市場對鈉離子電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優(yōu)勢。
核心內容
1、上游鋰價高企，下游面臨成本焦慮。
2、鈉離子電池是當前階段最接近產業(yè)化的電池技術路線。
3、鈉離子電池性能與儲能系統(tǒng)標準的要求有更高的適配性。
碳酸鋰又漲價了。
經(jīng)歷了從今年3月到8月份的高位盤整，進入九月，碳酸鋰價格再次空中加油重拾上升勢頭。繼9月8日碳酸鋰價格突破50萬/噸關口之后，價格繼續(xù)上行。據(jù)上海鋼聯(lián)9月29日發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，電池級碳酸鋰現(xiàn)貨均價當天上漲0.25萬元/噸至51.75萬元/噸。市場最高價已經(jīng)突破52萬元/噸，這一價格已經(jīng)突破今年3月上海鋼聯(lián)統(tǒng)計的電池級碳酸鋰51.7萬元/噸均價。今年以來，碳酸鋰的價格累計漲幅已超過80%。
新能源汽車的熱銷以及大規(guī)模儲能電站建設的需求推動所帶來的供需錯配問題使得鋰價持續(xù)上漲。而上游鋰精礦的漲價也對本輪碳酸鋰價格的上漲形成了支撐，在澳大利亞鋰礦商Pilbara在9月20日舉行鋰精礦拍賣活動中，拍賣成交價為6988美元/噸，較上一輪（8月2日）拍賣價上漲10%，在考慮匯率變動后，價格實際漲幅為14.3%，對應的碳酸鋰含稅成本約為51萬元/噸。在這一背景下，短期來看，碳酸鋰價格的“瘋狂”或許仍將持續(xù)。
而碳酸鋰價格的持續(xù)上漲無疑會給下游電池廠商、車企帶來更大的成本壓力。從產業(yè)鏈中企業(yè)的中報數(shù)據(jù)來看，整個產業(yè)鏈中上游鋰礦企業(yè)業(yè)績超強，龍頭企業(yè)鋰礦業(yè)務額的凈利率在70%左右，中游電池企業(yè)的平均利潤率僅在8%左右，而整車企業(yè)的平均利潤率在5%左右，有不少車企在虧損的邊緣線上掙扎。以寧德時代（300750.SZ）為例，今年一季度，因為沒有及時漲價形成價格聯(lián)動，寧德時代毛利率驟降至14.48%，一度創(chuàng)下有記錄來的最低值。
鋰價的上漲，無疑最先會刺激到動力電池企業(yè)的敏感神經(jīng)，會導致動力電池生產成本進一步抬高，進而使得下游整車廠商盈利承壓。而整車廠如果直接將消費者作為成本轉移對象，無疑會降低民眾的消費意愿，進而形成更為嚴重的負反饋。
也正因如此，被市場認為具有“理論成本優(yōu)勢”的鈉離子電池‘量產元年’將至的言論也引起二級市場投資者的密切關注。9月14日，據(jù)寧德時代回復投資者提問稱，公司正致力推進鈉離子電池在2023年實現(xiàn)產業(yè)化。這個消息在隨后的幾天里在整個新能源賽道整體低迷的情況下帶動A股鈉離子電池概念股持續(xù)火熱。
鋰電產業(yè)鏈下游企業(yè)的成本壓力驟增，帶動了市場對理論成本更低的鈉離子電池的期待。不過，被市場熱捧的鈉離子電池能夠緩解下游企業(yè)的成本焦慮嗎？
1、為什么是鈉電池？
從鈉離子電池和鋰離子電池的發(fā)展史上來說，鈉電池并非第一次被當作電池材料。由于Na與Li同屬堿金屬族元素，因此鈉離子電池的研究與鋰離子電池的研究基本上同時起步。
20世紀70年代末期，研究人員開展對鈉離子電池和鋰離子電池的研究，但鋰離子電池所表現(xiàn)出來的優(yōu)異性能讓科學家紛紛放棄了對鈉離子電池的研究，鋰離子電池也在過去50年獲得了巨大的進步。特別是在1990年索尼實現(xiàn)了鋰離子電池技術的商業(yè)化，使鋰離子電池技術得到迅速發(fā)展，但同期關于鈉離子電池的研究卻相對停滯。直到2010年后，鈉離子電池的研究才出現(xiàn)轉折點，隨后，鈉離子電池在電極材料、電解質材料、表征分析、儲鈉機制探索和電芯技術等方面不斷取得突破。
事實上，鈉離子電池作為動力電池多元化發(fā)展的一個分支，其和鋰離子電池的理論基礎、電池結構均十分接近。液態(tài)鈉離子電池的結構構成中同樣包括正極、負極、集流器、電解液、隔膜。
由于鈉離子和鋰離子的特性差異，鈉離子的正、負極材料需要選用適用于鈉離子遷移的材料，這也是鈉離子電池技術的核心。據(jù)國泰君安研報，在鋰離子電池中正極材料無法使用的銅、鐵等元素，在鈉離子電池中卻有很好的表現(xiàn)。
