邀请嘉宾:立方新能源董事长【涂健】
摘要
1、钠电未来的竞争格局或将是纺锤型
钠离子电池所面临的竞争格局和发展规划可以借鉴锂电池,市场玩家有两种可能性:第一,钠离子电池初创公司;第二,锂电池现有玩家。而竞争的核心在于电池行业是一个非常重资产,重技术的赛道,并且要求产品迭代的时间非常短。
所以从很多的角度而言,锂电龙头宁德时代、以及立方新能源等其他初创公司,可能有各自的优势和劣势,未来市场参与者的格局可能是纺锤型的,而这个纺锤可能会变得越来越宽,越来越尖。
2、层状氧化物体系最具潜力
钠离子电池目前主要聚焦在层状氧化物、普鲁士蓝以及聚阴离子这三种类型。不同的体系要得到市场的验证,同时需要考虑到各自的成本、安全以及循环寿命。钠离子电池若要取代磷酸铁锂或其他锂电池体系的电池,更要考虑重量能量密度和体积能量密度等,所以每种材料都有它的优势和劣势,最终由市场做出相应的选择。
但目前第一梯队公司,如中科海纳、钠创、立方等等,采用的都是氧化物体系,全世界60%-70%的公司选用的都是氧化物体系。原因就在于氧化物体系目前的体积能量密度及重量能量密度是最接近磷酸铁锂的,也就是说,无论在储能或是其他应用层面,它都具备可替代性。
3、初期钠离子电池领域,电芯厂将占主导
从技术角度来看,材料厂家在初期阶段对电芯厂有依赖性,因为电芯技术包括正负极各种工艺配方,电底液的优化。
所以初期阶段,主导方应该会在电芯厂,只有电芯厂去做评估才能确定材料需要怎么往前走,但是未来慢慢会变成均衡。如果有些材料厂家有很好的优点,大家能够利用各自的优势,电芯厂可能就会更多聚焦在电子液配方产品的工艺,正负级材料的工艺配方等等的优化和改善上,而材料厂家可能聚焦在材料的这各种各样的元素(或者溶剂,添加剂)的组合上面。
4、钠离子电池降本的三大体现
目前隔膜基本上是能通用的,而正负极材料和电解液的变化主要是把锂化物中的锂换成更便宜的钠。
正极材料不需要再用镍、钴等贵重的材料或者尽量降低它的使用比例来实现成本的下降。正极材料的成本而言,钠电池和锂电池的价差相差了三倍左右。
负级材料从石墨类的材料(人造石墨或者天然石墨)切换成了软碳、硬碳等低碳化温度的材料。钠离子电池的负极材料只要需要用到1200度到1600度碳化就可以了,省去了石墨化的高温要求。从电费、环保成本的角度来说,要节约1万到1.6万。
电解液方面,溶剂这部分有很大的进步空间,目前还是主要是沿用锂电池的溶剂唯一的变化是针对钠电池的一些添加剂以及针对钠电池的盐,比如六氟磷酸锂变成六氟磷酸钠,但是还是有一些含锂的添加剂存在,未来将会研究把它变成一个含钠的添加剂,所以溶剂未来的变化也蛮大的。
5、钠电是锂电的Plan B
钠电的能量密度一定是比不上锂电的,但是它的优势在于资源比较广。我国只有 5% 左右的锂矿,大部分还是以低品位的矿石为主,开采成本其实相对偏高,锂矿存在的分布的局限性,也就导致未来可能就像石油一样,价格不是因为量决定的,而是因为资源拥有国每年愿意生产多少来决定,也就是供需的关系来决定价格。
而我国是全世界新能源产业最大、发展最快的国家,基本上生产了全世界 65% 以上的电池,而且很多的原材料都在中国生产。所以资源的地缘政治性,可能会导致锂矿的价格在未来至少三年内,很难下降到一个很低的程度。当然,未来锂的价格即使降到 20 万以内,钠电仍然具备优势。再加上钠电池在低温上面的优势,它在一些特殊的领域和场所,又能找到一些差异化的应用。
其实,钠电是锂电池尤其磷酸铁锂电池非常好且有益的补充,因为如果钠离子电池发展不起来,目前的应用无论是储能、电动车,消费电子,包括未来元宇宙 AR的发展,只能全都依靠在锂电池。在没有 B 方案的情况下,那 A 方案的成本将很难降下去,只有 B 方案出来之后,大家相互制衡,有选择机会,才能会让锂的价格有下降的趋势,市场可以良性发展。
