電動車：鈉離子短期無法取代鋰電池

韋順

寧德時(shí)代突然宣布將于7月左右推出鈉離子電池，市場一時(shí)聞之色變，擔(dān)憂鋰將步鈷和鎳后塵。然鈉離子電池自身的屬性決定了不可能大面積替代鋰電池。目前看，它不是電動車的新一輪技術(shù)變革，更像是燃料電池一樣，是對電動車的一個(gè)補(bǔ)充。

鈉離子電池是什么？

鈉離子電池是一種二次電池。元素周期表上，鈉和鋰同屬于堿金屬主族，擁有與鋰相似的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。與鋰離子電池類似，其依靠鈉離子在正極與負(fù)極之間可逆地遷移實(shí)現(xiàn)充放電。鈉離子電池在上個(gè)世紀(jì)70年代被首次提出，但其隨后30余年的研究進(jìn)展非常緩慢，一直到2010年前后學(xué)術(shù)界才重新回歸鈉離子電池的研究，2015年第一代鈉離子電池開始步入商業(yè)化進(jìn)程。

鈉離子電池有自己的優(yōu)勢，一方面是安全性足夠，相比鋰元素，鈉元素的標(biāo)準(zhǔn)電壓區(qū)間更大，在安全性和應(yīng)用性范圍更廣;另一方面，鈉元素在地球上的儲量比較豐富且分布非常均勻，地殼含量占比約為2.5%-3%，相比之下，鋰元素在地殼中的含量只有0.65‰，且分布高度不均勻，國內(nèi)80%的鋰資源需要進(jìn)口。

多項(xiàng)指標(biāo)不如鋰電池

寧德時(shí)代鈉離子電池投產(chǎn)意味著該細(xì)分領(lǐng)域可能會加速，有券商豪言，目前鈉離子電池相當(dāng)于2013年-2014年的鋰離子電池。但中短期來看，鈉離子電池問題不少。

其一，能量密度較低。在正極方面，主流的鈉離子電池正極材料NaMnO4、Na3V2（PO4）3、Na2Fe2（SO4）3等，理論能量密度不及三元鋰，實(shí)際能量密度較磷酸鐵鋰還低。目前磷酸鐵鋰電池能量密度可以達(dá)到200Wh/Kg，而鈉離子電池在100-150Wh/Kg，據(jù)國泰君安的測算，其天花板也只能到200Wh/Kg，剛好是磷酸鐵鋰的水平。

負(fù)極方面，鈉離子的離子半徑大于鋰離子，導(dǎo)致鈉離子電池需要采用硬碳或者其他的負(fù)極材料，能量密度低于石墨材料。

其二，充放電速率慢。更大的尺寸使鈉離子很難嵌入發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電極晶體結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)致鈉離子的移動速率比較忙，影響鈉離子的充放電速率。

其三，成本較高。目前實(shí)際成本超過1元/Wh，而鋰電池的成本，鐵鋰是0.5元-0.6元/Wh，盡管未來規(guī)?；慨a(chǎn)后成本會有下降（可能會下降至0.2-0.3元/Wh），但是可能還有相當(dāng)長的路程要走，就拿負(fù)極來說，硬碳量還比較小，現(xiàn)在還沒有規(guī)模化。

另外，鋰電池本身的技術(shù)也在進(jìn)步，成本存在進(jìn)一步下降的可能，比如已經(jīng)將電池成本壓縮到極致的特斯拉，計(jì)劃未來3年電池包的續(xù)航能力再提高54%，成本繼續(xù)下降56%。

這些問題決定了，鈉離子電池至少在未來3年很難有全面替換電動車鋰電池的可能。

鉛酸電池或首當(dāng)其沖

目前來看，鈉離子電池沖擊最大的應(yīng)該是鉛酸電池，這種電池的能量密度比不到100，循環(huán)壽命不到300次，但是成本卻在0.3元-0.5元之間。而鈉離子電池的能量密度雖然低于鋰電池，但卻明顯高于鉛酸電池，同時(shí)，循環(huán)壽命可以達(dá)到2000次以上，未來規(guī)模化后成本會進(jìn)一步下降，從性價(jià)比來看，完全可以替代鉛酸電池。

