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华为加码!动力电池+储能+锂电替代钠电池是下个风口?

admin3年前 (2022-04-10)小米电池287

  原标题:【前瞻系列】动力电池+储能+锂电替代,华为加码钠离子电池,2行业成为受益新贵(附股)

  前言:今天有新闻报道,华为入局钠电池,华为为何要入局钠电池,有什么吸引人的地方,钠电池会在哪些领域替代锂电池呢?

  重申下,所有的内容来自于公开的渠道(不是所有的公开渠道大家都能接触到),如果有涉及商业利益的,请联系本人调整。

  财联社报道,继投资卫蓝新能源后,华为关联公司哈勃投资在动力电池领域再度出手。近日,天眼查信息显示,北京中科海钠科技有限责任公司(以下简称:中科海钠)发生工商变更,股东新增深圳哈勃科技投资合伙企业(有限合伙)(以下简称:深圳哈勃投资)等,同时公司注册资本增至约3095万元。最新股东信息显示,深圳哈勃投资认缴出资额为412.67万元,持股比例约为13.33%,成为中科海钠第三大股东。

  虽然锂离子做电池优势明显,但是需求太大,结果就是资源端的瓶颈逐渐显现,而钠离子电池也是在此背景下应运而生。

  钠离子电池是摇椅式二次电池,与锂离子电池原理一致。钠离子电池与锂离子电池内部结构一致,钠离子置换锂离子。与锂电池一样,钠电池主要由正极、负极、集流体、电解液和隔膜组成。由于钠离子的半径比较大,因此阴阳极材料优先选择规律的层状结构,通过层间距的设计是钠电池性能表现的关键参数。

  钠离子电池能力密度70-200Wh/Kg,与NCM锂电池240-350Wh/Kg的能量密度范围没有冲突,理论上高能量钠电池和LFP电池在同一水平,现阶段钠电池主要集中在130-150Wh/Kg区间。

  2.快充性能优:钠离子相对锂离子斯托克斯直径更小,相同浓度的钠盐电解液比锂盐电解液离子电导率更高,第一电离能更小,常温下充电15分钟电量可达80%以上。

  全球锂电池起火事故频出,钠离子电池电化学性能相对稳定,热失控过程中容易钝化失活,安全实验表现较锂离子电池更好。

  5.成本较低:钠的地壳丰度(2.6%)远高于锂(0.0065%),其价格更低,钠离子电池成本优势明显。

  我国80%的锂资源供应依赖进口,是全球锂资源第一进口国。我国锂资源主要分为卤水型和矿石型,其中卤水型占比85%,而矿石型占比15%。整体上我国盐湖锂资源品质和外部开发条件较差,导致开发难度大、成本高,供应能力较弱。我锂已上升为战略资源,现阶段中国高度依赖进口,尤其是澳洲进口依赖度高。现阶段澳洲已出现将锂产业链回迁本土、对锂资源出口限制的趋势,战略角度看,必须确保锂资源供应安全,国内锂资源价值重估。

  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。

  1)铅酸电池环境污染不可避免:其固态、气态污染可能可以消除,但无法避免水溶性铅重金属离子的污染;

  2)锂资源储量有限:目前全球70%锂资源分布在南美洲,我国锂资源80%依赖进口,锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业的需求;

  3)钠离子电池成本优势:目前电池级碳酸锂的价格已上涨至约9万元/吨,而钠容易获取,钠离子电池成本优势明显。

  钠电池中不再有锂离子,除隔离膜外原材料均有变化,锂电池设备基本复用。钠电池与锂电池结构一样,同样由正极材料、负极材料、集流体、隔离膜、电解液和壳体、顶盖组成。

  与锂离子电池相似,目前钠离子电池的性能和正负极关系较大,其中作为钠离子电池负极硬碳比容量可达到 350 mAh·g−1,为此,现阶段影响钠离子电池性能主要环节在于正极材料。

  和锂离子电池正极技术路线基本确定不同,目前钠离子电池相关的正极材料超 100 种,技术路线尚处于演进中。根据成分,主流钠离子电池正极材料可分为过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物体系,其中过渡金属氧化物根据微观结构又可分为层状金属氧化物和隧道型过渡金属氧化物,因隧道型氧化物初始钠离子含量低,市场关注较少。目前钠离子电池三类正极材料各有优劣,预计未来钠离子三大正极材料的竞争将持续。

  过渡金属氧化物是目前最受欢迎的正极材料,例如磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等。普鲁士类材料,具有较好的电化学性能,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。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。

  虽然目前采用哪种正极材料体系还没有定论,唯一确定的是正极材料不论采用哪种体系,钠元素一定有其来源,钠的来源十分广泛,但是大规模工业生产对于成本、工艺安全性、酸碱性都有一定的要求,平安证券认为最有可能成为工业生产原料的还是碳酸钠(即纯碱),其他材料因为成本、安全性或物化指标的原因,或多或少存在一定的缺陷(当然也不排除通过技术手段可以解决上述问题)。

  碳酸钠价格远低于碳酸锂是钠离子电池成本竞争力的主要原因之一,根据中科海钠官网数据,使用 NaCuFeMnO/软碳体系的钠电池的正极材料成本仅为磷酸铁锂/石墨体系的锂电池正极材料成本的 40%,而电池总的材料成本较后者降低 30%-40%。

