對電能存儲(chǔ)的需求持續(xù)增長

儲(chǔ)能是全球能源轉(zhuǎn)型過程中不可或缺的一環(huán)，用儲(chǔ)能安裝可再生能源可以完全取代傳統(tǒng)化石能源的安裝。為了實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，全球電氣化率和可再生能源發(fā)電比例仍需大幅提高。

世界各國制定了加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的發(fā)展戰(zhàn)略。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電具有天然的間歇性和波動(dòng)性。隨著裝機(jī)容量和發(fā)電規(guī)模的增加，對電力系統(tǒng)的影響更加明顯。

 

 

新型儲(chǔ)能保持高增長，其中12伏鋰電池等鋰離子電池占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，全球電力系統(tǒng)已投產(chǎn)的儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量為209.4GW，同比增長9%。對電能存儲(chǔ)日益增長的需求仍然需要其他形式的儲(chǔ)能來填補(bǔ)，例如儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)。

 

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)優(yōu)勢顯著

鋰電池上游原材料價(jià)格上漲，2022碳酸鋰價(jià)格從去年年初的5.5萬元/噸上漲至50萬元/頓。報(bào)告顯示，2022年美國第一季度電網(wǎng)儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到747MW/2399MWh，與2021年第四季度相比環(huán)比下降53.7%/49.2%。

1.2GW的儲(chǔ)能項(xiàng)目將推遲建設(shè)，其中約1/4將推遲到明年。電池儲(chǔ)能開發(fā)商Ameresco宣布，8月投入使用的加州537.5MW/2150MWh電池儲(chǔ)能項(xiàng)目將推遲并網(wǎng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)碳酸鋰價(jià)格為15萬元/噸時(shí)，NaCuFeMnO/軟碳電池材料的成本比磷酸鐵鋰/石墨電池材料低30-40%。在碳酸鋰供需緊平衡的預(yù)期下，2023年碳酸鋰價(jià)格有望穩(wěn)定在30萬元/噸左右。

此外，預(yù)計(jì)未來三年碳酸鋰的價(jià)格將保持在20萬元/噸以上。在這種背景下，儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，鈉離子電池將投入批量生產(chǎn)。

 

 

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)與鋰離子電池技術(shù)

鈉離子電池憑借資源豐富、成本低、能量轉(zhuǎn)換效率高、循環(huán)壽命長、維護(hù)成本低等優(yōu)勢，有望加速在電能存儲(chǔ)領(lǐng)域的滲透。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

費(fèi)用

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)成本降低，主要是由于鈉資源儲(chǔ)量豐富。地殼中的鈉含量為2.75%，高于0.065‰的鋰含量；此外，鈉資源分布均勻，與鋰資源不同。約70%的鈉資源主要集中在南美洲。

 

評(píng)級(jí)性能

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)性能的提高是因?yàn)殁c離子的溶劑化能低于鋰離子，界面離子擴(kuò)散能力更高；此外，儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)具有更高的離子電導(dǎo)率，鈉離子電池的倍率性能更好。

 

溫度適應(yīng)性

在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)中，鈉離子電池具有較好的高低溫性能。在-40℃時(shí)容量保持率為70%，在80℃時(shí)可回收利用。在儲(chǔ)能系統(tǒng)層面，可以降低空調(diào)用電定額，有降低成本的空間。

 

循環(huán)性能

由于鈉離子半徑較大，鈉離子電池的循環(huán)性能具有更高的潛力。與鋰摻雜降低材料比容量不同，鈉正極材料的元素更加多樣化，為工業(yè)應(yīng)用提供了更大的探索空間。

 

 

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)路線分析

 

生產(chǎn)工藝

在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)中，鈉離子電池的生產(chǎn)工藝可以參考鋰離子電池，鋰離子電池是目前最好的可充電電池之一，并且一些工藝被簡化了。以柔性包裝層壓工藝為例，該工藝可分為三個(gè)部分：

 

● 前端電極制造工藝

包括電極漿料制備、電極涂覆、軋制、電極片真空干燥、電極片切割等；

 

● 后端裝配工藝

包括層壓、焊接、外殼密封、真空干燥、液體注入和密封等；

 

● 化學(xué)成分選擇過程

包括預(yù)包裝、化學(xué)成分、二次包裝、分級(jí)篩選等。

與鋰電池的不同之處在于，在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)中，鋁箔可以用作負(fù)極集電器，可以簡化焊接工藝。

 

正極材料

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)與鋰離子技術(shù)最大的區(qū)別在于正極材料。目前，儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)的正極材料體系主要分為三條技術(shù)路線：

 

● 層狀過渡金屬氧化物

層狀氧化物，具有二維傳輸通道，鈉離子傳輸速度快；它具有高壓實(shí)密度和高能量密度；缺點(diǎn)是未改性的材料在空氣中的穩(wěn)定性差，生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用成本增加，循環(huán)壽命差。

 

● 聚陰離子

聚陰離子材料具有較高的工作電壓，通常具有優(yōu)異的放大性能、循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性。然而，導(dǎo)電性較差，需要改進(jìn)。

