钠电池量产上车倒计时
申江宇
2023年2月23日，思皓新能源与中科海钠联合打造的首台钠离子电池试验车“思皓花仙子”亮相……
业内消息，2023年第四季度，比亚迪的钠离子电池会率先在A00级车型海鸥上装车，钠电池版预计售价6万元，续航里程300km……
宁德时代钠离子电池，2023年也将率先应用在A00级车，首款车会是上汽科莱威改款，项目已经定点，技术是层状+硬碳……
种种消息告诉我们，钠离子电池量产装车已经近在咫尺。
钠电池这么快就能用上了吗？2月24-25日，2023中国新能源电池产业江山峰会上，不少嘉宾也对钠离子电池发表了看法，对于钠电池技术进展、研发生产难点，以及应用范围有了比较大的共识。
01
锂电池企业纷纷布局钠电池
一般来说，钠离子电池分为三条技术路线，分别为层状氧化物、普鲁士蓝（白）和聚阴离子。
层状氧化物的优势是比容量高、电压平台高；劣势是结构稳定性和循环稳定性差，而且容易产气。
普鲁士蓝（白）路线，优势是比容量高，但是结晶水难以除去，影响正极材料的热稳定性和循环性能。
聚阴离子的优势是电压平台高、结构稳定、热稳定性和循环稳定性好，劣势是比容量偏低，导电性能差。
目前，国内的主要锂电池企业都在布局钠离子电池。
“蜂巢能源选择的是层状氧化物和聚阴离子两种路线。”会上，蜂巢能源技术中心副主任高飞介绍了蜂巢能源的钠离子电池规划。
根据规划，2023年，蜂巢能源希望将钠离子电池的能量密度做到135Wh/kg，2024-2025年做到160Wh/kg，最终希望做到180-200Wh/kg。
高飞认为，钠离子电池的低温性能非常好，目前蜂巢能源研发的钠离子电池，在-20℃下，3C放电，容量保持率可以达到97%。
采用层状氧化物正极、硬碳负极和碳酸酯电解液和商业化的聚合物隔膜的钠离子电池，在25℃下，1C充放电600周后，循环仍然保持在97%；45℃温度下1C充放电450周后，容量保持率超过94%。
此外，在安全性方面，钠离子电池的安全性明显优于锂离子电池，200℃热箱和针刺均不爆炸、不起火也不冒烟。
显然，蜂巢能源的钠离子电池进展不是最快的。
去年，亿纬纬锂能也发布了第一代大圆柱钠离子电池产品，能量密度为135 Wh/kg，循环寿命达到2500次，产品正准备进入中试环节。
去年12月，欣旺达在投资者互动平台表示，公司钠离子电池样品已经在进行测试验证，项目进展顺利，具体上市计划会根据客户需要确定。
技术进展，还是宁德时代进展最快，2021年7月发布第一代钠离子电池时，电芯单体能量密度已达160Wh/kg；第二代钠离子电池能量密度将达到200Wh/kg，接近三元锂电池。
02
2024年有望进入扩张期
理论上更便宜的钠离子电池，现阶段并不便宜。
在中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬看来，最起码现阶段，钠离子电池成本肯定不会比锂离子电池更低，不是技术问题，是没有产业链的问题。
王子冬给出了一个数字，目前钠离子电池负极成本，是现在国内三元正极材料的3~5倍的价格。究其原因，这是因为目前作为钠离子电池负极的硬碳大部分还需要进口。
2022年9月，日本可乐丽椰壳硬碳价格约为20万元/吨，低端人造石墨负极价格约为3万元/吨。
硬碳采用的前驱体原料主要为生物质、树脂类和高分子前驱体。椰壳类生物质材料是最早被产业化的硬碳前驱体之一，这类材料在自然界中广泛存在，且杂质较少，自身强度比较高，可以为硬碳产品带来稳定的结构。
但国内目前满足生产硬碳负极的椰壳原料供应不足，需要依赖进口，硬碳负极国内产能有限，合计仅数千吨量级。
根据东吴证券数据，目前处于推广期钠离子电池成本大约为0.8-0.9元/Wh，相比铁锂电池毫无性价比优势。
没有产业链只能受制于人。
但随着产业链的完善，规模效应显现，进入发展期和成熟期，钠离子电池电池成本有望降到0.5元/Wh，而铁锂电池总成本则大约在0.7元/Wh（碳酸锂价格假设15万元/吨，下同），成本便宜20%以上；电芯材料成本方面，钠离子电池成本预计比铁锂电池低0.1元/Wh，便宜25%以上。
除了头部的宁德时代、比亚迪等企业，大部分产业链企业产品仍处于中试阶段。
今年1月份，多氟多方面在回答投资者提问时表示，钠离子电池的正极材料中试线已经建成，批量成品已下线，正在进行各类检测和客户的车载测试。
