动力电池的“备胎”故事:锂不够 钠来凑?
2021-07-29 16:17 星期四
阿尔法工场

1996年,通用汽车(NYSE:GM)搞了个新玩意:命名为EV1的纯电动汽车。

这款车的外形时髦,内饰精致,搭载铅酸电池,用220V的家用电源,三个小时即可充满。但却有个致命的问题:双短。

所谓双短,一是续航短,加满电,只能勉强开100公里出头,从北京跑不到天津。二是寿命短,如果“日行一百”,只能坚持四年。

作为造车老师傅,通用不是不知道这玩意不行。这实在是个无奈选择——当地政府零排放法案提了个要求,在加州销售汽车的公司,必须在规定时间内销售一定比例的电动车。

通用深知EV1的短处,因此对“百里快乐王”的策略是只租不售。即便如此,在出生后的9年里,EV1也只生产了1100辆。2005年5月13日,最后一批EV1登上拖车,被拉进了拆车厂。

EV1与公路永别,但人们对电动汽车的关注,却并未因此而衰。在电动车路线上,电池问题的解决,被视为“三大电”的明珠。2017年,特斯拉推出采用锂电池的“Roadster”车型,对外宣称续航里程近1000公里,再次将电动车推向台前。

在此后的几年里,电动车是最火爆的产业。在世界各国的“碳中和”目标下,不使用化学燃料的电动车获得了更大空间,也给产业链上的电池供应商带来了大考验——除了提供更好的电池,电池产能也是个现成问题。

这是为什么?如果电池有供需缺口,解决方案是什么?

01 全球都缺“新石油”

动力电池之于电动车,相当于汽油与燃油车的关系,重要程度不言而喻。

2021年7月中旬,某造车新势力TOP5企业董事长为拿到动力电池,在宁德时代蹲守一周。头部企业拿货尚且如此困难,动力电池短缺程度可见一斑。

根据中汽协数据,2021年6月新能源汽车销量为25.6 万辆,同比增长1.4倍。

只上半年,新能源车销量达120.6万辆,同比增长2倍。据此预计,新能源乘用车全年销量超过240万辆,同比近乎翻倍。

新能源汽车日益庞大的市场缺口,给动力电池企业带来确定性增量市场。据盖世汽车不完全统计,2021年一季度,宁德时代、比亚迪、国轩高科、中航锂电等动力电池企业相继公布了20多个动力电池相关新投建项目,投资高达1600多亿元,建设年产能超过350GWh。

亿纬锂能加码押注,斥资24.5亿元投建5条不同类型锂电池生产线,累计产能约为12.2GWh。

即便如此,动力电池产能还是面临巨大缺口。全球新兴能源市场调研机构SNE Research预测,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),缺口比例约为18%。

千万不要以为这个缺口会被时间填平,到2025年,这一缺口将扩大到约40%。

这其中的原因,便是动力电池所需的锂原料紧缺。

作为锂矿资源下游主要需求方,动力电池的爆发自然带动锂矿资源需求共振提升。以现有增速来看,兴业证券预测2025 年锂盐需求或达到138万吨LCE,年均复合增速或接近29%。

从锂矿的现有储量看,全球近91%的储量主要分布在智利、阿根廷、美国、津巴布韦、葡萄牙、澳大利亚、中国、加拿大和巴西等9个国家。

截至2020年,我国锂资源量为510万吨,占全球总资源量的5.94%;锂资源储量为150万吨,占全球总资源储量的7.12%;2020年中国锂金属产量为1.4万吨,折合约7.5万吨LCE,占全球总产量的17.03%。

中国是锂盐加工大国,但锂资源却高度依赖进口。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。

虽然经过国内从业企业多年布局,赣锋锂业、天齐锂业等纷纷入股海外锂矿,试图保证锂矿供给畅通。但是求人终归不如求己,在锂矿石资源高度依赖进口的前提下,终究存在被“卡脖子”的风险。一旦因为某些外部因素导致国内企业持股矿场停止供货,国内锂矿供应势必会出问题。

故此,国内动力电池领域亟需寻求新技术,缓解动力电池产能不足和锂矿资源供给不足等问题。采用“钠离子”技术的蓄电池应运而生。

02 跳出安全圈,尝试新材料

从目前披露的消息来看,钠离子电池最迟已经于2020年量产,现阶段已经在储能领域落地。

今年6月中旬刚上市的爱玛科技,7月份在经销商大会上宣布推出钠离子电池,未来将用于电动两轮车。而锂材料动力电池龙头宁德时代,如今正在推动钠离子电池向动力电池领域拓展。

2020年,中科海钠量产了全球首款具备自主知识产权的产品化钠离子电池。今年6月底,中科海钠和山西新阳清洁能源主导的,1MWh钠离子储能系统在山西落地。

针对目前已经落地的储能领域,在钠离子储能系统落地之前,主要采用容量衰减至80%以下,验证过安全可靠的动力电池,即依法依规强制报废的锂电池。这种情况下,大批没有通过安全验证的废旧电池就只能淘汰。

根据GGII材料,2018年动力电池回收总量中,用于梯次利用的电池量为2460吨,总回收拆解的电池量为10.93万吨。由此可见,在电池回收领域,梯次利用的规模远低于回收拆解的规模。

被淘汰的动力电池,只能回收其内部镍、钴、锰以及锂等矿材料;但由于锂离子电池正极中的金属离子、负极的碳粉尘,以及电解质中的强碱和重金属离子,在回收时对技术水平要求极高,稍有不慎就会危害环境和工作人员身体健康。

