-160Wh/kg,產能已達6000噸左右;層狀氧化物正極材料能量密度在100Wh/kg-200Wh/kg不等,計劃2022年底開發完成,2023年上半年達到3.6萬噸產能,目標到2025年,出貨量達到10萬噸以上一年。

當升科技

北京當升材料科技股份有限公司成立於2001年,是三元正極材料龍頭企業,有專門的研發團隊開展鈉離子電池關鍵材料的研發。2022年7月,當升科技發佈層狀氧化物正極材料新品,比容量達到177.2mAh/g,首效倍率到達91.3%。當升科技表示其新一代鈉電材料可與當前鋰電池多元材料共用生產線,預計在2023-2024年實現量產。

振華新材

貴州振華新材料股份有限公司成立於2004年,專注鋰電正極材料的研發,主攻單晶三元技術路線,鈉離子電池正極材料是未來重點佈局方向之一。振華新材鈉離子電池採用層狀氧化物路線,可與現有三元材料產線進行切換,其鈉離子電池正極材料正處於中試階段,並向國內主流鈉離子電池企業進行噸級送樣。

格林美

格林美股份有限公司成立於2001年,是動力電池回收和三元前驅體領域的龍頭企業,2019年開始格林美啟動鈉離子電池材料的技術佈局,其技術路線包括普魯士藍和層狀氧化物,公司產品正與多家下游客户進行認證。

廈鎢新能

廈門廈鎢新能源材料股份有限公司成立於2016年,主營鋰電池三元正極材料研發生產,具備鈉離子電池正極層狀材料中量試生產技術,其鈉電池正極材料處於送樣驗證階段。

負極材料供應商

與鋰離子電池的負極材料以人造石墨為主不同,由於鈉離子半徑更大,難以嵌入到間距很小的石墨層間與碳形成穩定的化合物,因此鈉離子電池的負極材料以硬碳和軟碳為主。

目前市場上的企業大部分選擇硬碳材料,寧德時代開發出了具有獨特孔隙結構的硬碳材料,鋰電負極材料龍頭貝特瑞具備硬碳材料量產能力,璞泰來、翔豐華正推進中試工作。而中科海鈉則選擇無煙煤基軟碳材料,並與無煙煤龍頭企業華陽股份合作,用無煙煤副產品煤泥作為負極軟碳前驅體,具有成本優勢,現已處於量產階段。

珈鈉能源

生物質硬碳負極材料是珈鈉能源除聚陰離子正極材料外的另一業務重點,根據不同原料和製備工藝可分為三代產品:第一代低成本生物質硬碳負極材料,比容量為280mAh/g左右;經過除雜的第二代硬碳負極材料,比容量在330mAh/g左右;第三代高端定製硬碳負極材料,比容量可達400mAh/g左右。三種路線負極材料的產業化進程正在分步實施。

貝特瑞

貝特瑞新材料集團股份有限公司成立於2000年,是國內鋰電池負極材料的龍頭企業,2009年左右開始佈局硬碳、軟碳等負極材料,有專職團隊負責硬碳研發,現已完成十餘篇的原創核心技術佈局,具備硬碳和軟碳材料的量產能力。

華陽股份

山西華陽集團新能股份有限公司成立於1999年,前身為陽泉煤業(集團)股份有限公司,無煙煤資源儲備豐富,2020年左右更名並新增鈉離子電池材料業務,現為中科海鈉的第二大股東。由華陽集團自主研發的納米超純碳技術,可將無煙煤副產品煤泥作為鈉電負極軟碳前驅體。華陽集團和中科海鈉合作選取的技術路線為銅基層狀氧化物+軟碳負極,官方資料顯示,華陽集團1GW規模Pack電池生產線及電芯廠將於2022Q3投產,並有望在未來擴大至10GW。電解液方面,華陽在2021年9月和多氟多就六氟磷酸鈉項目達成合作。

翔豐華

深圳市翔豐華科技股份有限公司成立於2009年,是一家鋰離子電池負極材料方案提供商,出貨量位居前列。針對鈉離子電池,翔豐華開發了高性能硬碳負極材料,目前正在相關客户測試中,未來將推進硬碳等新產品的中試及量產。

電解液供應商

鈉離子電池的電解液和鋰離子電池的電解液大體相似,最大的區別在於電解質由六氟磷酸鋰變為六氟磷酸鈉,因此現有的六氟磷酸鋰龍頭企業可以通過產線切換在該領域取得先發優勢,多氟多現具備千噸六氟磷酸鈉生產能力,並已為市場批量供貨,新宙邦、石大勝華、永太科技等也均有業務佈局,目前正在推進中。此外,鈉創新能源是鈉離子電池電解液領域少有的創業企業,目前已有5000噸電解液投產。