目前，鈉離子電池的正極材料主要分為五種類型：氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍類、氟化物類、有機化合物類，其中前三種類型的成熟度最高，已進入產業(yè)化初期。
在鈉離子電池的負極材料選擇方面，由于鈉離子半徑比鋰離子大很多，所以也使得在鋰電池中廣泛使用的石墨類材料儲鈉性能較差，不過，一些無定形碳類負極因為其擁有相對較低的儲鈉電位，較高的儲鈉容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性等優(yōu)點而成為最具應用前景的鈉離子電池負極材料。當前階段鈉離子電池負極材料主要分為四類：碳負極材料、轉化型負極材料、鈦酸酯類負極材料以及合金類負極材料。其中碳基材料的技術成熟度最高，資源豐富，有望率先實現(xiàn)產業(yè)化。
在電池的生產方面，與鋰離子電池類似，鈉離子電池的生產同樣要經(jīng)歷制漿、涂覆、裝配、注液、化成等工藝。其中，裝配環(huán)節(jié)主要是將制完的正負極片通過隔膜夾層組合在一起，建立電池內部的鈉離子通路，并隔絕正負極以防內短路。裝配工藝沿用鋰離子電池技術，分為卷繞和疊片工藝，前者又分為圓柱卷繞和方形卷繞。此外，鈉離子電池產品的結構設計和封裝工藝也基本沿襲了鋰離子電池，外觀大致也分為圓柱、軟包和方形硬殼三大類。此外，鈉離子電池電解液和隔膜也基本沿用鋰離子電池體系。
也就是說，實際上鈉離子電池的生產能夠直接使用現(xiàn)有的鋰離子電池生產線，無需重建新的生產線。從某種程度而言，鈉離子電池是當前階段最接近批量化的電池路線。
另外，從成本端來看，理論上鈉離子電池在材料方面擁有顯著的成本優(yōu)勢。如成本占比最大的正極材料，由于碳酸鈉價格遠低于碳酸鋰，并且鈉離子電池正極材料通常使用銅、鐵等大宗金屬材料，因此正極材料成本低于鋰電池。據(jù)平安證券，使用NaCuFeMnO/軟碳體系的鈉電池的正極材料成本僅為磷酸鐵鋰/石墨體系的鋰電池正極材料成本的40%，電池總的材料成本較后者降低30%-40%。
同時，鈉離子電池集流器（集流體是正負極活性材料附著的基底構件，約占電池重量的10-13%，用以匯集電極材料產生的電流，并對外釋放傳導）正、負極均可以用鋁箔，而鋰離子電池負極需要用銅箔（因為鈉離子在負極不會和鋁離子發(fā)生化學反應），這也減少了鈉離子電池集流器的成本。
根據(jù)中科院胡勇勝《鈉離子電池儲能技術及經(jīng)濟性分析》數(shù)據(jù)，鈉電池量產后的度電成本約為0.3元，分別較鉛蓄電池、磷酸鐵鋰電池以及三元鋰電池低52.2%、32.4%、54.3%。從成本這一角度來看，如果鋰電池上游材料價格短時間難以下降的情況下，鈉離子電池的快速落地或許也是能夠在一定程度上解決電池廠商成本焦慮。
此外，從資源分布的角度看，鈉資源在地球上的資源量是鋰的400多倍，且鈉資源在全球的分布較為均勻，而鋰資源超過80%集中分布在美洲和澳洲地區(qū)。因此鈉資源的價格遠遠低于鋰資源，僅為后者價格的1.33%，這意味著，鈉資源相比更容易市場化。中金公司研報指出，“發(fā)展鈉離子電池，不僅有助于緩解中國鋰資源80%依賴進口的窘境，維護供應鏈安全，同時也將延緩鋰離子電池原材料上漲帶來的價格提升，從而降低成本壓力”。
2、指標各有優(yōu)勢，是互補而非替代
回歸電池本身，電池安全性和能量密度一直是體現(xiàn)電池整體性能最核心的指標，也是各個電池廠商競爭力所在。鈉離子電池也不例外，對比來看，在能量密度方面，鈉離子電池的電芯能量密度為100-160Wh/kg。而相比于鋰離子電池，鈉離子電池在能量密度上面仍有較大差距，當前，鋰電池中磷酸鐵鋰電池能量密度為120-200Wh/kg，三元鋰電池的電芯單體能量密度更是能達到200-350Wh/kg。而且，在循環(huán)壽命方面，鈉電池能夠達到1000-3000次左右，鋰離子電池循環(huán)壽命則在3000次以上。
在電池安全方面，由于鈉離子電池的內阻比鋰電池高，所以其在短路的情況下瞬時發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。另一方面，鋰電池在低溫下充電會析鋰，而鈉電池卻不會發(fā)生析出，故鈉離子電池擁有更寬的工作溫度范圍。鈉離子電池可以在-40℃到80℃的溫度區(qū)間正常工作，-20℃的環(huán)境下容量保持率接近90%，高低溫性能優(yōu)于鋰離子電池。
此外，在快充能力方面，鈉離子電池80%電量的充電時間約為15分鐘左右，目前量產的主流電池中，三元鋰電池在直流快充的加持下，將電量從20%充至80%通常需要30分鐘的時間，磷酸鐵鋰則需要45分鐘左右。
