中科院胡勇胜：解密钠电池电话会纪要 20210523

主题：解密钠离子电池：产业化现状与展望时间：2021/5/2320:00嘉宾：中科院物理研究所研究员、博导、中科海纳董事长胡勇胜开场：星期五，宁德时代董事长在股东大会上提到，原材料价格上涨对于成本管控形成一定压力，今年7月份宁德时代要发布一个钠离子电池产业化的产品。一、情况介绍1、我们为什么要做钠离子电池？从大背景而言，总书记在国内外重要会议中提出“双碳”目标，为我们国家能够抓住新一轮能源革命，这是一个很重要的机遇，前几次能源革命带动工业革命，第一次煤炭成就英国，第二次石油和天然气成就美国，第三次就是新能源革命，因此国家很重视，在今年三月份中央也首次提出，要构建以新能源为主体的系统。陈老师于2017年提出“电动中国”构想，我们实验室以能源获取、能源存储，以及高效利用为目标。“电动中国”构想有两个方面，一方面是交通工具实现电动化，交通工具包括电动自行车，电动汽车、轮船和飞机，需要高性能电动电池。另一方面是电，即从可再生能源来，2030年目标是太阳能风能发电要到12亿千瓦的规模，太阳能已经实现平价进网，但是可再生能源高效利用仍然面临储能问题。目前，储能包括物理方法和化学方法，电化学方法就是电池，在过去十年发展迅速。宁德时代提出这个目标，一方面是上游的压力，即原材料涨价压力。另一方面宁德时代在储能方面也进行了战略布局，储能在未来也是公司很大一部分。实现“电动中国”构想，我们需要动力电池和储能电池，电动中国是双碳目标实现的重要路径。二次电池发展有两百多年的历史，人们提出很多种电池，包括燃煤电池、铅酸电池。铅酸电池是目前技术最成熟，也是造价最便宜的，二次电池目前是锂电池和铅酸电池，这两个电池优点突出，但也有各自短板。铅酸电池由于管理跟不上还带来不可逆污染，以及能量密度不高等问题，国家也在让其退出。锂电池是1991年索尼公司进行商业化的，受到市场认可，尤其是4C产品市场认可，锂电池能量密度和功率密度是最高，循环寿命也可以做到上万次的循环，即综合性能是目前最优秀的，目前资本都是去往锂电池。但是，锂电池发展受限，一是锂元素在地下储量有限，把所有锂都用来造特斯拉汽车只能造15亿辆。二是盐湖提锂技术目前还没有规模化生产，我们国家锂80%从澳大利亚进口，但是中澳关系紧张。三是大部分锂在南美洲，集中于他们的盐湖中，大部分锂从盐湖中提炼，但是这些国家政局不稳定，所以引起碳酸锂价格波动。碳酸锂从2015年开始涨价，一度从4万/吨涨到16万/吨，去年由于疫情和我国电动汽车补贴减少，碳酸锂回到4万/吨，但是今年已经涨到9万/吨。主要是需求起来，欧洲电动车开始补贴，美国拜登也宣布进行1700亿美元补贴，我估计碳酸锂还会涨。10年前中科院物理所是最早考虑做钠离子电池方向，即发展做一种不依赖资源的新型电池，最后我们聚焦在钠离子上，主要是钠元素和锂元素性质接近，但它没有未来发展瓶颈。钠离子电池也响应“电动中国”构想。 2、全球目前钠离子电池研发现状各国重视钠离子电池发展并进行支持。美国能源部DOE2020年提出规划，将钠离子电池作为下一代电池方向，给美国一家钠离子2000万美金支持发展钠离子电池技术。2020年，欧盟出台“2030电池计划”，把钠离子电池作为重要方向进行支持。钠离子电池研究是开始于上世纪70年代，即处于石油危机中。由于大家之后去研究锂电池，后来研究减少。2010年后，钠离子电池与太阳能等可再生能源同步发展，以作为储能体系。国外产业化起步较早，2011年英国法拉第公司开始做钠离子电池，使用的是镍锰钛体系，能量密度可以做到140Wh/公斤，循环寿命还没有超过1000次。美国有一家公司2012年成立，能源部打算将电池运用到数据中心，风险投资5000万美金，政府支持2000万美金，网上披露信息较少。欧洲法国也有，他们添加矾，矾的价格今年达到10万左右。日本企业参与也较多。3、我国目前在钠离子电池布局以及取得的进展，以及在国际上的地位2016年科技部立项，重点研发并支持钠离子电池。国家自然科学基金委也支持许多项目，以及国际合作项目，2015年广州政府支持一家公司3000万人民币，包括北京、江苏省和浙江省等等都支持钠离子电池。2021年4月底，国家发改委和国家能源局出台储能指导意见的草案，提出要支持储能多元化发展，以及加快钠离子电池开展规模化。从研发端来看，国内研究钠离子电池机构很多，包括许多大学和研究所，中科院物理所坚持很久。从产业化来看，我国专门参与研究的公司也很多，中科院物理所成立的中科海钠也专门做钠离子电池，其他公司内部也有相关的布局，例如宁德时代内部在前几年就开始钠离子的研究。浙江有一家公司叫钠创新能源，他们做的是航电。4、中科院物理所目前进展，和锂电池对比，以及钠离子电池未来潜在应用场景我们定位很明确，要做低成本的钠离子电池。