我國是全球最大的鉛酸電池生產(chǎn)國和消費(fèi)國。鉛酸電池下游的主要應(yīng)用領(lǐng)域在低速電動車和電動兩輪車。公開數(shù)據(jù)顯示，2019年國內(nèi)電動兩輪車出貨量高達(dá)3800萬輛，2020年增速同比增長23%達(dá)到4674萬輛，其中有超過7成使用鉛酸電池。低速電動車每年200萬輛左右的增速，保有量超過一千萬臺，其中超過9成使用鉛酸電池。有測算顯示，這兩個(gè)市場規(guī)模合計(jì)逾300億元，鈉離子電池的使用將首先瓜分該市場。

其次，由于電動車講究的是輕量化以及續(xù)航里程，鈉離子電池可能暫時(shí)無法運(yùn)用于電動車上，但是，對重量和單位能量密度要求不高，對價(jià)格又比較敏感的儲能領(lǐng)域，可能會有替代效應(yīng)，而2020年鋰電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用占比有6成，因此對鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的影響可能會先出現(xiàn)在儲能環(huán)節(jié)。

儲能是一個(gè)規(guī)模很大的市場。根據(jù)GGII的數(shù)據(jù)，2019年全球儲能電池出貨量為18.8GW，假設(shè)2019-2025儲能電池CAGR為30%，即2025年出貨量將達(dá)到90.74GW，若1W成本做到0.2-0.3元，則儲能市場空間估計(jì)約200到300億元。

對鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的影響

鋰資源方面，根據(jù)中泰證券測算，即便鈉離子電池在儲能的滲透率達(dá)到30%-80%，碳酸鋰需求量約減少1.70-4.54萬噸。而在2025年全球新能源汽車銷量達(dá)到1500萬輛的假設(shè)下，碳酸鋰需求量則將達(dá)到100萬噸量級，大約減少1.7%-4.6%的需求量，影響有限。

四大材料方面，鈉離子電池與當(dāng)前鋰離子電池結(jié)構(gòu)成分相比，除了隔膜和電解液添加劑外均存在明顯差異：

（1）正極環(huán)節(jié)，鋰離子和鈉離子電池正極結(jié)構(gòu)一致，但是材料選擇不同，鋰鹽換成鈉鹽，其中鈉鹽的正極材料類型包括層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍(lán)類似物（PBA）、基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的材料以及有機(jī)材料等幾種。但不管用什么材料，都不再含有鋰元素，而原來鋰電池包括磷酸鐵鋰正極和鈷酸鋰正極則都有。

（2）電解液環(huán)節(jié)，鈉離子電池的電解液主要是有機(jī)溶劑電解液和凝膠聚合物電解液，相關(guān)溶質(zhì)從鋰電池的六氟磷酸鋰變?yōu)榱姿徕c，溶劑則用碳酸丙烯酯（PC），添加劑沒有變化。

（3）負(fù)極方面，有軟碳、硬碳和復(fù)合無定型碳三種，其中硬碳是主要應(yīng)用方向，目前鋰電池用的石墨將全部被取代。

其他環(huán)節(jié)，鈉離子不會與鋁形成合金，所以用于導(dǎo)電的銅箔將全部被鋁箔替代，鋁箔的單價(jià)低于銅價(jià)，將顯著降低電池成本。制造工藝上，鈉離子電池和鋰電池制造工藝接近，設(shè)備可以沿用鋰電池生產(chǎn)線，中游電池廠無重置成本。

總結(jié)而言，鈉離子電池對鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的影響中，鋰資源、隔膜和電池設(shè)備商最小，電解液次之，正極、負(fù)極和銅箔影響最大，甚至有完全替代的可能。

從標(biāo)的來看，多氟多有六氟磷酸鈉相關(guān)產(chǎn)品小批量生產(chǎn)外售，石大勝華則可生產(chǎn)PC;負(fù)極的硬碳方面，國內(nèi)美錦能源、璞泰來和中科電氣有相關(guān)產(chǎn)品;鋁箔的生產(chǎn)則較為普遍，鼎盛新材有3萬噸的鋁箔產(chǎn)能，南山鋁業(yè)有2.1萬噸的高端鋁箔產(chǎn)能即將投放，萬順新材的鋁箔產(chǎn)品可用于電動車級別;有鈉離子電池技術(shù)儲備的公司主要有欣旺達(dá)、山東章鼓、翔豐華等。