钠离子电池商业化加速“来袭”
导读：碳酸锂价格重返高位将推动钠离子电池替代加速，钠离子电池商业化进程提速。
王东岳/文
节后第一周，电池级碳酸锂价格涨势延续。10月11日，电池级碳酸锂价格再涨3500元/吨，区间均价报收52.35万元/吨，三日累计上涨2.65%。
2021年以来，新能源电动汽车渗透率快速提升，带动锂电池需求持续旺盛，上游主要原料之一的碳酸锂价格连续大幅上涨。碳酸锂价格重返50万元/吨之际，锂电池替代开始重新提上议程。
9月30日，华阳股份发布公告称，旗下全资孙公司山西华钠芯能科技有限责任公司投资建设的钠离子电芯生产线正式投产。宁德时代方面透露，公司正努力推进钠离子电池在2023年实现产业化。
分析人士认为，碳酸锂价格重返高位将推动钠离子电池的替代加速，伴随国内钠离子电池产线落地投产，2023年或将成为钠离子电池商业化元年。
钠离子电池落地加速
9月20日，澳洲Pilbara锂精矿第九次拍卖落锤，较前次成交价上涨近10%，再创历史新高。在综合考虑运费、加工费、增值税等因素后，此次拍卖锂矿折合成电池级碳酸锂的成本预计超过50万元/吨。
2021年以来，新能源电动汽车渗透率加速提升。乘联会最新数据显示，2022年1-9月，国内新能源乘用车批发销量达到434.1万辆，同比增长115.4％，约占当期乘用车批发销售总量的25.99%。其中，9月份，国内新能源汽车批发销量达到67.5万辆，渗透率接近30%。
新能源汽车高速发展背景下，锂电池需求持续旺盛，其上游主要原料之一的碳酸锂价格因此连续大幅上涨。数据显示，2021年6月至今，国内电池级碳酸锂价格由8万元/吨一路飙升至50万元/吨以上，区间涨幅超过500%。10月11日，电池级碳酸锂价格报收52.35万元/吨，较年初上涨24.6万元/吨，区间涨幅88.65%，接近历史新高。
受碳酸锂价格大幅上涨影响，年初以来，国内锂电池生产成本持续攀升，下游车企经营压力骤增。2022年3月起，近20家新能源汽车厂商先后发布提价通知以应对成本增长压力。
锂资源瓶颈凸显背景下，钠离子电池产业化重新提上议程。9月第1周，钠离子电池指数单周上涨6.51%。9月30日，华阳股份发布公告称，公司与中科海钠共同投资开发建设的钠离子电芯生产线设备安装调试已完成，公司钠离子电芯生产线正式投产。据介绍，华阳股份的钠离子电芯生产线主要生产圆柱钢壳和方形铝壳电芯，能量密度约为120Wh/kg到130Wh/kg，项目满产后将成为国内首条产能达到GW级别的钠离子电池产线。
同时，宁德时代在接受投资者调研时透露，公司正致力于推进钠电池在2023年实现产业化。2021年7月，宁德时代召开了公司首次全球发布会，正式推出首款钠离子电池和M3P电池，标志着公司钠离子电池替代路径开始逐步进入产业阶段。
据宁德时代披露，公司钠离子电池的能量密度是160Wh/kg，常温下充电15分钟，电量可达80%以上，与161Wh/kg的磷酸铁锂电池能量密度相比，公司现有钠离子电池体系的能量密度已逼近磷酸铁锂电池。
在安全性方面，由于钠离子电池的热失控起始温度略高于锂离子电池，因此电芯层面的安全性有所提升，尽管不能完全杜绝热失控情形下的爆燃风险，但从目前的电芯穿刺等破坏性实验看，钠离子电池实际安全性与磷酸铁锂电池基本相近。
而在产品成本上，铁锂电池对钠离子电池的性价比优势在逐步缩小。根据SNE Research发布的2022年上半年全球动力电池市场销售数据，1-6月，宁德时代动力累计销售动力电池104GWh，成本约为791.6亿元（含储能业务）。以此计算，宁德时代电池成本约为7.61亿元/GWh。
根据东吴证券研究报告，目前钠离子电池处于推广期，设备工艺不成熟、生产设备不完善、产业链不完善，预计当前成本应在0.8-0.9元/Wh以上。东吴证券认为，随着产业链的完善，规模效应显现以及技术趋于成熟，钠离子电池成本有望降至0.5元/Wh。与磷酸铁锂电池0.7元/Wh的总成本相比，钠离子电池成本将便宜20%以上；其中，在电芯材料成本方面，钠电池成本预计比铁锂电池低0.1元/Wh，降至0.3元/Wh，便宜25%以上。
华泰证券认为，在锂资源紧张、锂价持续高位背景下，钠离子电池战略意义凸显，产业链建设有望提速。