雄韬股份也表示，钠电池中试线建设正在有序推进当中，计划将于2023年投产，同时可启动一期量产线建设。
传艺科技是钠离子电池的头部企业。去年11月，传艺科技也表示，钠离子电池中试线已经投产，生产的钠离子电池产品相关技术参数为：单体能量密度150Wh/kg-160Wh/kg，循环次数不低于4000次。
硬碳负极方面，也有企业在进行产业化发展。去年12月，贝特瑞在投资者问答中表示，公司已具备硬碳负极产业化能力，正在建设硬碳量产线，同时公司钠电池负极已通过国内部分客户认证，实现吨级以上订单，持续供货，并正在积极导入其他头部企业，提升产能规划。
同期，翔丰华在投资者问答中表示公司开发的高性能硬碳负极材料目前正在相关客户测试中。
业内预计，2023年市场各种技术路线样本及规模化成品将导入市场，随着工程化实践和下游批量认证，有望于2024年进入1-10的产业化规模扩张期。
03
技术难点：产气多、循环差
钠离子电池要进入产业化，需要克服很多技术问题。
湖南法恩莱特新能源科技有限公司副总经理孔东波介绍，钠电池离子半径要比锂电池的离子半径大很多，造成难以脱嵌，从而造成动力学非常缓慢，电极材料体积变化大，循环性比较差，整个系统所有组件包括电极材料、隔膜都需要加大开发力度，不能完全沿用之前的锂电池的方式。
具体来看，钠离子电池的正极材料还没有大规模的稳定量产、结构稳定性有待提高，同时循环过程中产气问题比较严重。
孔东波介绍，钠离子电池主要需要解决的是在化成过程中的产气，还有一个后期充电及长期搁置中的产气。
他认为原因有几个方面，一是电解液中水分的还原；二是溶剂分子在负极侧的电化学还原；三是带电状态下负极还原产物与溶剂分子的负反应。解决方法是，需要研发新型的溶剂溶解残碱，同时引入抑制产气的添加剂。
钠离子电池的负极，现阶段只能选择硬碳，但库伦效率比较低（电池放电容量与同循环过程中充电容量之比），而且价格偏高。
在孔东波看来，负极现在困扰比较大。简单来说，石墨难以储存钠，不能作为钠离子电池的负极，硬碳是目前钠离子电池唯一的负极材料。
钠离子的原子半径至少比锂离子大35%，钠离子很难嵌入和脱出材料，这对负极材料的结构稳定性提出了更高的要求。
锂离子电池使用的石墨负极材料的孔径和层间距，不能满足钠离子电池负极的要求。而硬碳的层间距要比石墨大很多。
此外，电解液也还在摸索之中。以往醚类电解液很少被作为电解质使用，因为其在负极上钝化能力差，在超过4V以上的工作电压下不稳定。
然而，近年来，在钠离子电池领域中，醚类电解质已经被广泛地使用，因为它们在钠电体系中具有更好的抗氧化还原能力，相比酯类电解质其可以在负极表面生成更薄和具有稳定的SEI膜和高的首次库仑效率。
不过，钠离子电池电压达到4V以上，就需要改善高电压下的循环性问题，醚类电解质就不能满足要求，需要氟代醚类溶剂，同时引入高电压的添加剂。
孔东波表示，他们钠离子电池的研发分为三个阶段，短期目标要做到针对电池高温循环产气严重的情况，提高解决措施，使产气情况得到有效改善等；中期目标是，选择出合适的电解液，使得4.2V高电压钠离子电池的循环超过500周，容量保持率超过85%；长期目标是开发出新型溶剂体系，适配不同工作环境的电池，增强循环性能，达到常温循环1500周、高温循环800周、低温循环800周容量保持率＞85%。
04
应用：储能和低续航小车
钠离子电池的优势在于价格低廉、性能好，但是核心问题是体积能量密度太低，在有限的体积内装的电池太少了，这就制约了钠离子电池的应用范围。
会上，专家们公认的应用范围是储能、低速车和A00级车。换句话说，钠离子电池是无法替代锂离子电池的，只能成为锂离子电池的补充。
孔东波认为，储能是钠离子电池较为适用的场景，核心原因是大型储能系统对电池能量密度要求不高，对安全性和经济性要求更高。
从孔东波给出了成本测算看，相比铅酸电池、磷酸铁锂以及三元电池做储能，无论在计及电力损耗时的度电成本、不计及电力损耗时的度电成本和不计电力损耗且折现率为0的度电成本时，钠离子电池都是最低的。
高飞认为，钠离子电池的核心方向应该是储能和轻型动力。与孔东波不同，高飞重点分析了钠离子在轻型动力领域的应用。典型就是交通工具领域，高飞认为，钠离子电池的主要应用场景是二轮车、低速车到A00级这个级别，也就是大概300公里以内出行工具。
