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中科院物理研究所 长三角物理研究中心 胡勇胜:2022 钠离子电池产业化元年

一、背景

2020年提出双碳目标后,近几年我国提出多种实现路径。陈立泉院士于2017年提出电动中国的构想,包括了交通电动化、能源低碳化和设备智能化。其中交通电动化方面,包括汽车、轮船、飞机实现电动化,这需要高性能的动力电池和大量的用电。电来自于可再生能源发电,要构建以新能源为主体的信息电力系统,于是又需要大规模的储电技术,电池是其中重要的一种。电池在实现全面的电动化过程中将扮演重要的角色。经过200余年的发展,电池拥有多种电池体系,目前二次电池以铅酸电池和锂离子电池为主,其中锂离子电池是1991年由日本索尼公司产业化。

中国现在是锂离子电池的制造大国,2020年生产了全球76%的锂离子电池。中国目前也是世界上最大、成长最快的电动车市场,电动车关键零部件是电池。未来美国也将与我国在电动车领域展开竞争。美国先进电池联盟21年6月发布“国家锂电蓝图2021-2030”,提出要大力发展电动汽车、电动航空和规模储能。22年8月,美国颁布2022年通胀削减法案,其中部分条款针对中国意味明显。例如将向购买二手电动车的美国人提供4000美元的税收抵免,购买新电动车的提供7500美元的税收抵免,而前提条件是汽车电池中至少有40%的金属原料和矿物(如锂、钴)等要在美国或者与美国签署自由贸易协定的国家开采提炼。22年11月3日,加拿大工业部以国家安全为由要求中矿稀有金属资源有限公司、盛泽锂业国际有限公司以及ZanggeMining Investment Co Ltd 等三家中国公司剥离其在加拿大关键矿产公司的投资,对于我国企业在海外布局锂矿提出了非常严峻的挑战。

目前锂离子电池在所有二次电池中,综合性能最好。但地下储量有限且分布极不均匀,一大半分布在南美洲。22年10月,阿根廷、玻利维亚和智利三国正在致力推进建立类似石油输出国组织的“锂三角欧佩克”,以在锂价格波动的情况下达成“价格协议”。由于近两年需求的快速增长,碳酸锂价格也波动较大,由220年初的5万/吨涨至如今的60万/吨。我国锂矿储量全球含量为6.31%,储量不多,但目前我国是锂电池的制造大国,80%的锂依赖进口。从国家大力发展电动汽车和可再生能源的战略出发,需要大量电池作为支撑。因此锂含量过度依赖进口可能会有卡脖子的风险。因此需要发展不依赖进口、无资源限制的新型二次电池。从元素周期表来看,钠是最接近锂的元素,并是最有可能在近期实现产业化的技术。而且其电池技术与锂离子电池最为接近类似。而且纳的资源存量丰富,分布广泛,成本也低廉,碳酸钠的价格仅为每吨几千元。所以钠离子电池技术可以支撑大规模储能技术可持续发展,保障我国的能源安全。

二、全球钠离子电池产业化现状

全球目前有几十家公司正在进行钠离子电池产业化开发。成立于2011年的英国Faradion公司是全球第一家,去年是被印度信息工业集团收购。法国、瑞典、美国、日本等国家都进行了布局。我国企业布局:目前我国专注于钠离子电池的初创企业很多,锂离子电池一些龙头企业也都开始布局钠离子电池,例如宁德时代在21年7月29日发布了钠离子电池技术。主要得益于大量的需求以及碳酸锂价格上站。

国家政策支持:同时我国也大力支持钠离子电池的发展,12年起,基金委就有项目支持。21年4月,国家发改委和能源局发布的关于推动新型储能发展的指导意见中,列入了钠离子电池,是我国最早支持钠离子电池发展的文件。21年6月份,工信部回复文件中提出要做好顶层设计,健全产业的政策,统筹引导钠离子电池产业的高质量发展。21年8月,工信部又做出回复,提出锂离子电池、钠离子电池等新型电池是推动新能源产业发展的压舱石,是支撑新能源在电力、交通、工业通信等领域广泛应用的重要基础,也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。同时也提出要开展相关标准的制定。22年3月,发改委和能源局印发的十四五新型储能发展的实施方案中明确提出要推动多元化技术开发,要开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键核心技术装备和集成优化设计研究,集中攻关。此次将钠离子电池放在了首位。22年8月,工信部出台关于推动能源电子产业发展的指导意见,提出要加快研发固态电池、钠离子电池等新型电池。其中专门提出钠离子电池要聚焦电池的低成本和高安全性,开发高效模块化系统集成技术,加快钠离子电池技术突破和规模化应用。

目前我国产业布局及计划:1)中科海钠是国内第一家专注于钠离子电池材料和电芯开发的公司,成立于2017年2月。21年与华阳集团合作,在山西建立万吨级钠离子电池正负极材料,分两期建设。今年已完成1期千吨级的正负极材料建设,电芯方面,2022年7月28日,与三峡、阜阳合作在阜阳建设的1GWh钠离子电池生产线落成。2022年9月30日,与华阳集团合作建设的山西阳泉1GWh钠离子电芯生产线投运;2)2022年10月25日,浙江钠创年产4万吨的钠离子正极材料项目一期投产运行;3)2022年3月28日, 振华新材料将现有年产1万吨的锂离子电池生产线进行改造,满足年产1.2万吨钠离子电池正级材料自动化生产的要求;4)2022年7月20日,容百和当升发布了钠离子电池正极材料的布局;5)2022年7月26日,佰思格获得融资用于高容量钠(锂)电池硬碳负极材料研发和万吨级自动产线的建设;6)多氟多是最早布局钠离子电池电解液的公司。19年建立了六氟磷酸钠生产线。2022年7月22日,对外发布已实现六氟磷酸钠的商业化量产,有稳定的出货,目前具备年产千吨六氟磷酸钠的生产能力;7)2022年3月29日,永太科技对外公告审议通过了250钠离子电池材料(即六氟磷酸钠生产线的建设)项目议案。今年是钠离子电池产业化非常关键的一年。从公开信息看出,我国在全球范围内已率先实现了钠离子电池材料和电芯的量产,正式开启钠离子电池产业化元年。

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