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对电能存储的需求持续增长

储能是全球能源转型过程中不可或缺的一环，用储能安装可再生能源可以完全取代传统化石能源的安装。为了实现能源转型，全球电气化率和可再生能源发电比例仍需大幅提高。

世界各国制定了加快调整能源结构的发展战略。风力发电和光伏发电具有天然的间歇性和波动性。随着装机容量和发电规模的增加，对电力系统的影响更加明显。

 

 

新型储能保持高增长，其中12伏锂电池等锂离子电池占据绝对主导地位。据统计，截至2021年底，全球电力系统已投产的储能项目累计装机容量为209.4GW，同比增长9%。对电能存储日益增长的需求仍然需要其他形式的储能来填补，例如储能钠电池技术。

 

储能钠电池技术优势显著

锂电池上游原材料价格上涨，2022碳酸锂价格从去年年初的5.5万元/吨上涨至50万元/顿。报告显示，2022年美国第一季度电网储能装机容量达到747MW/2399MWh，与2021年第四季度相比环比下降53.7%/49.2%。

1.2GW的储能项目将推迟建设，其中约1/4将推迟到明年。电池储能开发商Ameresco宣布，8月投入使用的加州537.5MW/2150MWh电池储能项目将推迟并网。

据统计，当碳酸锂价格为15万元/吨时，NaCuFeMnO/软碳电池材料的成本比磷酸铁锂/石墨电池材料低30-40%。在碳酸锂供需紧平衡的预期下，2023年碳酸锂价格有望稳定在30万元/吨左右。

此外，预计未来三年碳酸锂的价格将保持在20万元/吨以上。在这种背景下，储能钠电池技术具有显著优势，钠离子电池将投入批量生产。

 

 

储能钠电池技术与锂离子电池技术

钠离子电池凭借资源丰富、成本低、能量转换效率高、循环寿命长、维护成本低等优势，有望加速在电能存储领域的渗透。与锂离子电池相比，钠离子电池具有以下优点：

 

费用

储能钠电池技术成本降低，主要是由于钠资源储量丰富。地壳中的钠含量为2.75%，高于0.065‰的锂含量；此外，钠资源分布均匀，与锂资源不同。约70%的钠资源主要集中在南美洲。

 

评级性能

储能钠电池技术性能的提高是因为钠离子的溶剂化能低于锂离子，界面离子扩散能力更高；此外，储能钠电池技术具有更高的离子电导率，钠离子电池的倍率性能更好。

 

温度适应性

在储能钠电池技术中，钠离子电池具有较好的高低温性能。在-40℃时容量保持率为70%，在80℃时可回收利用。在储能系统层面，可以降低空调用电定额，有降低成本的空间。

 

循环性能

由于钠离子半径较大，钠离子电池的循环性能具有更高的潜力。与锂掺杂降低材料比容量不同，钠正极材料的元素更加多样化，为工业应用提供了更大的探索空间。

 

 

储能钠电池技术路线分析

 

生产工艺

在储能钠电池技术中，钠离子电池的生产工艺可以参考锂离子电池，锂离子电池是目前最好的可充电电池之一，并且一些工艺被简化了。以柔性包装层压工艺为例，该工艺可分为三个部分：

 

● 前端电极制造工艺

包括电极浆料制备、电极涂覆、轧制、电极片真空干燥、电极片切割等；

 

● 后端装配工艺

包括层压、焊接、外壳密封、真空干燥、液体注入和密封等；

 

● 化学成分选择过程

包括预包装、化学成分、二次包装、分级筛选等。

与锂电池的不同之处在于，在储能钠电池技术中，铝箔可以用作负极集电器，可以简化焊接工艺。

 

正极材料

储能钠电池技术与锂离子技术最大的区别在于正极材料。目前，储能钠电池技术的正极材料体系主要分为三条技术路线：

 

● 层状过渡金属氧化物

层状氧化物，具有二维传输通道，钠离子传输速度快；它具有高压实密度和高能量密度；缺点是未改性的材料在空气中的稳定性差，生产、储存和使用成本增加，循环寿命差。

 