顯然，對于新能源汽車等對于能量密度和續(xù)航里程要求較高的領域來說，能量密度較低的缺陷是鈉離子電池成為動力電池的主要短板所在。能量密度限制也決定了鈉離子電池和鋰離子電池之間難以形成嚴格意義上的顛覆性替代。不過，鈉離子電池技術在通信基站、低速電動車、電動自行車、電力儲能、太陽能路燈等對能量密度需求相對不高的領域，或將會是鋰電池技術路線很好的補充。
特別是在儲能領域，鈉離子電池性能與儲能系統(tǒng)標準的要求有更高的適配性。
通常，大型儲能系統(tǒng)對用于儲能的電池能量密度要求不高，對安全性及經(jīng)濟性要求更高，因此，儲能系統(tǒng)或將成為鈉電池落地應用的重要場景。而且鈉離子電池的成本優(yōu)勢使其在儲能應用場景中具有更強的經(jīng)濟性。此外，由于鈉離子電池本身具有的寬溫區(qū)特性，使得以鈉離子電池為基礎構建的儲能系統(tǒng)能夠適應不同緯度地區(qū)的氣候條件，有效提高分布式電源滲透率，提升配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。
就儲能市場而言，政策支持疊加需求爆發(fā)，正在快速帶動下游對儲能用電池的需求量。GGII數(shù)據(jù)顯示，2022年上半年新型儲能新增裝機量12.7GW，是2021年全年(3.4GW)的3.7倍；儲能鋰電池出貨量44.5GWh，整體規(guī)模已超過2021年全年水平，而鋰離子電池占據(jù)新型儲能市場份額已經(jīng)超過90%。
但是對于電池廠商而言，鋰離子電池的高成本同樣給其儲能業(yè)務帶來較為嚴重的負面影響。以寧德時代為例，2021年上半年，寧德時代儲能業(yè)務毛利率為36.6%，而到了2022年，公司儲能業(yè)務板塊毛利率驟降至6.43%，同比下滑近30個百分點。如果以經(jīng)濟性較高的鈉離子電池實現(xiàn)對鋰離子電池在儲能領域的替代應用，其毛利狀況或許能夠得到很好的邊際修復。中信證券研報預計，到2025年鈉電池在儲能、電動兩輪車以及低速電動車三大應用領域潛在總需求達190GWh。
3、多方爭相布局，但成本優(yōu)勢尚待實現(xiàn)
據(jù)不完全統(tǒng)計，當前已有超過60家鋰電產業(yè)鏈企業(yè)布局鈉離子電池正負極材料、電解液等領域，持續(xù)推動者鈉離子電池的產業(yè)化加速。
去年7月，寧德時代就發(fā)布了其第一代鈉離子電池，據(jù)其在發(fā)布會中介紹，在電池的關鍵性能指標上，電池電芯單體能量密度達到160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上；在-20℃低溫環(huán)境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達80%以上。同時，寧德時代表示，第二代鈉離子電池電芯單體能量密度將突破200Wh/kg。
根據(jù)公告信息統(tǒng)計，除寧德時代計劃2023年實現(xiàn)鈉離子的產業(yè)化外，傳藝科技也表示即將進行中試線投產，預計一期2GWh的鈉離子電池項目將于2023年投建；華陽股份和中科海納計劃建立電池PACK廠，2023年擴產至10GWh鈉離子電池正、負極材料生產線；容百科技規(guī)劃在2023年實現(xiàn)鈉電池正極材料每個月千噸級出貨；振華新材鈉離子電池正極材料預計在2022年第四季度進入小批量試用階段；多氟多的六氟磷酸鈉已商業(yè)化量產，鈉電池的量產仍在實驗室階段。
不過需要注意的是，市場對鈉離子電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優(yōu)勢。但是，整體而言，當前由于產業(yè)鏈缺乏配套、缺乏規(guī)模效應，鈉離子電池的實際生產成本在1元/wh以上，遠高于鋰離子電池。此外，鈉離子電池的性能、成本控制及適配應用場景等有待進一步檢驗，距離真正產業(yè)化應用普及還有一定距離。而且，碳酸鋰的高價影響放大了市場對鈉離子電池的優(yōu)勢認知，如果未來鋰價回落，鈉電池的推廣落地或仍需畫上一個問號。
參考資料：
1、儲能科學與技術-鈉離子電池儲能技術及經(jīng)濟性分析，2022年6月
2、國泰君安-吐故“鈉”新，分庭抗“鋰”，2022年7月
3、平安證券-巨頭入場搖旗鈉喊，技術路線面臨分化，2022年8月