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钠离子电池行业研究:产业化元年在即、乘储能东风而起-凯发k8娱乐官网入口

2022-11-18 来源:未来智库

1.1.钠电 vs 锂电:原理类似、性能差异

钠电池组成结构、工作原理与锂电池相似。钠电池是一种新型二次电池,其组成结构与锂电池相似,主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。钠电池主要通过 na 在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现充放电过程。在充电时,na 从正极材料脱出,经过电解液和隔膜嵌入到负极材料,此时,外电路中电子从负极流向正极。钠电池放电过程与充电过程相反。锂电池则是通过 li 在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现上述过程,因此两者工作原理相似,均被称为“摇椅式电池”。


与锂电相似,按照封装方式钠电池可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。钠电池封装方式也与锂电池类似,可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。其中圆柱电池的封装材质为圆柱铝壳或钢壳,目前常见的圆柱锂电池型号包括 18650、21700、17490 等,不同型号的电池因其内部装配结构的不同在性能上有所差异;软包电池的封装材质为铝塑膜,其在安全性、重量、电池设计的灵活性等方面具有一定的优势,但其成本较高,且一致性较差;方形硬壳电池的封装材质为方形铝壳或钢壳,其具有比能量较高、重量较轻的特性,但其生产工艺难以统一,一般根据产品尺寸进行定制化生产。

由于钠和锂在物理化学性质上的差异,钠电池性能同锂电池也存在一定差异。钠电池在成本、低温性能、安全性方面优于锂电池。其中钠电池单位能量原料成本为 0.29 元/wh,低于锂电池的0.43 元/wh;且其在-20℃下容量保持率大于 88%,而锂电池小于 70%。但钠电池在能量密度以及循环寿命方面低于锂电池。钠电池的质量能量密度、体积能量密度分别为100~150wh/kg、180~280wh/l,均低于锂电池。此外,钠电池的循环寿命大于 2000 次,而锂电池的循环寿命大于 3000 次。

1.2.组成:四大关键材料、发展趋势显现

1.2.1.正极:三大材料并驱、层状氧化物成熟

层状氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝(白)为目前主要正极材料。电池正极材料一般需要具备比容量高、资源丰富、结构稳定以及工作电压高等特点,合适的正极材料可显著提高电池的比能量。目前钠电池正极材料主要包括过度金属氧化物、聚阴离子、普鲁士蓝(白),其中过度金属氧化物按照结构不同又可划分为层状氧化物和三维隧道氧化物,当钠含量较高时(x>0.5),氧化物一般以层状结构为主。由于三维隧道氧化物材料存在首周充电比容量较低的问题,因此目前以层状氧化物为主。

层状氧化物技术较为成熟,具有比容量较高、倍率性能好等优点。钠电池正极材料层状氧化物与锂电池三元材料体系相似,因此二者生产路线较为类似。层状氧化物具有可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技术易转化等优点,致使其成为目前主流的钠电池正极材料,生产技术较为成熟,但其仍存在容易吸湿、循环性能稍差等不足。

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按照 na 的配位类型和氧的堆垛方式可将层状氧化物划分为o2、o3、p2、p3,其中 o3 和 p2 更为常见。o3 过度金属一般以fe、mn、ni 为主,其电极材料比容量可达 140ma·h/g,与硬碳组成电芯的能量密度约为123w·h/kg。p2 的过度金属一般为 fe、mn、ni,具有较好的结构稳定性以及较高的容量保持率,其电极材料比容量约为100ma·h/g,与硬碳组成电芯的能量密度约为 114w·h/kg。

聚阴离子具有较高的结构稳定性以及安全性。聚阴离子的特性与其组成结构相关。聚阴离子化合物组成单元一般包括四面体阴离子xo4 -/xo4-衍生物和多面体 meox,其中四面体阴离子可保证结构在金属氧化还原过程中的稳定性,且其内部的 x-o 键可提高晶格中氧的稳定性,进而确保材料具备较高的安全性。此外,钠电池聚阴离子型材料具有工作电压高、热稳定性好、循环好等优点,其不足之处在于可逆比容量低、部分含有毒元素等。

