纳电子产业研究
发布时间：2021-7-27 14:01阅读：525
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问一问
核心观点
1、钠离子电池具备商业可行性，其电芯生产工艺与锂电池工艺设备高度相似，部分材料如隔膜、铝箔一致，主要是正极材料变铁基钠、负极材料变硬碳、铜箔去掉、电解液变六氟磷酸钠。钠离子电池从物料成本看，能够低于锂离子电池约20%。
2、钠离子电池成本低廉，能量密度比拼磷酸铁锂。钠的丰度高，碳酸钠价格仅为碳酸锂的1/50，且不用铜箔，电池成本大幅下降，能量密度可比拼磷酸铁锂。循环寿命可达4500-5000次。
3、钠离子电池具备高壁垒。钠离子电池的正极、电解液添加剂等都有材料及工艺专利保护，壁垒非常高，电池厂主要从具备专利的供应商采购。
4、钠离子电池的全球领军企业是中科海钠和钠创新能源，中科海钠为中科大系，钠创为交大体系。两家企业均有布局大量钠离子电池相关工艺。
5、目前华为与钠创有合作，目标是储能方向。宁德时代预计8月也将发布钠电池。
受益标的。
浙江医药。直接参股钠离子全球龙头钠创新能源40%股权。
华阳股份。与钠离子全球龙头中科海钠合资建设正极、负极材料厂。
各类电池的历史：
燃料电池：实现产业化非常困难。1839年发明，需要贵金属催化、质子交换膜、双极板、加氢设备、选址、高压储氢都是问题。铂不是太大的问题 可以回收。膜如果成熟就是塑料膜，之前美国卖900美金一平米，现在是100美金一平米，因为东岳国产化了。碳双极板的问题是不抗震。交大有个金属双极板创业公司、也有膜电极创业公司。
1859年的铅酸电池，目前是不可或缺的。
2019年提出来高温燃料电池，铂就不需要了。甲醇重整制氢。太阳能电力电解水制氢，氢气跟二氧化碳反应造甲醇。甲醇是非常好的高温载体。
磷酸铁锂曾经有打过专利诉讼。中国打赢了。
磷酸铁+铁+磷酸，可以直接生成磷酸铁，这是中国的反应方程式。
goodenough的方程式，是有排放的，中国的是没有排放的。
磷酸铁锂现在没有专利问题了。所以可以遍地开发，比如亿纬锂能在云南搞8万吨。
钠离子电池详解:
钠离子电池与锂离子原理基本一致。
纳的半径大于锂，嵌脱钠的正负极材料结构有较大差异，材料选择性有限。
钠离子电池的核心就是正极材料和负极材料，能让钠离子自由迁移。钠离子虽然是大一点，但变化就很大。
钠离子电池的本质就是电池家族的一个新品类，一个新生儿。
优势：
钠的储量是锂的420倍。
钠离子的负极不需要铜箔，用铝箔就行。
钠离子电解液电位更低，更安全。
不需要用到高价的钴、铜资源有稀缺性。
历史由来：
1974年，法国人发表了文，硫化钛与（锂钠钾铷铯）可以发生嵌脱反应的。所以各类电池其实是同一天出现的。
1980年，美孚开发了第一个钠离子电池。
电池最核心是找到材料。 goodenough找到了钴酸锂和磷酸铁锂。
日本人是把金属锂去掉换成了石墨。
钴酸锂+石墨，让索尼成功商用第一个锂电池。
钠离子电池的材料
1、电解液，分三类，水性电解液、有机电解液、固体电解液。
理论上钠离子也能做到400Wh，也能做纯固态。
钠创董事长车海英在美国做的博士论文。26页，把钠离子电解液的所有种类都梳理了一遍。也是基本上所有的研究钠离子电池的人都会引用参考的文章。
2、负极 锂电池用石墨。
钠电池负极，有3种类型 嵌入式-最好是碳材料、合金类反应、转化类。
目前看硬碳是比较好的。
负极进步也不容易，比如锂电池做了那么多的硅负极，没人用。
不用石墨就是因为钠比较大。硬碳的“楼层”更高。
3、正极材料
课题组聚焦正极材料。
从磷酸铁锂开始出发，以铁为基础找材料，一类是普鲁士蓝、一类是层状氧化物、一类是阴极聚阴离子。
理论上钠离子能达到锂离子的密度。
公司对多种正极都做了布局。层状结构氧化物种类非常多。基本上大家都做过论文了。
公司选择三个体系。2022年计划做到300吨正极，大约对应0.1GWh。
粘接剂还是用的PVDF。
课题组最早2011年做的就是普鲁士蓝。其实就是染料，比如浙江龙盛。也许未来纺织厂做钠离子是核心技术。但单一使用难度很大。
层状结构氧化物，2013年开始做。马老师的博士生都是做钠电的。
铁酸钠基正极材料。最早的就是钠镍铁猛氧。充放电结构稳定性很好。
是很好的第一代钠离子电池。
公司研究过的内容
铁酸钠前驱体，结构相变过程。宁德时代来问公司要样品。
