钠和锂同为IV族碱金属元素,两者的物理与化学性质非常相似,因此,钠离子电池的工作原理也与锂离子电池一样,作为嵌脱式二次电池,依靠钠离子在电池正负极之间的移动来充放电。充电时,Na+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,同时电子经外电路由正极到达负极完成充电过程;放电时Na+和电子的移动路径则与充电时相反。钠离子电池工作原理与锂离子基本类似,这也给钠电池的产业化打下良好基础。
与锂离子电池相比,钠电池的优势主要有三点:1、有更好的倍率性能,且能够适应响应型储能和规模供电。宁德时代研发的第一代钠离子电池在常温下充电15分钟,电量即可达到80%以上。2、钠电池适应温域更为宽广,宁德时代的一代钠电池在-20°C的低温环境中也可以拥有90%以上的放电保持率,而锂离子电池在相同环境下放电保持率只有70%左右。3、钠离子电池更为安全,主要原因有三:
第一,钠作为锂的下一周期元素,化学性质更为稳定;第二,钠离子电池的负极集流体使用的是稳定性更好的铝箔,钠离子电池可以完全放电至0V再进行运输,提高了运输安全性;第三,钠离子电池的内阻比锂离子电池高,在短路时发热量更少;不足则主要是受限于钠离子本身的离子性质,能量密度较低,目前市场上的钠离子电池能量密度只有80~160Wh/kg,略好于铅酸电池,而差于锂离子电池。
预计2023年各大钠电池龙头中试线、规模产线将陆续落地,行业规模开始增长。近年来,钠电池实际产业化加速,钠离子电池相关产品逐渐问世,相关技术水平不断提升。2021年6月,中科海纳联合中科院物理所联合打造全球首套1MWh钠离子储能系统;2022年1月,太阳能设备制造商BlueettiPowerInc发布了全球首台钠离子太阳能发电机BluettiNA300&B480;此外,日本电气玻璃公司与美国NatronEnergy公司近期均研发出性能更好的钠离子电池,研究成果还在继续优化中。宁德时代发布公告,预计在2023年将完成钠离子电池的重大产业链突破。
与锂电池相比,钠电池的单位成本更低,安全性更强,但受限于钠元素本身的直径影响,其能量密度要低于锂离子电池。因此钠离子电池在对能量密度需求不高,但对成本相对敏感的领域应用潜力更大,如分布式电网储能、两轮车、低速交通工具等。目前,储能电站主要存在于可再生能源接入、家庭和工业储能、5G通信基站和数据中心等,低速交通工具主要包括低速电动车、电动自行车、电动船舶和公共汽车与大巴。
储能:行业高速发展,电化学储能是应用范围最为广泛、发展潜力最大的储能技术。全球新能源发电规模大幅增长,电化学储能装机规模一直保持高速增长的趋势,未来随着分布式光伏、分散式风电等分布式能源的大规模推广,电化学储能行业将面临更广阔的市场机遇。
动力电池领域:电动摩托市场将迎来换车高峰期,低速车应用开启钠电池增长空间。目前中国电动两轮车的保有量为2.5-3亿台。2019年开始实施的新国标对电动两轮车进行了更加明确的规定,考虑到各城市3-5年的响应时间,2021-2023年预计将为换车高峰期,电动两轮车的需求可能在2023年达到顶峰。
同时中国电动两轮车出口量不断增加,2020年增速达到34.8%,进一步助推行业发展;而在低速电动车领域,2016年全国四轮电动车产量突破百万,达到116.9万辆,2017年受国标草案不明朗影响增速放缓,产量133.5万辆,之后受行业整顿影响,产量开始缩减,至2021年产量仅为32万辆。2021年《纯电动乘用车技术条件》(征求意见稿)出台,预计后续低速电动车产量将迎来上升趋势,为钠电池带来增长空间。
根据测算,2025年上述三大应用领域潜在总需求达190GWh。2023年随着各大钠电池龙头中试线、规模产线陆续落地,预计钠电池市场规模约十亿元左右到,到2025年,预计钠电池市场空间或达百亿。
钠电池的正极材料、负极材料以及电解液体系与锂电区别较大,但上市公司重合度高。由于部分公司未披露实际钠电池相关业务规划数据,我们用1GWh 钠电池需求测算对各个上市公司的拉动以及对行业的拉动。假设各个上市公司能完成 1GWh 钠电池以及对应供应材料的产线并产生收入,对标 2023 年WIND 一致预期对应行业的市销率,根据变化市值的比例进行排序,优先看好电池板块,其他板块的顺序为锰>铝箔>电解液>正极>负极。
按照1GWh钠电池对主要原材料的拉动量占2021年该品种国内产量的比例排序,钠电池对行业拉动的弹性顺序为电池铝箔>电池>锰>负极材料>电解液>正极材料>碳酸钠>无烟煤。
(责任编辑:子蕊)
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