正文
作为目前动力电池、储能电池的主力军,锂离子电池随着新能源汽车的大力推广以及销量的攀升,发展十分迅猛。但是作为锂电池的上游原材料锂盐乃至再上游的锂矿价格也在同步上涨,给锂离子电池带来了越来越大的成本压力,目前的锂离子电池似乎进入了一个高成本难以解决的怪圈。
一直以高性价比、低成本闻名的钠离子电池再一次出现在大家的视线中。那么它是仅仅作为锂价过高的“救火队员”,还是长期能够与锂电池真正竞争的“有力对手”?目前各大电子厂商及材料产商都在对钠离子电池进行推广,真正的量产进度又到了什么程度?钠电的3条发展路径,哪一条最具前景呢?带着一系列市场非常关心的问题,我们邀请到了在钠离子电池领域走到比较前沿的立方新能源的董事长【涂健】为我们做一个深度的讨论和分析。
见智研究:
目前钠离子电池发展的3条路径,主流电子厂商最看重哪条路线的发展?他们各自的优劣势又如何?
涂健:
钠离子电池与锂电池相同,在学术研究上不止三条路径,锂电池目前的主流路线有三元、钴酸锂、高镍、中镍体系、高镍无钴体系以及铁锂体系。但实际上除了这几种体系外,还有很多别的体系。钠离子电池也是一样,但钠电目前主要聚焦在层状氧化物、普鲁士蓝以及聚阴离子类型。
不同的体系要得到市场的验证,需要考虑到各自的成本、安全以及循环寿命。钠离子电池若要取代磷酸铁锂或其他锂电池体系的电池,又要牵涉到重量能量密度和体积能量密度等,所以每种材料都有它的优势和劣势,最终由市场做出相应的选择。
见智研究:
从您的角度看,哪条路线更具发展潜力呢?
涂健:
我们从2016年开始做钠电池,3个体系都做过。最早是普鲁士蓝体系,与美国一家知名的斯坦福初创公司合作,之后又与国网合作聚阴离子磷酸钒钠体系,最终在2020年左右回归到了氧化物体系。
而大家熟知的第一梯队公司,如中科海纳、钠创、立方等等,采用的都是氧化物体系,全世界60%-70%的公司选用的都是氧化物体系。原因在于氧化物体系目前的体积能量密度及重量能量密度是最接近磷酸铁锂的,也就是说,无论在储能或是其他应用层面,它都具备可替代性。
见智研究:
钠离子电池与锂离子电池除了隔膜应该能完全通用,在正极材料、负极材料及电解液上都有一定的变化,这些变化体现在哪些方面?瓶颈会在哪里呢?
涂健:
目前确实隔膜基本上是能通用的,但不排除未来在隔膜上面有新技术进展。因为现在都还在钠离子电池发展的初步阶段,并没有大批量的为市场供给产品,所以还有很大的进步空间,隔膜也是一样。
正负极材料和电解液的变化主要是把锂化物中的锂换成更便宜的钠。因为锂和钠的原子半径不一样,在结构上也有一些差异性。需要通过调整它的结构来实现自由的且长期循稳定的循环。所以它的过渡金属氧化物也要做相应的替换。从我们的角度来说,希望不要再用回到锂电池这一块,这样就不需要再用镍、钴等贵重的材料或者尽量降低它的使用比例来实现成本的下降。
而负级材料也是从石墨类的材料(人造石墨或者天然石墨)切换成了软碳、硬碳等低碳化温度的材料。简单来说钠离子电池的负极材料只要需要用到1200度到1600度碳化就可以了,省去了石墨化的高温要求。从电费、环保成本的角度来说,要节约1万到1.6万。
电解液方面,溶剂这部分我觉得有很大的进步空间。目前还是主要是沿用锂电池的溶剂,如EC、PC、DEC、DMC等。唯一的变化是针对钠电池的一些添加剂以及针对钠电池的盐,比如六氟磷酸锂变成六氟磷酸钠,添加剂方面,一些有机溶剂类的添加剂可能在钠电池和锂电池里都有效,但是还是有一些含锂的添加剂存在,大家都正在研究中,希望把它变成一个含钠的添加剂,所以溶剂未来的变化也蛮大的。
立方也在做关于聚合物的或者凝胶状的电子液的体系来实现电池的更高安全性或者更长的循环寿命。
见智研究:
目前锂价涨势非常凶猛,但是如果后期回落了,钠电池的性价优势会不会就不在了?