存储性能也有研究。存储有时效性，铁酸钠基有空气失效机理。主要是水和二氧化碳，把钠还原成碳酸钠了。但这个过程是可逆的。
比如材料的抗氧化，还原剂。VC。
硬碳表面，如果不加添加剂，会有溶解碳酸钠。要加添加剂。
零下40度。低温相。2500次可以到90%。5000次80%。
钠电有几个挑战。正极材料、负极材料、钠盐、电解液。
锂电池企业不见得有钠电池材料。
公司历程
19年3月份 全球首套吨级铁酸钠中试线。
2021年百吨级新型材料。反应器、分离、优化。
公司找了6家电芯厂来开发电芯。已经能完成每天一吨的生产。
已经有做了软包、圆柱、方形。
7月7日钠创与爱玛联合发布钠离子电池。
各种测试都有做过。
壁垒
正极材料、前驱体、电解液、制造服务都有相关专利保护。
这是与锂电池最大的不同，钠电池有专利。
宁德时代也鼓励。
钠创聚焦钠离子电池核心供应链技术。
与中科海钠的异同
有镍的话，容量会高很多。
中科海钠跟公司的材料几乎是一模一样。
中科号称铜铁体系，其实铜的含量在0.09，非常少。其实他们也不是铜基，也是镍铁锰，掺杂一点铜。
都是层状氧化物，合成路径不一样，他们的是固相法，低温和倍率会差一些，成本略低。
我们是液相法。不同含量性能各有差异。
他们发布的储能，公司也去参加了。
能量密度
钠电做到120~130Wh/kg正常。
理论能量密度很高了。当然也是电解液超过4V不行。
未来成本下降空间
磷酸铁锂正极刚开始量产是20万一吨。最低是到4~5万一吨，现在6~8万一吨。
钠电，如果规模量产，BOM成本，111技术，低于4万一吨。二代三代，2万多的成本。
大规模储能能低于0.2元/Wh。3年左右能做到。
原材料
都规模话，碳酸锂10万一吨、碳酸钠2000元一吨。
元素铁锰占主导，镍少。
铝箔和铜箔的价格差异很大。铜箔占比12~15%的成本，重量也是。钠电换成铝变轻，成本也低。
钠电池与铅酸电池、锂电池
上个周去了天能。跟董事长聊了一个上午。
铅酸优势，回收非常好，可以以旧换新。铅酸低温性能好。水性电解液，零下50度都可以。
钠电低温性能也可以。-40~80度都可以正常工作。
公司认为没有找到磷酸铁锂比钠电池好的地方。磷酸铁锂能量密度的提升其实就是改进的是工艺和电解液。我们钠电池也可以。
当前优点就是能量密度高。但公司预计钠离子电池能量密度能上去。
供应链
硬碳，神华能做。
锂电负极，比如贝特瑞，没有开发出来，主要是动力不足。
中科海钠目前在开发软碳。
能量密度
450wh/kg，正极活性物。还有负极电解液辅料，砍掉一半也能到220Wh/kg。
如果3.5V电压，就能到500多。
磷酸铁锂 是3.2* 170。
活性物的克容量足够了。
有一个基本概念，钠电池的能量，理论上有450Wh/kg，但这是电荷量，充电钠离子从正极跑到了硬碳，不可能全部跑过去。
钠电跟锂电材料 要求是正负极材料的层高要高一些。
锂电池充电减速，就是像房子，刚开始进去的人填坑很快，后面就慢了。
生产工艺
锂电池材料负极材料，生产都需要高温处理。高温烧结都是成本。原材料差别就是无烟煤、石油焦等。中国神华跟我们合作，煤比华阳还要便宜。
软碳也有一些公司来做的。公司觉得负极变数不大。所以钠创没有做负极材料。
正极变数很多，会有一代二代三代四代。成本控制各个地方。
第一代就是有点类似，层状结构氧化物，后面已经拥有的的第二代的磷酸钒钠、铁钠、聚阴离子 都有授权了。专利的核心是合成专利。合成会不断有新的东西出来。
宁德的钠电池
宁德不做材料，直接找公司买正极和电解液就行了。
锂电池行业做钠电池的动机
2022年这个时候会有三分之一的锂电池公司会倒闭。主要是价格上涨。
天能也有1GWh锂电池。因为有天能有主业贡献利润，所以就能做。
现在锂电池是做一批亏一批。电芯出货量到目前一分钱没有涨。很多合同是去年定下来的。
锂电材料厂反而可以赚库存受益。
固态电池还有很长时间。
电解质和添加剂
电解质是六氟磷酸钠。
添加剂是一个核心工艺，会解决钠支晶的问题。
溶剂跟锂电池是一样的 DMC、EMC。溶剂是没问题的。
公司申请的国际专利就是电解液添加剂专利。
产量与扩产
现在公司的产量是每天一吨。
扩产主要是环评。全算进去要1年半。都是国产非标设备。
公司是湿法工艺。理论上所有的三元前驱体厂 都可以代工。
有六家电芯厂在合作。
资本计划
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