常见的聚阴离子材料包括 nafepo4、na4fe3(po4)2p2o7、na3v2(po4)3、na3v2(po4)2f3等。nafepo4为橄榄石型,可通过化学或者电化学转换法制成,其比容量约为 140 ma·h/g,与硬碳组成电芯的能量密度约为120w·h/kg,其在高温下结构不稳定。na4fe3(po4)2p2o7采用焦磷酸根取代磷酸根,可通过固相法合成,具有较长的循环性能,其比容量约为120 ma·h/g,与硬碳组成电芯的能量密度约为 114 w·h/kg。na3v2(po4)3 和na3v2(po4)2f3 均为nasicon 结构,结构稳定性较高、循环稳定性可达几千次且易于合成,比容量均为 110 ma·h/g,其中 na3v2(po4)3 与硬碳组成电芯的能量密度约为123 w·h/kg,na3v2(po4)2f3 与硬碳组成电芯的能量密度约为130w·h/kg,其不足之处在于采用了价格较高的 v 元素。

普鲁士蓝具有能量密度高、成本低等优势。普鲁士蓝具有较大的隧道结构,有助于钠电池在充放电过程中 na 的脱出和嵌入,其优势在于工作电压可调、可逆比容量高、能量密度高、合成温度低等,不足之处在于存在结晶水影响循环性能。根据《钠离子电池机遇与挑战》一文中分析,目前进行产业化验证的普鲁士白材料包括na2fefe(cn)6和na2mnfe(cn)6,两者具有循环稳定性好、比容量高、成本低等优势,比容量均可达140ma·h/g。其中 na2fefe(cn)6与硬碳组成电芯的能量密度约为128w·h/kg,na2mnfe(cn)6与硬碳组成电芯的能量密度约为146 w·h/kg。


1.2.2.负极:无定形碳为主、硬碳趋势明显

负极材料是决定钠电池比能量的关键因素之一。正负极材料性能决定电池的比能量,因此合适的负极材料也有利于提高钠电池的比能量。依据锂电池负极材料的特性,得出具有应用前景的负极材料应具备以下特性。首先具备较高的储钠比容量;其次其脱嵌过程中结构变化要尽可能小,确保其具有良好的循环稳定性;然后负极材料应与电解液具备良好的兼容性,不发生副反应;之后负极材料应具备较高的离子迁移率、电子导电率、较好的化学稳定性、热力学稳定性;最后应具备环保性和经济性。

碳基材料、钛基化合物、合金材料是目前主要的负极材料。这些材料的储钠性能都表现良好,但非碳基材料在循环过程中均表现出体积膨胀、稳定性差、导电性差等问题,因此在实际中应用较少。而碳基材料具有研发技术成熟、来源广泛、价格低廉、结构多样等优点,故成为钠电池负极材料的首选,也是最有可能实现产业化并应用的材料。


碳基材料可划分为石墨类和无定型碳,以无定形碳为主。石墨类材料是一种具有规则层状结构的碳基材料,是锂电池的主要负极材料,其作用机理是通过锂离子的嵌入/脱出过程来实现储锂过程。但由于钠离子难以嵌入石墨层中与其形成稳定的插层化合物,导致其作为钠离子电池负极材料时储钠性能并不出色。无定形碳由于内部微晶结构的无序性和更大的层间距,更有利于钠离子的嵌入脱出,因此成为钠电池的首选负极材料。按照石墨化难易程度,无定形碳又可划分为软碳和硬碳。温度在2800℃以上时可以石墨化的碳材料称为软碳,在2800℃以上不能石墨化的碳材料为硬碳。硬碳内部的碳微晶排布比软碳更加的无序,并且含有微纳孔。软碳材料在 1000ma/g 下循环 100 圈后保持率接近100%,在1000ma/g电流下释放出 114mah/g 电容。硬碳材料在 30ma/g 电流下循环100圈后保持305mah/g 电容,在 300ma/g 电流下释放出180mah/g 电容量。

