锂资源不够用,“钠”能取而代之吗?

发布于 2021-10-08 20:25

引言

锂资源不够用,那不妨试试钠离子。

从大周期看,新能源取代燃油车是大趋势,在我国明确2030碳达峰、2060碳中和的目标下,发展清洁能源、普及电动车是交通出行领域实现碳中和的重要举措。在此背景下,电力取代传统化石能源,绿色电力(太阳能、风力发电)取代火电(煤炭燃烧)是不可逆的大趋势,电动汽车的持续增长也是一个确定的长期的趋势。
2020年,我国电动汽车保有量400万辆左右。今年3月,中国电动汽车百人会副理事长兼秘书长张永伟表示,据预测,2030年前后,中国电动汽车保有量在8000万辆的规模区间。从400到8000,8年间将有20倍的增长,如此大跨度成长空间的行业不多见。电动汽车确定的高增长下,锂电池企业也会在未来较长一段时间保持高增长。这在逻辑上是没问题的。
到2023年,全球电动汽车对动力电池的需求达406千兆瓦时(GWH),而动力电池供应预计为335千兆瓦时(GWH),缺口约18%。到2025年,供需缺口将扩大约40%。电池的短缺,意味着电池企业将在较长一段时间内拥有较强话语权,这对从业企业来说是一定的利好。

一是,新的技术路线出现。中国工程院院士郑绵平认为,随着我国新能源汽车产业的快速发展,动力电池所需的金属材料已出现告急——镍、钴资源匮乏,对外依存度较高,存在安全风险,“现有资源能否保障锂电池行业持续发展,值得探讨。”
电池行业作为技术密集、资金密集的行业,也极易受上游原料供应影响。若上游原料发生变动或新的重大技术路线的改变,将对行业产生颠覆性影响。这样的案例已经在电视机行业发生过,曾经的等离子与LED两条路线之争,最终以LED获胜告终。
日韩企业坚持的氢燃料电池,前不久宁德时代推出的钠离子电池等等,未来前景尚不可知,但这些新技术路线的出现,毫无疑问为行业增添了未知变量,有可能重塑行业格局。

二是,主机厂的态度。车企是锂电池的大客户,过去百年的汽车历史中,主机厂一直处于产业链的强势和核心地位,汽车零部件供应商、汽车4S店只能唯车企是瞻。在新能源的大趋势下,车企是否会一直在电池企业面前放低身段,注定要打个问号。

迟到四十年的电池
锂离子电池因为优异的电化学性能,成了手机、相机、汽车等大小电器必不可少的器件,而钠离子电池却因电池容量低、循环寿命短等短板,无人问津。直到2010年以后,才陆续有研究人员把钠电池这项老技术捡起来。
与锂电池一样,钠离子电池也有多条技术路线。
钠离子电池的技术路线
其中,层状氧化物和普鲁士蓝衍生物做阴极的钠电池,不仅成本便宜,而且能量密度接近磷酸铁锂电池,甚至还有所超越。阳极材料用硬碳,能提高钠电池的可逆比容量和循环寿命。
 
不同技术路线的锂电池(左)、钠电池(中)和钾电池(右)的材料成本和能量密度对比
解决了关键的容量和寿命问题,钠离子电池的应用自然多了起来。宁德时代炒热了钠电池,然而它并不是第一家生产钠电池的中国公司,在它之前,超威、星空、中科海钠等多家公司,都已涉足钠电池的研发与生产。
 

从被科研人员抛弃,到大公司争相研发,钠离子电池为什么突然吃香?

新能源的未来在“钠”里

新能源蓬勃发展、碳中和成为世界议题。各国纷纷推出政策,将“停产燃油车”提上日程,电动车取而代之。但这又带来另一个问题:锂资源不够用了。全球探明的可供开采的锂资源储量仅能满足14.8亿辆电动汽车,而根据前瞻产业研究院的数据,2020年全球汽车保有量便超过14.9亿辆。
更不必说,中国锂资源紧张,高度依赖进口。2019年国内利用自身的锂资源加工的基础锂盐仅为6.5万吨,其余锂精矿依赖进口,共进口172万吨锂辉石精矿,且进口矿石主要都来自澳大利亚。鉴于近年紧张的中澳关系,寻找锂电池的替代产品意义非凡。
业界对钠离子电池寄予厚望。一方面,钠元素的含量足够丰富。锂在地壳中的含量只有0.0065%,而钠的含量则为2.75%,是前者的400多倍。
另一方面,钠离子电池成本低、安全性高。据中科海钠的测算,钠离子电池的材料成本,比锂离子电池低30%~40%。并且由于钠电池化学性性能稳定,不容易形成锂枝晶那样坚硬的枝晶,在安全性上较同类别的锂离子电池体系具有优势。
 
来源:中科海钠官网
优势有,劣势当然存在
钠离子电池制造成本暂时偏高。一方面,钠电池产业链不成熟,拉高了制造成本。今年2月,中国铁塔中国电信的招标上,磷酸铁锂电池组价格已低于0.5元/Wh,但目前钠离子电池的实际生产成本在1元/Wh以上。
只有当钠离子电池产能达到GWh级别时,才能依靠摊薄设备折旧费用,体现出钠离子电池材料成本低的优势,但截至2020年,国内电池储能项目的装机规模累计只有3.3GW。
另一方面,钠电池的材料生产方法也有待优化。高校和企业一直在寻找更廉价的方法,制备钠电池的电极材料。但这些专利和研究多处于理论阶段,距离大规模投产仍有距离。
钠电池的优势已无需多言,可命运的天平何时倾斜,犹未可知。

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