经过几年的积累，正极材料我们找到铜，铜的性能很好并且成本低，我们设计了铜铁锰的正极材料，是所有报告材料中性价比最高，我们也申请专利，并且在我国、欧盟、日本、美国等获得授权，已经进入德国、英国、法国进行布局。钠离子的负极材料只能用无定型的，可以用硬碳但是硬碳成本很高，因此我们利用无烟煤来做负极材料，效果不错，成本控制在1万元以内，性价比很高。2015年我们是最早做出的钠离子电池，2AH的钠电池，效果很好。2017年中科海钠成立，17年底在溧阳建设中试基地，生产100吨每年正负极材料，以及做了钠离子电芯线，能够做到100万AH，40MWH左右，试验线，我们在电池方面也取得很大进展，能量密度可以做到145Wh/公斤，比铅酸电池高高多倍，铅酸电池是30-40Wh/公斤，磷酸铁锂能量密度目前可以做到180Wh/公斤左右，我们钠离子能量密度可以做到145Wh/公斤左右，循环次数可以做到450 0次，并且它的充电速度不慢，甚至比锂电池还快，10分钟可以充满90%电，而磷酸铁锂电池做不到。它的低温性能不错，零下四十度可以运行，并且加了铜导电性不错，由于电解液稳定性高使得其高温性能也不错，安全性我们也做了各种实验，比锂电池更好，因为能量密度低。示范应用的话，我们去年小批量在电动自行车上进行，2018年做了一辆低速电动车，现在还在路上跑，2019年我们做了100度电的储能柜，下个月有一个1000度电的储能柜，我们的行业标准也将要公布了。从产业化推进速度和专利布局来看，我国还处于领先地位，希望中国可以抓住这个机会，将钠离子电池做成产业化，因为我国也具备条件。从应用前景来看，虽然能量密度低，但是当实现规模化之后，计算每瓦的成本可能比磷酸铁锂便宜，在电动汽车发展前景好，以及分布式储能方面可能会走得快，包括5G，将来还主要从大功率储能方面走。问答环节：Q1：钠离子电池规模化之后，成本在什么水平？A：钠离子我们运用和锂电池相同计算模型显示，材料成本可以做到0.26元/Wh，制造成本是0.1元/Wh左右，钠离子电池装备与锂离子电池装备差不多，锂离子装备已经实现国产化，我们去年已经找锂离子电池代工，做了十几万支电池，效果还是不错的。Q2：钠离子电池体积能量密度是磷酸铁锂70%？A：我们做到250Wh/L，体积能量密度比磷酸铁锂低，圆柱体积能量密度会高一些。但是如果计算瓦时成本，钠离子电池更具优势，因为它不受上游波动影响。例如铅酸电池等能量密度不高，因此能量密度影响不大。Q3：钠离子电池进步空间和潜力？A：我们在持续做研发，能量密度会逐步提到160wh/kg，甚至将来到200wh/kg。负极用碳，容量可以做到400多，已经比石墨高，正极容量也有进一步提升空间。Q4：钠离子能量密度上线会不会比磷酸铁锂低呢？A：看正负极材料，如果我们负极用合金，那么能量密度也会进一步提升，有进一步发展空间。如果磷酸铁锂用石墨，那么钠离子电池将来可能超过，但是磷酸铁锂用硅碳我们不一定会超过。Q5：无烟煤的使用，成本低吗？A：我们用无烟煤，它的杂质是二氧化硅，氧化铁等等，通过高温处理等，能够处理掉金属物，其他物质留存也不影响我们使用，即我们只通过简单处理就可以使用。Q6：六氟磷酸钠的用量？ A：它的制备工艺和六氟磷酸锂相似，六氟磷酸钠制备更加简单，它不怕水。在电解液里半径比锂更小，不用做到1个摩尔，0.3个摩尔就可以了，可以进一步降低成本。Q7：负极的用料对于负极供应商影响？A：市面上的硬碳很贵，至少10万/吨，无法降低钠离子电池价格，因此我们使用无烟煤。Q8：对于正极公司影响？A：我们的出发点就是要做便宜的电池体系，我们目前选用便宜方法制作正极，我们用固相法工艺，结果不错，我们还需进一步核算性价比。Q9：硬碳成本为什么这么高？与无烟煤相比有什么优势？A：目前硬碳没有形成规模化，形成规模化后硬碳会便宜，具体低多少不清楚，并且硬碳产生的东西需要处理，花费高等等。但是硬碳容量可以很高，对于形成能量密度有很大帮助。Q10：怎么看宁德时代在钠离子电池技术储备？布局时间？A：宁德时代很早就关注钠离子电池，几年前才开始做，目前没有听说他们材料量产，我不太清楚细节。Q11：钠离子电池量产的时间点？年底有2000吨的产线是量产项目？A：2000吨线是生产线，材料出来以后我们会做电芯，明年材料和电芯都有，我们有不少订单，但是我们主要是在收集产能，近期之内可以做成这件事。Q12：什么时候钠离子电池会到150wh/kg能量密度的时间点？A：不会像磷酸铁锂电池那么久，钠离子电池加速度会更快，明年就会有突破，我们先做好第一代钠离子电池，但是第三代雏形我们已经可以看见了。Q13：铜代替？锂和钴用量是否会减少？A：容量会低一点。短期之内不会影响锂，锂价格在一段时间内是会波动的，2015年开始涨，碳酸锂产能没有提升，有它的瓶颈，例如产能低等等。总结：钠离子电池最重要的是发展方向是低成本，钠离子能量密度不是其最主要发展的，主要是性价比。钠离子快充、低温性能优势明显，钠离子和锂电池可以互补。-RICH资讯汇总整理，仅供参考