相较于软碳,硬碳具有较高的储钠容量。在高温下,软碳的内部碳层之间的距离以及微晶尺寸会发生更加明显、迅速的变化,导致其内部层间距下降,进而降低了它的储钠性能。硬碳即便经过高温处理,也难以出现石墨化的现象,因此表现出更强的储钠能力,用作负极可提高钠电池的能量密度。硬碳储钠机理主要有四种:“插层-填孔”机理、“吸附-插层”机理 、“吸附-填孔”机理和“吸附-插层-吸附”机理。“插层-填孔”机理:钠离子嵌入平行排列的碳层的过程位于充放电曲线高电压段,随着嵌入离子的增加,电压逐渐降低。钠离子在纳米级石墨微晶乱层堆垛形成的微孔中的填充过程位于充放电曲线的水平段,电压无明显变化。 “吸附-插层”机理 :充放电曲线基本无水平阶段,斜坡区域容量呈现缓慢下降的趋势,表明斜坡区的储钠容量与钠离子在碳层缺陷位点处的吸附有关。 “吸附-填孔”机理 :该机理中,硬碳储钠过程不存在插层行为,钠离子在碳层表面、边缘或缺陷位置的吸附发生在充放电曲线的高电压区,钠离子在纳米孔隙中的填充发生在充放电曲线的低电压区。“吸附-插层-吸附”机理 :钠离子在碳层缺陷部位的化学吸附产生1.0v-0.2v 平台容量;钠离子在石墨烯片层间的嵌入产生0.2v-0.05v平台容量;硬碳中的孔隙表面对钠离子的吸附产生小于0.05v的平台容量。

1.2.3.电解液:溶剂接近锂电、溶质有所改变

钠电池电解液与锂电池相似,主要包括溶剂、溶质和添加剂:钠电池电解液溶剂主要包括碳酸酯类和醚类:碳酸酯类溶剂可划分为链状碳酸酯和环状碳酸酯,其中链状碳酸酯溶剂主要包括碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸乙烯酯(dec);环状碳酸酯主要包括碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)。dmc具有粘度低、挥发性好、电化学稳定性好、介电常数较高的特点,成为主流的电解液溶剂。此外,ec 在 25℃下介电常数最高,达89.78,其一般与其他有机溶剂搭配使用,有利于提高电解液的熔点、沸点、粘度及离子导电率。酶类溶剂通常可划分为四类:1,3-二氧戊环(dol)、乙二醇二甲醚(dme)、二乙二醇二甲醚(diglyme)和四乙二醇二甲醚(triglyme)。其中dme和diglyme 的沸点和燃点相较 dol、triglyme 更高,介电常数也更高,因此它们具有更加优越的物化性能。在钠电池中,dme 与diglyme 可产生溶剂化钠共插层效应以及 na 优异的扩散动力学效应,因此更适合应用于钠电池中。

钠电池中采用钠盐作为溶质,以六氟磷酸钠为主。钠盐根据阴离子的不同可分为含氟钠盐、含硼钠盐以及其他钠盐三类。其中含氟钠盐包括napf6、naotf、nafsi、natfsi 等;含硼钠盐包括nabf4、nabob、nadfob等。目前钠电池电解液中通常采用的钠盐为napf6,其基于lipf6生产工艺制成,重置成本较低,具备良好的导电性,其导电率为7.98ms/cm,是目前的主流钠盐。


此外,钠电池隔膜基本沿用锂电,主要包括pp 膜和pe膜。良好的隔膜应具有丰富的孔洞结构、均匀的孔径分布、合适的厚度、达标的机械强度、合适的孔隙度、良好的热传导性和碘化学稳定性,有助于促进钠离子传导。pp 膜、pe 膜由于耐腐蚀性强、强度高等优点,被广泛应用锂电池中。由于钠电池技术与锂电池一脉相承,所以目前钠电池基本沿用锂电池隔膜。

1.2.4.集流体:两极均用铝箔、成本优势明显

集流体具备汇集电流的作用,与电池能量密度密切相关。集流体实质上是一种存在于锂离子电池的非活性材料,其主要用于汇集电池活性物质产生的电流,有利于对外形成较大的电流输出。集流体的厚度与电池的能量密度密切相关,集流体越薄,电池的能量密度越高。集流体是目前钠电池中不可或缺的组成部分,一个良好的集流体应该具有优良的电化学稳定性、高电导率、低密度以及适当的机械水平等。

钠电池正负极集流体均可采用铝箔,成本优势显著。由于钠离子较难与铝箔发生反应生成合金,且铝箔具有优良的电化学稳定性、热稳定性、导电性、机械性等特性,因此钠电池正负极集流体均可采用铝箔。铝箔价格远低于铜箔价格,具有显著的成本优势,有利于进一步降低钠电池材料成本。