  纯碱是常用的大宗化工原料之一,技术路线成熟,纯碱的消费主要是玻璃领域,纯碱价格受玻璃行业主导的定价机制预计不会发生大的变化。国内充足的纯碱产能为钠离子电池的发展提供了必要的先决条件。

  1)金属化合物:金属氧化物、硫化物和硒化物为主要代表,金属合金材料在放电过程低电位时与钠发生合金化反应,充电过程高电位时发生去合金化反应,该类材料往往理论可逆比容量高,输出电位较低(1V),但反应过程中体积变化巨大(往往200%),使得材料在循环过程中容易破裂影响性能。

  2)合金类材料:依靠负极材料与锂或钠相互作用形成合金,进而产生电化学反应,保证电池的正常运作。与锂离子电池有明显区别的是,钠离子本身相对于锂离子有更大的离子半径,因此金属钠与负极材料在形成合金时所导致的体积膨胀也更为明显。

  3)非金属单质:与碳同族的元素,磷和硅成为近年兴起的方向,研究成熟度还不高。其中紫磷加热易形成白磷,白磷具有不稳定的化学性质,紫磷和白磷均不能作为电极材料;红磷导电率低以及体积膨胀问题难解决;黑磷有皱褶的层状结构,高导电等特点,但制备较难。

  4)炭基材料:负极碳基材料优选硬碳,结构更稳定对应电池循环寿命更高通常用硬碳代替石墨作为负极活性材料,石墨对钠离子的储存能力差石墨材料因为结构关系,无法满足为钠离子提供足够的移动空间。

  除正负极材料外,集流体作为承载正负极活性、收集电子的材料发挥着重要作用。钠离子电池具有与锂离子电池相似的工作原理,但在电解质中流动的阳离子是钠离子而不是锂离子。与锂不同,钠在室温下不会与铝发生电化学合金化反应,因此铜集流体可以由更便宜的铝代替。根据中科海钠,相比锂离子电池,由于正负极集流体采用铝箔,钠离子电池中集流体成本占比仅为 4%,远低于锂离子电池的 13%。

  钠离子电池集流体铝箔与锂电池基本相同,性能要求基本接近。相比普通的铝箔,作为电池集流体铝箔要求较高,其中厚度要求控制在 10~50 微米,部分电池厂甚至使用 8 微米的铝箔。同时电池集流体还要求具有较低的粗糙度、更好的导电性、拉伸强度、伸长率,此外对产品的一致性和稳定性也有较高的要求。因此,电池铝箔对设备和工艺的要求较高,具有一定的进入壁垒。

  中国是全球铝箔产销大国,铝箔产品齐全,具备完整的产业链,为电池铝箔的生产奠定了良好的基础。2020年电池铝箔(主要是锂电铝箔)的产量达到 7 万吨,涌现了鼎胜新材、南山铝业为代表的电池铝箔龙头企业。由于钠离子电池铝箔性能要求和锂离子电池接近,并且拥有较高的技术门槛。

  根据平安电新组预测,在储能、低速交通工具和部分低续航电动汽车领域实现替代下,2025 年钠离子电池的潜在的市场容量约为 250GWH。目前锂电池铝箔的单位用量 300~700 吨/GWH,由于钠电池和锂电池铝箔较为接近,且正负极集流体均采用铝箔,我们按 800 吨/GWH 测算,则钠离子电池铝箔 2025 年的潜在市场需求可达20 万吨。

  钠电池仍以液体电解液为主,根据正极材料搭配电解液,钠盐成本更低。锂盐是电解液中的主要成本,替换成钠盐之后成本进一步降低。过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物常用的钠盐是六氟磷酸钠,这和六氟磷酸锂的制备工艺相同,原材料厂的产线基本可以复用;碳酸丙烯酯(PC)在锂离子电池中没有办法用,钠离子电池中低温性能比较好,有希望以此提升钠电池的低温性能。宁德时代的钠离子专利表述,其中一种普鲁士蓝的电解液主要成分为将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、钠盐NaClO4混合而成。

  钠电池需要使用碳纳米管。导电剂包括炭黑、VGCF、碳纳米管等,相较于传统炭黑导电剂。碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构可以很好连接成不同结构状态,在快充、循环、低温性能上表现优异,预计在电池中的使用比例会逐渐提高。

  由于钠的半径比锂大,所以钠离子的化学键能较锂离子小。钠电池主要的技术路线电导率相对低一些,所以多数体系需要在正极材料中加入碳纳米管或者碳纳米片,提高电池的导电性能。宁德时代的专利《正极片及电化学电池》显示,一种普鲁士化合物(亚铁氰化钠)的正极片中使用了碳纳米管的导电剂。

  钠电池产业链主要变化在中游和正极。钠电池的产业链结构与锂电池类似,负极、电解液、隔膜基本保持目前的竞争格局,集流体不再需要铜箔。主要技术路线的电池企业不同,所需要的正极材料或其关键材料也不同。由于产业体系在商业化初期,竞争格局还需继续跟踪,相关龙头企业仍然具有先发优势。

  从整个钠电池的工艺流程来说,正极的变化最大,毕竟是离子的改变,所以如果炒作必然是首选,而且是所有的龙头,因为这块绕不开,其次需要关注的就是替代效应,理论上,所有的动力电池,就是小金属的排列,其余部分体现出来的就是性能高低,但是性能不是唯一的,磷酸铁锂的逆袭已经说明了一切,钠离子能否再度上演这一幕,就看商业化的进度,所以只要有商业化我就会很关注。

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