以目前技术来看,锂电池制作过程中,电极材料中夹带的非电解液和塑料,在回收必需的焙烧过程中,必然会分解出含氟、氯等危害物的气体。故此,无论是从保护环境角度,还是保护从业人员角度出发,锂电池制备技术都亟需升级,或者直接选取新材料制备储能用电池。

锂离子电池目前在动力电池领域的应用,主要集中在电动汽车和电动二轮车领域。就电动汽车而言,锂离子电池经过充分验证的工作效能,得到众多厂家的信赖。钠离子电池作为新兴事物,自然难以撼动其坚固的市场地位,但是对于续航里程要求更低的电动二轮车而言,无疑是绝佳的使用场景。

在7月18日,浙江杭州发生的一起电动自行车自燃事件中,坐在后座的女孩被烧成重伤。

有消息称,该自燃电动自行车所用电瓶,很可能是强制报废的回收电池。电动自行车企业之所以采取这种电池,无非是为了谋取更大的利益而铤而走险。如果有性价比更高,安全效能更强的替代品,是否可以有效降低这种情况的发生?

钠离子电池在自然界分布广泛,成本控制较锂电池更为容易。

以11.5KWh为标准,如果用锰酸锂正极,配石墨负极用于锂离子电池,成本为1022美元;锂元素占比约为4.3%,对应的锰基正极,钠只需4.57美元,大幅节省38.95美元,由此带来正极成本下降4%左右。从而推动电解质盐、过渡金属、有机源材料等原材料成本共振下降。

至于钠离子电池最高能量密度为150Wh,较钠离子电池低50Wh;但是对于短途代步的电动二轮车而言,在大幅降低生产成本,且能维持与锂电池较为相似的续航里程情况下,在电动二轮车赛道大范围普及钠离子电池存在明显可能性,爱玛科技或许正是第一个吃螃蟹的人。

将锂离子电池从应用场景要求更低的电动二轮车中解脱出来,对于锂离子动力电池而言,无疑是提升了锂矿供给集中度,从而缓解国内锂矿供应不足的问题。

而在储能领域,钠离子储能系统的落地,已经客观反映出监管层对于钠离子与锂离子电池的功能划分;即推动钠离子电池在储能领域的商用,弱化现阶段钠离子电池与锂离子电池的成本差距问题。

如此看来,钠离子电池相较于锂离子电池而言,并不属于同一竞争赛道。钠离子电池主要应用场景,并不涉及目前锂离子主要面向的动力电池领域。反而伴随钠离子电池的普及,可以为锂离子电池节省面向电动二轮车的产能,从而加大对动力电池的产出,换取更大的利润。

03 电池界的“海思备胎”

尽管钠离子电池,目前主要面向电动二轮车和储能领域,但不代表其不能运用在动力电池领域。

实际上,锂电池自1997年至今,生产工艺一直停滞不前,针对锂元素化学性质活跃,提纯难度大,回收难度大的工艺瓶颈一直没有突破。储量更大,化学性质更稳定的钠元素成为替代之选。而且钠和锂从化学性质上较为相似,可以迅速套用锂电池技术。

更为关键的是,因为钠元素化学性质更稳定,对寒冷天气具有更好的耐受度,大幅降低寒冷天气掉电的可能。即便是零下20度的环境中,钠电池的电解质仍然能够稳定放电。

故此,在未来钠离子电池技术成熟时,无论是电子产品,还是电动汽车,都有更为广泛的适用范围。

比如在我国东北、内蒙以及青藏高原等寒冷天气居多的地区,电动车普及度较低;且某些大牌手机因环境温度较低,导致电池电压低于正常使用电压,从而无法开机,影响正常使用。

人无远虑,必有近忧,对于企业而言也一样。尤其是做大做强之后的细分赛道头部企业。宁德时代之所以极力推进钠离子电池在动力电池领域的应用,或许正是看到了近年来华为的遭遇。

海外限制华为的芯片供应,华为掏出“备胎”海思麒麟芯片,直接封锁华为芯片供应,华为则直接拿出鸿蒙系统和你讲“万物互联”。

专注动力电池领域的宁德时代,今年6月份动力电池装机量已经达到49%,依照目前不断扩产的趋势,该数据有望进一步提升。

而根据SNE Research数据,2020年宁德时代在电动汽车上的装机量为34GWh,市场份额达24.82%,排名全球第一。LG新能源装机量为31GWh,市场份额22.63%,紧随其后。

今年前五个月,宁德时代依然以22.1GWh的装机量和27.1%的市场份额名列第一,LG新能源以21.7GWh的装机量和26.6%的市场份额排名第二。显然,宁德时代已经对海外竞争企业形成优势,叠加比亚迪等国内其他企业的占比,国内企业在全球动力电池领域较海外企业有明显优势。

但这种优势,是建立在锂矿自给率只有20%的基础上,一旦海外锂矿进口被掐断,以宁德时代为代表的国内动力电池企业,将面临比华为更严峻的考验,可以说毫无缓冲期可言。但是钠离子电池技术,却可以为国内动力电池企业,提供不可多得的喘息的机会。

正如我国芯片产业,早年间因为全球供应链运转顺畅,忽视了依托全球最完整的工业体系打造自己的光刻机供应链,导致近两年频频被卡脖子,终究要补上这一环。宁德时代积极探索钠离子电池技术在动力电池领域的应用,某种程度上,就是在研制动力电池领域的国产光刻机。

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