1.3.产业链:工艺类似锂电、应用有望互补

钠电池生产工艺路线与锂电池相似,设备兼容性较大。钠电池技术路线基于锂电池,两者生产工艺基本类似。钠电池生产工艺可划分为三个部分:前端电极制造、后端装配、化成分选。其中前端电极制造工序主要包括混料、涂布、辊压、模切等;后端装配工序主要包括叠片、焊接、真空干燥、注液等;化成分选工序主要包括预封、化成、二封、分容等。

钠电池在应用领域有望与锂电池互补。由于钠电池工作原理、组成结构与锂电池相似,因此其具备与锂电池相同的产业位置。钠电池的上游包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜,其正负极材料与锂电池有所区别。钠电池凭借其自身的特性可应用于储能领域、两轮电动车以及低速电动车领域,与锂电池在应用领域内形成互补。

1.4.经济性:低成本 高性能,经济效益显著

锂资源的稀缺性导致碳酸锂价格高企。锂属于稀有金属,根据中科海钠凯发K8网页登录官网数据,锂资源的地壳含量仅为 0.0065%,且75%分布在南美洲地区。锂资源的稀缺性以及分布不均匀导致碳酸锂价格高企,根据百川盈孚数据,截至 2022 年 11 月 2 日,碳酸锂市场均价报55.66 万元/吨,较2021年初上涨 9.34 倍,目前仍处于历史高位。


丰富的钠资源使得钠电池相较于锂电池具备显著的成本优势。相较于锂资源,钠资源地壳含量达 2.75%,且分布均匀,因此钠的成本显著低于锂,有助于降低钠电池材料成本。此外,钠电池正负极集流体均可采用铝箔,铝箔的成本低于铜箔,进一步降低了钠电池的材料成本。根据中科海钠凯发K8网页登录官网数据,钠电池材料成本相较于锂电池下降了30%-40%,具有显著的理论成本优势。

钠电池综合性能优异。在安全性方面,钠电池在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中均不会发生起火与爆炸,具备较高的安全性。在高低温性能方面,钠电池在高低温中的测试均表现出较好的容量保持率,具备优异的高低温性能。在电导率方面,由于na stokes 直径小于锂离子,因此较低浓度的电解液便可提供与锂电池相同离子的电导率。在溶剂化方面,由于 na 比 li 更容易脱离溶剂化,因此其具备更好的界面反应动力学。此外,由于钠电池与锂电池具备相似的技术路线与组成结构,因此其重置成本更低,有助于其产业化发展提速。

钠电池凭借其成本及性能优势有望应用于大规模储能、两轮车、低速电动车领域。钠电池在性能以及成本方面更适用于两轮车、低速电动车以及大规模储能领域。性能方面,钠电池具有更优的宽温性能、安全性能,虽然其能量密度较低,但能够适配储能系统、两轮电动车以及低速电动车的标准要求。成本方面,钠电池具有材料成本优势,在其技术逐渐成熟之后,整体成本优势将逐渐显现,届时相较于锂电池和铅酸电池,钠电池将具有较高的性价比,未来有望广泛应用于大规模储能、两轮电动车、低速电动车等领域。

2.1.发展五十余年、进入提速阶段

2.1.1.起步于上世纪,经历漫长研发

钠电池研究起步于 20 世纪 80 年代,其发展历程大致可划分为三个阶段: 第一阶段为 1980-2010 年,处于实验室研发阶段。钠电池与锂电池在研发初始阶段近乎同步。但相较于锂电池,钠电池由于钠元素本身的性能导致其能量密度较低,且其正负极材料研发进度慢于锂电池。因此锂电池率先于 1991 年进入商业化阶段,而钠电池也迎来了充分的技术储备期,长时间处于实验室研发阶段。 第二阶段为 2011-2016 年,开始出现钠电池示范产品。继2011年全球首家钠离子电池公司 faradion 在英国成立后,钠离子电池公司不断涌现,钠电池示范产品逐渐进入大众视野。2015 年钠离子软包电池示范,2016年小批量试制钠离子软包电池和圆柱电池。第三阶段为 2017 年-至今,开始走向实用化应用阶段。2017年,国内首家钠离子电池公司中科海钠成立,同年国内实现了首辆钠离子电动自行车示范。2019 年国内首座 100kwh 钠离子电池储能电站示范。2021年宁德时代发布第一代钠离子电池,同年全球首套1 mwh 钠离子电池光储充智能微网系统正式投入运行。在不断探索中,钠离子电池的应用场景和发展思路逐步清晰明了,开启实用化应用的新篇章。