● 聚阴离子

聚阴离子材料具有较高的工作电压，通常具有优异的放大性能、循环性能和热稳定性。然而，导电性较差，需要改进。

 

● 普鲁士蓝

普鲁士蓝类原料成本低，有望工业化，但需要采用水溶液法合成。

 

 

负极材料

储能钠电池技术的负极材料主要包括：

● 碳基材料

● 钛基化合物

● 合金材料

● 金属化合物

 

其中，合金材料和金属氧化物材料的循环性能有待提高；钛基复合阳极电池的能量密度相对有限。在碳基材料中，石墨很难用作储能钠电池技术的负极材料。具有较大层间距的非晶碳具有良好的应用前景。

 

 

电解质

在储能钠电池技术中，钠离子电池的电解液与锂离子电池相似，均由电解液、溶剂和添加剂组成。最大的区别是电解质从六氟磷酸锂变成了六氟磷酸钠。

预计未来六氟磷酸锂和电解液的头部厂商将具备切换产能的能力。钠电解质的容量可能难以限制钠离子电池的发展。其中，有能力生产低成本、高产率、高品质六氟磷酸钠的厂家将具有核心竞争力。

 

储能钠电池技术在世界上具有爆炸性的潜力

目前，全球有60多家公司正在进行钠离子电池产业化的相关布局，主要包括英国的FARADION、法国的NAIADES、美国的纳特龙能源、日本的松下、中国的CATL。

CATL是中国著名的储能电池企业。2021年7月，该公司发布了第一代钠离子电池。计划通过AB电池的结构创新，将钠离子电池应用于新能源汽车。目前，全球储能钠电池技术主要停留在实验室或小型/中试阶段。

 

 

锂电池和钠电池与一些生产线兼容，产能的弹性赋予了钠离子电池爆发的潜力。锂正极材料制造商振华新材、容百科技等都布局了层状氧化钠正极材料，并与电池制造商合作开发储能钠电池技术。

 

储能钠电池技术产业规模计算

经济需求推动了储能钠电池技术的发展。随着钠离子电池产业化的逐步成熟，钠离子电池加速向储能领域渗透。预计2022年至2025年储能钠电池技术领域渗透率分别为0.2%/5%/19.2%/31.1%。

在中国，预计2023-2025年储能领域的钠离子电池出货量为8.9/55.1/143.0 GWh，三年复合增长率为300%。2023-2025年钠离子电池的潜在市场空间分别为273.5/391.7/577.8 GWh，钠离子电池出货量为10.2/66.2/166.6 GWh，对应渗透率为4%/17%/29%。

 

重点储能钠电池技术企业分析

 

振华新材

振华新材是单晶三元正极材料细分领域的领导者。其核心产品涵盖中镍、中高镍、高镍的全系列大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料。在储能钠电池技术方面，该公司已成功开发出一系列层状钠正极。

该公司可以调整生产线，使其与钠正极材料的生产兼容，并将单晶材料的三烧结工艺切换为钠负极材料的两烧结工艺。公司率先抢占储能钠电池技术正极材料新赛道，产品开发进度在行业领先，有望充分受益于钠电渗透率的提升。

 

容百科技

该公司是高镍三元领域的领导者。高镍三元是长续航汽车的主流技术。公司在高镍三元材料技术上处于行业领先地位，在国内率先实现量产。2022年7月，公司宣布转型为覆盖全市场的正极材料综合供应商，并宣布布局三条技术路线：

● 高镍三元阴极

● 磷酸锰铁锂

● 钠电池

2021年，公司三元正极材料出货量全国第一，占比13.30%，其中公司高镍三元产品占三元总出货量的90%左右。预计2022年公司储能钠正极材料产能将达到25万吨，产能规模领先行业，

 

华阳

公司致力于构建煤炭、光伏、钠离子电池、飞轮储能等一体化发展的产业格局。在储能钠电池技术方面，华阳自主研发了纳米超纯碳技术，可以利用无烟煤副产品煤泥作为钠电正极的软碳前驱体。公司煤炭业务扎实稳定，与海纳电池有深度合作。在钠电产业化进程中引领储能钠电技术产业，有望依托下游火电公司打造储能客户群。