“低”成本竞争
中信建投证券在研报中指出，“常规”钠离子电池立足成本优势潜力，与磷酸铁锂性能指标各有所长，高能钠离子电池可能在能量密度单一性能指标上超过铁锂。尽管目前技术成熟度相对较低，但钠的地壳丰度大幅高于锂，碳酸钠廉价，在能源革命的大背景下，钠离子电池将迎来以性能较好、成本控制潜力较大为核心竞争力的历史机遇。
资料显示，钠离子电池体系与锂离子电池一致，均由正极材料、负极材料、隔膜、电解液、集流体、结构件等组成，但除隔膜外，钠离子电池的正极材料、负极材料、电解液体系均与锂电池有较大差异。
在正极材料方面，目前，钠离子电池的正极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。正极材料的选取需要遵循具有较高的比容量，较高的氧化还原电位，良好的结构稳定性和电化学稳定性，嵌入化合物需要具有良好的电子电导率和离子电导率，资源丰富易得、成本低、制备工艺简单等原则。
钠离子电池正极材料中，过渡金属氧化物是目前最受欢迎的正极材料，包括磷酸铁钠、锰酸铁钠、钛锰酸钠等，华阳股份（合作方中科海钠）投产的钠离子电池即采用了铜铁锰层状氧化物+软碳路线。同时，普鲁士类材料依靠较好的电化学性能、成本低、稳定性好等优点，也成为目前研究的主流方向之一。宁德时代推出普鲁士白体系+AB电池以及后续计划推出的锰基富锰普鲁士白体系，均为普鲁士类材料路线。
东吴证券在研究报告中指出，目前钠离子电池价格高昂主要是正负极材料及配套的电解液未大规模量产。正极材料中，层状氧化物价格在15万-20万元/吨，仅考虑正极成本，层状氧化物中碳酸钠单吨价格不足3000元，以目前碳酸锂50万元/吨计，两者相差超过150倍。
从原材料储量来看，锂元素在地壳中的储量占比仅为0.0065%，且分布多位于较偏远的地区。截至2022年1月，全球探明锂资源总量约8900万吨，可开发储量约为2200万吨。其中，南美洲可开发锂资源储量占全球53%，中国仅占7%，国内锂资源80%以上依靠进口，对外依存度偏高。与锂元素相比，钠元素是地壳中储量最大的碱金属元素，地壳丰度约为2.36%，是锂的360倍以上，且钠元素具有储量丰富、价格低廉、分布广泛的优点，其产品价格相对稳定。
根据东吴证券测算，如果使用铜锰铁元素层状氧化物体系，钠离子电池的正极价格将比LFP正极价格便宜一半以上；根据中科海钠官网数据，在碳酸锂价格15万元/吨、碳酸钠价格2000元/吨的背景下，钠离子电池材料成本相较锂离子电池降低30%-40%。最新报价数据显示，国内电池级碳酸锂报价52.35万元/吨，碳酸钠报价不足3000元/吨，两者报价相差174.5倍。同时，东吴证券预计，目前普鲁士白类正极材料价格在20万元/吨，未来普鲁士白类的理论价格预计可以做到3万元/吨，较目前降低80%。
在负极材料上，目前，钠离子电池负极技术路线主要有金属化合物、碳基材料、合金材料、非金属单质等技术路线。其中，碳基材料因循环性能稳定、嵌入度高等优势是目前性价比最高的钠离子电池负极路线。据介绍，碳基材料包括硬碳、软碳、石墨和类石墨等产品路线，其中软碳和硬碳是商业化最快的碳基负极。
数据显示，由于现阶段供应链不完整，国外可乐丽在硬碳技术上保持领先，进口硬碳材料的每吨售价约在20万元，国产硬碳价格约在8万-10万元/吨。但从长期来看，随着未来硬/软碳技术的近一步成熟以及产量增长后的规模效应显现，硬/软碳的生产成本有望大幅下降。
中金公司预计，到2025年，国产硬碳材料价格有望降至6万元/吨。根据东吴证券测算，目前，国内硬/软碳的价格预计分别约为8万元/吨和5万元/吨，未来成本可降至4万元/吨和2万元/吨以下，比现有人造石墨负极价格低30%。
此外，除了钠元素相对锂元素的成本替代之外，钠离子电池的成本优势还表现在集流体材料的选择优势方面。由于铝制集流体在低电位下易与锂发生合金化反应，从而影响电池的整体性能，锂电池负极只能使用铜箔，但钠电池可以在正极负极都使用铝箔。