2.1.2.国内首家成立、加速产业化进程

2017 年国内首家钠电池企业中科海钠成立,加速钠电池产业化进程。中科海钠于 2017 年注册成立,其依托于中国科学院物理研究所,基于长期的实验室研发成果,专注于新一代储能体系——钠离子电池研发与生产。中科海钠聚焦低成本、长寿命、高安全、高能量密度的钠离子电池产品,其潜在应用覆盖低速电动车、规模储能、电动汽车、国家安全等领域。中科海钠的成立加速了钠电池商业化进程。中科海钠研发实力雄厚,研发成果突出。公司拥有国际领先的研究开发团队,以中科院物理所陈立泉院士、胡勇胜研究员为技术带头人,团队成员大多具有优异的学术背景或丰富的新能源行业从业经验。在研发成果方面,公司在钠离子电池研发和技术上不断突破,拥有15 项钠离子电池核心专利,处于行业领先水平。目前公司钠电池的能量密度是铅酸电池的3倍左右,达到 145 wh/kg。

目前中科海钠已拥有圆柱和软包钠离子电池。中科海钠圆柱钠电池型号包括 26650、32138。其中 26650 型号的钠电池容量为2300 mah,工作温度为-20~55℃,最大放电电流为 9a;32138 型号的钠电池容量为7500mah,工作温度为-20~55℃,最大放电电流为24a。软包钠离子电池型号包括0880138 和 09114188,容量分别为 6ah 和10ah,两者工作温度均为-20~55℃,前者最大放电电流为 6a,后者最大放电电流为10a。

中科海钠于 2022 年 7 月投产全球首条gwh 钠电池生产线。中科海钠于 2021 年 12 月与安徽省阜阳市人民政府、三峡能源与三峡资本达成合作协议,拟共同投资建设钠电池规模化量产线。该项目钠电池规划产能为5gwh/年,分两期建设,其中一期 1gwh 生产线已于2022 年7月在安徽阜阳投产,是全球首条投产的 gwh 钠电池生产线。

2.2.企业加码布局、产业化元年将近

2.2.1.国外:多家企业布局、进展成果显著

国外布局钠电池领域的企业主要集中于英国、美国、法国、日本:英国方面,faradion 公司于 2011 年成立,是较早布局钠电池技术研发及产业化的企业,已取得较为显著的研发成果。faradion 公司已研发出10ahni 基层状氧化物/硬碳软包电池样品,其能量密度可达140w·h/kg,在80%dod 循环寿命预测超过 1000 次。 美国方面,natron energy 公司研发出的高倍率普鲁士蓝对称水系钠电池在 2c 倍率下循环寿命可达 10000 次,但其体积能量密度仅为50w·h/l。法国方面,naiades 计划团体已研发出氟磷酸钒钠/硬碳18650电池,能量密度为 90w·h/kg,在 1c 倍率循环次数达4000 次。日本方面,2020 年日本布局钠电池领域的企业主要包括日本岸田化学、日本丰田、日本松下和日本三菱化学,其中日本岸田化学布局钠电池电解质材料开发,日本丰田布局钠电池正极材料开发,日本松下布局钠电池负极材料开发,日本三菱化学则积极推动与东京理工大学在钠电池领域的合作。