涂健:
实际上钠电池和锂电池基本上是同时出现的,锂是元素周期表里面最轻的元素,它代表的是最高的能量密度,所以锂电池尤其适应最初的消费类电池的发展需求,也就是便携式,短小轻薄的方向发展。因此锂电池就迅速的把钠甩到了后面,得到很快的发展,甚至后来无论在无人机还是车都得到了很好的应用,都是因为这短小轻薄中间的某一个特点来实现的。
钠电对于全世界而言,最大问题是它的能量密度一定是比不上锂电的,但是它的优势在于资源比较广,我们可以从两个点去看。
第一,虽然各家比如宁德时代等都在说锂矿是足够未来60年甚至80年的需求,再过5 年到10年之后碳酸锂又可以进入一个回收模式,回收的比例也将慢慢从30%、40%未来稳定在60%、70%以上。
但事实上,锂矿资源目前过度集中这个南美的三角洲,大家都知道玻利维亚,阿根廷,智力,它占了全世界将近 50% 以上的卤水锂矿。澳大利亚,以锂辉石为主也占了大概 8-10%。从这些角度而言,锂矿的资源是高度集中的。而中国的最大问题在于我们只有 5% 左右的锂矿,这个锂矿大部分还是以低品位的矿石为主,开采成本其实相对偏高。锂矿存在的这个分布的局限性,加上回收价格也会不低,也就导致未来它可能就像石油一样。
价格不是因为量决定的,而是因为资源拥有国每年愿意生产多少来决定,也就是供需的关系来决定价格。而中国是全世界新能源产业最大、发展最快的国家,基本上生产了全世界 65% 以上的电池,而且很多的原材料都在中国生产。所以我认为资源的地缘性或者资源的地缘政治性,可能会导致锂矿的价格在未来至少三年内,很难下降到一个很低的程度。
第二,钠离子电池的正极基本上没有任何成本高的金属,使用的主流金属的价格相对而言是属于大众化的资源,价格会比较便宜,所以决定价格稳定性会非常好。第三,负极材料使用硬炭类材料,由于省去了2800 度到 3200 度的石墨化烧结,所以它的加工费用会大大的便宜,目前最大的问题是在于原材料的选择和收率,也就是硬碳的收率比例决定未来的成本。
所以钠离子电池只要市场真正做起来,相比锂电池的价格会有一个明显的优势,在起量之后,它的价格甚至可以触及到目前的铅酸电池的价格。
所以钠离子电池在市场上未来会有很好的发展,向下去替代铅酸电池,向上去蚕食锂电池,它是锂电池尤其磷酸铁锂非常好且有益的补充。
因为如果钠离子电池发展不起来,目前的应用无论是储能还是电动车,还是消费类,包括未来元宇宙 AR的发展,只能全都依靠在锂电池。在没有 B 方案的情况下,那 A 方案的成本将很难降下去,只有 B 方案出来之后,大家相互制衡,有选择机会,才能会让锂的价格有下降的趋势。
当然,最终锂离子电池和钠离子电池在性价比上进行综合的比拼,来决定市场最终在未来的 3 年-10 年之内能够各自占据多少比例市场。
见智研究:
除了钠电池、钒电池、锌电池甚至镁电池等也会有一个新型电池的提出,为何钠离子电池能脱颖而出?