鈉創新能源

鈉創新能源聚焦於產業鏈上游材料端,在鈉離子電池電解液領域擁有專利技術佈局,核心產品為鈉離子電池正極材料和電解液,其電解液產品適用於正極為三元層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍化合物、磷酸釩鈉的鈉離子電池。2022年1月鈉創新能源與浙江醫藥、中欣氟材、浙江宏達開展合作,共建鈉離子電池電解液項目 。

多氟多

多氟多新材料股份有限公司成立於1999年,是國內領先的鋰離子電池電解液廠商,產品以六氟磷酸鋰為主。鈉離子電池材料方面,多氟多擁有從六氟磷酸鋰產線快速切換至六氟磷酸鈉產線的工藝技術,具備千噸六氟磷酸鈉生產能力,並已為市場批量供貨,鈉離子電池的正負極材料在中試狀態,多氟多河南焦作基地現正籌建1GWh鈉離子圓柱電池生產線。

華盛鋰電

華盛鋰電成立於1997年,是一家專注於鋰電池電解液添加劑研發、生產和銷售的高新技術企業。據伊維經濟研究院統計的2020年全球電解液添加劑企業市場份額數據統計,華盛鋰電以20.89%的市場佔有率排名第一。

9月14日,華盛鋰電錶示公司新增“鈉離子電池”概念業務。計劃研發雙草酸硼酸鈉和雙氟磺酰亞胺鈉為鈉離子電池產品,但目前該產品仍處於實驗室研究階段,僅小批量試生產,尚不具備規模化、工業化的生產能力。

中欣氟材

中欣氟材成立於 2000 年 8 月,位於杭州灣上虞經濟技術開發區,是一家從事醫藥中間體等精細化學品研發、生產的國家重點高新技術企業。公司深耕氟精細化工領域20多年,已成為“螢石-氫氟酸-含氟精細化學品”氟精細化工全產業鏈龍頭企業目前,中欣氟材正在積極佈局六氟磷酸鈉、LiFSI等新材料業務,將圍繞戰略發展目標,在鞏固原有優勢領域的同時,積極加大鈉離子電池相關產品的研發投入。

集流體供應商

集流體屬於電池中的非活性材料,雖不直接參與電化學反應,但對電極的工作性能會產生重要影響。在鋰離子電池中,為避免鋁和鐵在低電勢條件下發生合金化反應,正極集流體為鋁箔,負極集流體為銅箔,鈉離子電池因為鋁和鈉不會發生合金化反應,因此可以正負極都用價格更便宜的鋁箔。

據悉,電池鋁箔對工藝要求高、認證週期長,因此市場集中度也高,CR3高達70%,其中鼎勝新材市佔率達44%,常年穩居行業第一,現有電池鋁箔產能超10萬噸,預計今年可以達到15萬噸。此外,今年以來,鋰電鋁箔加工費持續走高疊加鈉離子電池需求擴張,電池級鋁箔市場出現供不應求的情況。有分析人士預計,隨着鈉離子電池產業化加速,電池級鋁箔需求量還將大幅攀升,鋁箔企業擴產將成為行業未來趨勢。

鼎勝新材

江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司成立於2003年,是國內電池級鋁箔領域的龍頭企業,2021年公司電池級鋁箔銷量排名國內第一,客户包括寧德時代、比亞迪、國軒高科、LG新能源、蜂巢能源、孚能科技等。目前公司電池級鋁箔產能超10萬噸,2022年底有望突破15萬噸,另有“年產80萬噸電池箔及配套坯料項目”擴產計劃。

萬順新材

汕頭萬順新材集團股份有限公司成立於1998年,為國內環保包裝材料、導電膜、高精度鋁箔行業龍頭企業。2018年開始佈局電池級鋁箔,客户包括寧德時代、多氟多、欣旺達等。現具備鋁箔產能4萬噸,計劃到2024年將具備17.2萬噸電池級鋁箔產量。

天山鋁業

天山鋁業集團股份有限公司成立於2010年,主營業務為原鋁、氧化鋁、高純鋁、預焙陽極以及鋁深加工產品及材料的生產和銷售,一體化程度高,在江陰建有規模22萬噸的電池鋁箔生產基地。

綜上所述,鈉離子電池最大的優點在於成本低、安全和高低温性能好,因此特別適用於儲能市場,現在也確實有企業明確表示將以儲能市場作為公司主攻方向。不過,雖然目標市場已經十分清晰,但在多種正極材料的選擇和已選材料性能的改進上,行業顯然還有一些技術難題尚待解決。

目前鈉離子電池行業整體處在產業化初期,還未完全實現規模量產,但已有不少企業(如中科海鈉)將年內定為實現量產的期限,寧德時代也多次表示要推進鈉離子電池在2023年實現產業化,所以總體看來,鈉離子電池正在走進規模化量產的前夜。

声明:本內容僅用作提供資訊及教育之目的,不構成對任何特定投資或投資策略的推薦或認可。 更多信息
    搶先評論