2.2.2.国内:初创 传统并驱,产业化爆发在即

国内初创企业及传统锂电企业持续加码布局钠电池产业链。目前国内布局钠电池领域的初创企业主要包括中科海钠、众钠能源、钠创能源等;传统锂电企业主要包括宁德时代、贝特瑞、杉杉股份、天赐材料、多氟多、翔丰华、鹏辉能源等。上述企业积极布局钠电池正极材料、负极材料、电解液以及钠电池等。 正极材料方面,据不完全统计,目前已实现钠电池正极材料销售的企业包括容百科技、振华新材,其中容百科技已接到一些批量钠电池正极材料订单;振华新材正极材料已实现吨级产出与销售。目前已投产钠电池正极材料的企业包括众钠能源、华阳股份,其中众钠能源百吨级正极材料线已经于 2022 年 3 月份投产;华阳股份 2000 吨/年钠电池正极材料项目已于2022 年 3 月投产。处于送样阶段的企业包括当升科技。具有中量试生产技术的企业为厦钨新能,已完成百公斤级的钠电材料试生产工作。此外,格林美已经做好批量生产钠离子电池材料的准备,七彩化学和美联新材共同投建年产 18 万吨电池级普鲁士蓝(白)项目,百合花已掌握普鲁士蓝(白)核心技术。

负极材料方面,据不完全统计,目前布局钠电池负极材料的企业主要包括华阳股份、贝特瑞、杉杉股份、翔丰华、百合花等。其中华阳股份2000吨/年钠电池负极材料项目已于 2022 年 3 月投产;贝特瑞硬碳负极材料已开发至第五代,可应用于钠电池中;杉杉股份已拥有软硬碳方面的技术积累和量产能力;翔丰华高性能硬碳负极材料正在由相关客户测试中;百合花在进行钠离子电池正负极材料的研究开发。

电解液方面,据不完全统计,目前布局钠电池电解液的企业主要包括钠创能源、天赐材料、多氟多、传艺科技等。其中钠创能源已完成5000吨电解液的生产工艺包设计,并在已拥有钠电池电解液量产技术,且具备六氟磷酸钠量产能力;多氟多已具备年产千吨的六氟磷酸钠生产能力,且公司产品已实现批量生产销售;传艺科技于 9 月 8 日发布公告称拟设立控股孙公司江苏传艺钠电新材料有限公司,并以其为投资主体拟投资建设一期5 万吨/年、二期10 万吨/年的钠电池电解液项目。


钠电池方面,据不完全统计,目前已具备gwh 钠电池量产能力的企业包括中科海钠、华阳股份和多氟多,其中中科海钠1gwh 钠电池生产线于2022 年 7 月在安徽投产;华阳股份 1gwh 钠离子电芯生产线于同年9月投产,目前正积极推进 1gwh 钠离子电池 pack 生产线项目,预计于2022年内投产;多氟多控股子公司焦作新能源已具备1gwh 钠电池产能。目前拥有在建钠电池生产线的企业包括宁德时代和传艺科技,其中宁德时代已启动钠离子电池产业化布局,预计于 2023 年将形成基本产业链;传艺科技年产 4.5gwh 钠电池各生产设备及装置安装调试进展顺利,中试生产即将投产运行。此外,众钠能源、鹏辉能源、派能科技、维科技术均在积极布局钠电池领域。

3.1.储能:新能源发电并网,带动需求提升

“双碳”背景下,新能源发电兴起带动新型储能产业发展。能源消费是我国二氧化碳的主要排放源,其中电力行业二氧化碳排放占比较大,推动电力行业能源结构低碳化转型是实现“双碳”目标的关键举措。近年来,我国新能源发电新增装机规模持续提升,2021 年我国光伏发电和风电发电新增装机规模合计达 102.5gw,2022 年 1-8 月合计达60.61gw。由于新能源发电依赖于自然资源,因此其一般存在间歇性、波动性的问题,进而导致其与实际用电需求出现错配。储能具有存储释放电能、调峰调频的作用,可平滑不稳定的新能源发电和提高电力系统的灵活性,因此配置储能是解决新能源发电供需错配以及波动性问题的关键。新能源发电并网带动新型储能产业发展。根据 cnesa 数据,2021 年我国新型储能累计装机规模为5.7gw,同比增长 74.5%。

目前新型储能以电化学储能为主。新型储能主要包括锂电池储能、铅蓄电池储能、压缩空气储能等,其中锂电池储能、铅蓄电池储能均属于电化学储能。2021 年我国锂电池储能、铅蓄电池储能装机规模占新型储能装机规模的比例分别为 89.7%、5.9%,合计达95.6%。电化学储能具有环境适应性强、可小型分散配置、充电速度快、放电功率高、系统效率高等优点,成为目前主流新型储能技术。