 

● 普魯士藍(lán)

普魯士藍(lán)類原料成本低，有望工業(yè)化，但需要采用水溶液法合成。

 

 

負(fù)極材料

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)的負(fù)極材料主要包括：

● 碳基材料

● 鈦基化合物

● 合金材料

● 金屬化合物

 

其中，合金材料和金屬氧化物材料的循環(huán)性能有待提高；鈦基復(fù)合陽極電池的能量密度相對有限。在碳基材料中，石墨很難用作儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)的負(fù)極材料。具有較大層間距的非晶碳具有良好的應(yīng)用前景。

 

 

電解質(zhì)

在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)中，鈉離子電池的電解液與鋰離子電池相似，均由電解液、溶劑和添加劑組成。最大的區(qū)別是電解質(zhì)從六氟磷酸鋰變成了六氟磷酸鈉。

預(yù)計(jì)未來六氟磷酸鋰和電解液的頭部廠商將具備切換產(chǎn)能的能力。鈉電解質(zhì)的容量可能難以限制鈉離子電池的發(fā)展。其中，有能力生產(chǎn)低成本、高產(chǎn)率、高品質(zhì)六氟磷酸鈉的廠家將具有核心競爭力。

 

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)在世界上具有爆炸性的潛力

目前，全球有60多家公司正在進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，主要包括英國的FARADION、法國的NAIADES、美國的納特龍能源、日本的松下、中國的CATL。

CATL是中國著名的儲(chǔ)能電池企業(yè)。2021年7月，該公司發(fā)布了第一代鈉離子電池。計(jì)劃通過AB電池的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將鈉離子電池應(yīng)用于新能源汽車。目前，全球儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)主要停留在實(shí)驗(yàn)室或小型/中試階段。

 

 

鋰電池和鈉電池與一些生產(chǎn)線兼容，產(chǎn)能的彈性賦予了鈉離子電池爆發(fā)的潛力。鋰正極材料制造商振華新材、容百科技等都布局了層狀氧化鈉正極材料，并與電池制造商合作開發(fā)儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)。

 

儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模計(jì)算

經(jīng)濟(jì)需求推動(dòng)了儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)的發(fā)展。隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的逐步成熟，鈉離子電池加速向儲(chǔ)能領(lǐng)域滲透。預(yù)計(jì)2022年至2025年儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)領(lǐng)域滲透率分別為0.2%/5%/19.2%/31.1%。

在中國，預(yù)計(jì)2023-2025年儲(chǔ)能領(lǐng)域的鈉離子電池出貨量為8.9/55.1/143.0 GWh，三年復(fù)合增長率為300%。2023-2025年鈉離子電池的潛在市場空間分別為273.5/391.7/577.8 GWh，鈉離子電池出貨量為10.2/66.2/166.6 GWh，對應(yīng)滲透率為4%/17%/29%。

 

重點(diǎn)儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)企業(yè)分析

 

振華新材

振華新材是單晶三元正極材料細(xì)分領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。其核心產(chǎn)品涵蓋中鎳、中高鎳、高鎳的全系列大單晶鎳鈷錳酸鋰三元正極材料。在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)方面，該公司已成功開發(fā)出一系列層狀鈉正極。

該公司可以調(diào)整生產(chǎn)線，使其與鈉正極材料的生產(chǎn)兼容，并將單晶材料的三燒結(jié)工藝切換為鈉負(fù)極材料的兩燒結(jié)工藝。公司率先搶占儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)正極材料新賽道，產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度在行業(yè)領(lǐng)先，有望充分受益于鈉電滲透率的提升。

 

容百科技

該公司是高鎳三元領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。高鎳三元是長續(xù)航汽車的主流技術(shù)。公司在高鎳三元材料技術(shù)上處于行業(yè)領(lǐng)先地位，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2022年7月，公司宣布轉(zhuǎn)型為覆蓋全市場的正極材料綜合供應(yīng)商，并宣布布局三條技術(shù)路線：

● 高鎳三元陰極

● 磷酸錳鐵鋰

● 鈉電池

2021年，公司三元正極材料出貨量全國第一，占比13.30%，其中公司高鎳三元產(chǎn)品占三元總出貨量的90%左右。預(yù)計(jì)2022年公司儲(chǔ)能鈉正極材料產(chǎn)能將達(dá)到25萬噸，產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先行業(yè)，

 

華陽

公司致力于構(gòu)建煤炭、光伏、鈉離子電池、飛輪儲(chǔ)能等一體化發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。在儲(chǔ)能鈉電池技術(shù)方面，華陽自主研發(fā)了納米超純碳技術(shù)，可以利用無煙煤副產(chǎn)品煤泥作為鈉電正極的軟碳前驅(qū)體。公司煤炭業(yè)務(wù)扎實(shí)穩(wěn)定，與海納電池有深度合作。在鈉電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中引領(lǐng)儲(chǔ)能鈉電技術(shù)產(chǎn)業(yè)，有望依托下游火電公司打造儲(chǔ)能客戶群。