涂健:
这几个新型电池未来都是作为了储能技术的代表,但是有些不一样,现在有长时储能、短时储能,其实锂和钠所代表的都是短时储能。那全钒液流包括锌甚至美国现在开发的铁电池都是作为长时储能,它储能的放电时间可能会很长,比如说10个小时以上的一些东西。
钠电池独有的一个特点就是在于它是最接近目前能够批量化,而且实际上正在批量化的最接近锂电池的新型电池。初期的成本相对这几个而言有优势,比如说全钒液流电池目前是锂电池的初期投入成本的三倍以上,而且随着大批量去用,钒的价格还会往上走,因为钒也是一个小众的金属,同时它的占地可能是锂电池和钠电池的5 到 10 倍以上。
所以相对而言从投入,体积能量密度、占地大小、重量各个方面来看,大家会去选取类似于磷酸铁锂便利,同时相对而言对环境,对场所没有很大的要求的储能技术。
而刚才您说的前面这三组新型电池,相对而言在占地或者循环寿命等方面有一些影响,可能比较适合在青海甘肃这些不需要考虑地域限制,空间限制的应用会更有空间。
见智研究:
钠离子电池几个降本的点在哪里?锂离子电池能够降多少的成本?
涂健:
我举个最简单的例子,比如说我们现在用的磷酸铁锂的价格,目前的市价是 15 万/吨,提供的容量可能是 140-150mah/g。那对于钠电池而言,比如说现在氧化物的体系目前大部分都能做到 120-140 mah/g。但是目前价格可能只需要6 到 7 万,未来可能降到 5 万以内。从价格提供的容量和电压相似的正极材料而言,你可以看到的是钠电池和锂电池的价差相差了三倍。
同样对于储能用的石墨,石墨类的负极需要 2800 到 3200 度的高温石墨化,而·高温石墨化的耗电加设备的折旧,可能目前要 12,000 到 18,000 元之间。硬碳类材料和软碳材料最大优势就是不需要搞石墨化,它只要 1200 度到 1600 度的碳化,所以各方面的耗电以及设备的要求了就会低很多。
所以这几块东西综合起来,未来锂的价格即使降到 20 万以内,钠电仍然具备优势。再加上钠电池在低温上面的优势,它在一些特殊的领域和场所,又能找到一些新应用,也就是找到一些差异化的点。
见智研究:
钠离子电池市场未来的格局情况如何?
涂健:
根据经验去推测的话,借鉴锂离子电池的发展,过去 20 年的时间内成本可能降了70%到80%。因为价格的下降才导致了它能够在电动车上应用。
日本其实在 90 年代就开始把钴酸锂用在这个电动车上。而特斯拉在两千零几年的时候,第一代电池也用的是 1860 钴酸锂的电池。随着时间和产业的发展,自动化程度提升,快速下降的成本、电池能量密度、安全性能都得到了一个很大的提升。
钠离子电池所面临的格局和发展是可以借鉴锂电池的,对市场玩家而言,有两种可能性。第一个是钠离子电池初创公司,第二个是锂电池的现有玩家可能不会放弃这个市场。而竞争的核心在于,钠离子电池行业是一个非常重资产,重技术的赛道,并且要求产品迭代的时间非常短。
从很多的角度而言,比如说宁德时代、立方以及其他的初创公司,可能有的各自的优势和劣势。市场参与者的格局可能是纺锤型的,未来这个纺锤可能会变得越来越宽,越来越尖。
见智研究:
钠离子有可能“向下替代铅酸”,“向上对抗锂离子”。具体的应用领域是否会出现直接的竞争,各自的优劣势会是什么?
涂健:
钠离子电池最主要的优势在于成本优势,以及能量密度和安全性能能够媲美磷酸铁锂,在大型储能上的应用值得期待。
见智研究:
对钠离子电池的技术展望如何?
涂健:
经历过锂电池的 20 年的发展,从技术角度去看,技术永远都是去突破的,在未来的 3 年、5年甚至 10 年的时间它一定会被攻克。钠离子电池未来一定会达到或者超过磷酸铁锂,但这个需要时间。
见智研究:
对于钠离子和锂离子电池混搭的方式会不会成为主流方案?