根据鑫锣咨询数据，目前，每GWh三元锂电池大约需要电池铝箔300-450吨，每GWh磷酸铁锂电池需要电池铝箔400-600吨。由于钠电池正负极集流体均采用铝箔，且负极集流体对铝箔的需求量高于正极，每GWh钠电池需要铝箔700-1000吨，用量是锂电池的2倍以上。不过，与铜箔相比，铝箔价格要大幅低于铜箔价格。数据显示，截至10月10日，国内电池级铜箔（6μm）报价12.35万元/吨；同期，电池级铝箔价格约为3.7万元/吨，与电池级铜箔价格相差近3倍。
经测算，相较于锂电池，钠离子电池的材料成本分布更为分散，其中正极材料的成本占比从锂电池的43%下降为26%；负极材料占比由锂离子电池的11%提升至16%；集流体材料成本占比将由锂离子电池的10%降至4%。
根据东吴证券测算，钠离子电池可以通过替换正极材料和电解液中的锂元素、铝箔集流体替换铜箔以及使用原材料无烟煤硬碳材料替代负极等方式降低原材料成本。
当碳酸锂价格在10万元/吨以上，钠离子电池相比磷酸铁锂电池具备经济性优势。
未来市场前景广阔
根据华阳股份披露，相比于铅酸和铁锂电池，钠离子电池具有价格低廉、安全性能高、高低温性能优异、充放电速率快等优点，适用于储能电池、动力电池（轻型电动车、乘用车、重卡等）、备用电池（数据中心、通信电源、UPS等）和汽车启动等场景，未来市场前景广阔。
中信建投证券认为，现阶段钠电池能量密度主要集中在130-160Wh/kg区间，与磷酸铁锂的140-190Wh/kg有部分重叠，随着产业链逐步建成形成规模效应后成本的降低，以及功率、能量密度的优化创新，其有望完全取代锰酸锂需求、部分替代磷酸铁锂需求。
中国自行车协会数据显示，2021年，中国共销售电动两轮车4900万辆。截至2021年年末，中国电动两轮车保有量约为3.4亿辆。在电动两轮车的总成本构成中，电池成本的占比超过30%，主要为铅酸电池和磷酸铁锂电池。2021年，中国电动两轮车电池出货量接近220GW。
根据东吴证券测算，目前，铅酸电池售价在0.47-0.66元/Wh，由于钠电池循环寿命是铅酸电池的3倍以上，理论上钠电池价格只需低于铅酸电池的2倍（约0.9元/Wh），两轮车企业将产生替代意愿。与铅酸电池相比，钠离子电池具有耐低温、轻量化等优势，当其制造成本低于铅酸电池和锂离子电池制造成本时，将在电动两轮车领域占据绝对优势。
2022年8月，小牛电动CEO李彦在接受媒体采访时曾表示，小牛电动正在寻找新的电池技术替代，并且公司计划于2023年推出旗下首款钠离子两轮电动车。
根据李彦的介绍，在相同续驶里程下，钠离子电池虽然比锂电池重，但是其具有明显的成本优势。
东吴证券预计，到2022年年底钠电池拥有GWh以上生产能力时，钠电池价格有望降至0.8元/Wh，将在两轮车领域对铅酸电池形成替代，并且渗透率逐步增加；预计到2027年，钠离子电池渗透率有望到50%，预计形成52GWh潜在替代空间，以0.5元/Wh的价格计算，2027年潜在市场空间为130.7亿元。
同时，钠离子电池的耐低温特性将在储能领域获得部分应用空间。据介绍，建设成本、电池循环寿命、充放电深度以及电价是影响储能建设收益的几个关键因素。
目前，国内常用磷酸铁锂电池，国外以三元锂电池为主，但由于建设成本、循环寿命驱动等因素影响，正逐渐转向磷酸铁锂。
与磷酸铁锂相比，钠离子电池在充放电深度上存有优势，同时其耐低温特性适用于寒冷地带或气候温差较大地带，如内蒙古、甘肃北部、黑龙江、青藏高原等重要的风力资源地区。10月10日，中国能建发布公告称，公司中标三峡能源安徽阜阳南部风光储基地项目储能系统EPC总承包工程，该项目是目前华东区域最大的电网侧电化学储能项目，也是目前国内最大的钠离子储能电池项目。
据介绍，该项目计划建设300兆瓦/600兆瓦时储能电站，含270兆瓦/540兆瓦时磷酸铁锂电池和30兆瓦/60兆瓦时钠离子电池，项目预计2023年6月全部投运。
东吴证券认为，随着改性带来的循环性能提高和规模化量产持续降本，钠离子电池有望在建设成本、电池循环寿命两方面达到储能应用标准。以0.5元/Wh的价格和钠离子电池45%的渗透率计算，预计到2027年，中国储能市场将达到152GWh，对应钠离子电池储能应用潜在市场空间将达到341.7亿元，钠离子电池全部市场应用规模将达到582.7亿元。
中信建投证券预计，到2025年，钠离子电池的市场空间约为30GWh，市场规模接近200亿元。