近年来电化学储能累计装机规模快速增长。2016-2021 年全球电化学储能累计装机规模从 2gw 增长至 21.2gw,年均复合增长率为60.3%,其中2021 年同比增长 55.9%。2016-2020 年,中国电化学储能累计装机规模从0.24gw 增长至 3.27gw,年均复合增长率为91.5%。根据《2022储能产业应用研究报告》,2021 年我国电化学储能累计装机规模为5.1gw。新能源发电并网带动电化学储能装机规模快速扩张。

到 2025 年国内新型储能装机规模有望达30gw以上。2021年7月国家发改委和国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,指出“十四五”时期加快发展新型储能,到2025 年国内新型储能的装机规模达 30gw 以上。之后国家相继出台多个政策助力新型储能由商业化初期阶段转入规模化发展阶段。 新型储能发展获得政策层面大力支持。2022 年3 月国家发改委和国家能源局发布《“十四五”新型储能发展实施方案》,指出到2025年使新型储能具备大规模商业化应用条件,并到 2030 年实现新型储能全面市场化发展。同年 6 月国家发改委、国家能源局等九部门发布《“十四五”可再生能源发展规划》,指出明确新型储能独立市场主体地位,创新储能发展商业模式,明确其价格形成机制。同年 8 月国家发改委和国家能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,指出鼓励发电企业通过自建或购买调峰储能能力的方式增加新能源发电装机规模。飞轮储能作为新型储能技术,公司有望受益于新型储能行业发展机遇。

钠电池作为新型电化学储能技术,有望受益于新型储能发展。目前,技术成熟度较高的电化学储能技术为锂离子电池,其中磷酸铁锂电池已在储能市场实现规模化应用,其循环寿命为5-10 年。钠电池放电时间、效率以及循环寿命与锂电池相似,且其具有较低的制造成本,未来随着钠电池技术的不断成熟以及产业化的推进,钠电池有望受益于新型储能发展机遇。

未来钠电池在储能领域具有广阔的市场空间。根据cnesa预测,到2026 年我国新型储能累计装机规模或将达到48.5gw。我们基于目前钠电池产业化进度,叠加其技术路线沿自锂电池,具备较高的性价比,可适配储能系统的标准要求,假设到 2026 年钠电池储能技术在新型储能市场的渗透率为 10%,其累计装机规模将达 4.85gw,按照1gw对应2gwh进行换算,可得所需 9.7gwh 钠电池。根据 evtank 预计的2026 年钠电池市场空间以及理论市场规模得出届时钠电池综合单价约为0.41 元/wh,以此来估算,得出钠电池在储能领域对应的市场规模约为39.8 亿元。

3.2.两轮电动车:仍处于过渡期,有望迎换车高峰

新国标提高了对两轮电动车的要求。国家工信部于2022 年5月发布最新的《电动自行车安全技术规范》,《规范》指出对2019 年4月15日前购买的、不符合新国标的两轮电动车实行3-5 年过渡期管理,过渡期内未上牌或过渡期满后登记为临时牌照的两轮电动车禁止上路行驶。此外,新国标对两轮电动车的最大车速、整车重量、续航里程、连续输出功率做出了新的规定。在新国标中,两轮电动车最大车速不超过25km/h,整车重量不超过 55kg,连续输出功率需达 400w。


新国标出台刺激了两轮电动车的替换需求。2018-2020 年,我国两轮电动车销量逐年提升,从 2018 年的 3220 万辆增长至2020 年的4760万辆,年均复合增长率为 21.6%,其中 2020 年同比增长29.3%。2021年受部分地区推行新国标过渡期节奏放缓等因素的影响,我国两轮电动车销量同比下降 13.9%。随着部分地区过渡期将至,艾瑞咨询预测2022 年我国两轮电动车销量将再次上行,预计可达 4500 万辆,同比增长9.8%。

目前钠电池技术已在两轮电动车得到验证,未来前景可期。目前两轮电动车所使用的电池仍以铅酸电池为主。相较于铅酸电池,钠电池具有能量密度较高、安全性高、低温性能优异等优势,符合电动两轮车对电池技术的要求。此外,相较于锂电池,钠电池成本优势、安全性以及低温性能突出,但存在能量密度与循环寿命较低的缺点。未来随着钠电池技术的逐渐成熟,其能量密度与循环寿命有望提高。目前钠电池技术已得到验证,产业发展前景可期。

 

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