涂健:
混搭是宁德时代首先提出的,可以利用各个体系的特点和优点。比如说钠离子电池的成本,以及较好的低温性能可以很好的弥补磷酸铁锂和三元的薄弱点。但实际上还有很多的技术难点和技术壁垒,因为不同材料的电压范围、曲线、循环都有不一样的地方。
见智研究:
钠电池材料进度如何?商业化落地时间?
涂健:
今年有公司开始做产品试用或者示范,小批量。明年几个亿到十几个亿的市场。后年可能会成长 5 到 10 倍以上。
见智研究:
材料商和电池商,哪一个会更有竞争力?
涂健:
这比较有争议,从技术角度来讲,材料厂家在初期阶段,对电芯厂有依赖性,因为电芯技术包括正负极各种工艺配方,电底液的优化。
初期阶段,主导方应该还会在电芯厂,去做评估才能确定材料需要怎么往前走,但是未来慢慢会变成均衡。如果有些材料厂家有很好的优点,大家利用各自的优势。那电芯厂可能聚焦在电子液配方产品的工艺,正负级材料的工艺配方等等的优化和改善上,而材料厂家可能聚焦在材料的各种各样的元素(或者溶剂,添加剂)的组合上面。
见智研究:
美国和欧洲新能源汽车厂商对于钠电池的接受程度?
涂健:
国外其实还是做得比较早的,但只是缺乏像中国政府的补贴刺激,把新能源产业链健全。
我们第一代钠离子电池发布后,马上就被美国的两家很大的公司,以及法国一家很知名的世界 500 强公司做了采访和电话会议沟通。我们跟特斯拉的首席科学家也做了联系并送去测试了。国外聚焦或者主要还在锂电池,包括液态锂电池以及固态锂电池,应用在电动车上,但是并不代表着他们就放弃钠离子电池了。
见智研究:
负极材料中软硬碳之间的性能差别如何?哪种的产业化的潜力有更大?
涂健:
从结果导向来看,用哪一种材料能够做到最低成本以及最高容量,那这个材料的产业化的潜力就非常大,或者说就会得到市场的追捧。软碳类材料相对而言原材料成本比较低,无烟煤就是一种软炭类的材料,收率会比较高,所以它的整个生产成本比较低,但是它容量受限。
而硬碳类材料无论是树脂类还是生物制类,虽然原材料也便宜,但是收率比较低,所以工艺过程的成本会比较高。未来的关键在于怎样去组合原材料,使得低的原材料成本和低的工艺过程成本进行结合,最终得到一个高性价比的材料。
见智研究:
锂价降多少以后,钠离子电池才会完全丧失性价比?
涂健:
首先,钠离子电池的成本也在不断下降,未来可能会演变成钠离子和锂离子电池谁的价格的下降速度更快的竞争局面,而从这个角度而言,钠电池的潜力更大。
碳酸锂价格,以 3 年前或者 10 年前的最低价去看,价格大概在 3.8万到 4 万左右,这已经是它最低的价格了,对应磷酸铁锂这一块的价格大概在0.4 到 0.5 元/Wh,但是钠电池按照目前商业化的进程来看,我认为是很轻松的能够做到这样一个成本。也就是说可能是明年年底到后年的时间内只要上量之后,就可以降到这个成本。
所以从这个角度而言,钠离子电池是跟锂电池相比,是有一个长期的价格成本优势,在锂离子电池的极限在那里,但纳离子电池的极限可能更低。所以这两个市场会有竞争和相互的博弈。
所以,我们只能够通过外部的竞争和刚才我说的 plan B 的方案来推动,也就是钠离子电池,我们一定要把它当成是锂电池这个产业的必要的且有益的补充,这是一个很好的 plan B, 这样才能让这两种电池在价格的博弈中,成本能够相互的往下走,以便来实现市场产业化,上下游各个厂商能受益,而不是如今锂电产业被少数的资源方所绑定,其他厂商都共亏的现状。