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矢磨杵成针之志,这支“国家队”勇挑钠离子电池商业化重担

来源:新材料在线|

发表时间:2022-04-07

点击:15981



新材料在线®《大国之材》原创文章

转载请联系微信:EILIG2014

新材料在线 ID:xincailiaozaixian

图片:受访人提供、图虫创意

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编者按:4月1日,距离结束《大国之材》采访不到半月的时间,便听闻中科海钠获得华为哈勃投资的消息。不禁想起2018年于南京“中国新材料产业发展大会”上的初遇,彼时中科海钠团队在台上描摹着钠电池技术的前景,但不少人将信将疑。而今,理想照进现实,这个前景终于在轰轰烈烈的碳中和大浪潮中,被产业和资本看到并青睐。


特斯拉、比亚迪等新能源车企又宣布涨价了。但在涨价、补贴退坡等情形之下,比亚迪新能源车销量甚至不减反增,同比暴增7倍。历经十余年的技术研发与产业化推进,新能源车似乎终于迈入了市场驱动阶段。


但繁花锦簇之下暗流涌动。2022年2月以来,以镍、碳酸锂为首的锂电池原材料价格持续大幅上涨,供应链剧烈波动,越来越多企业承压,甚至有专家提出是新一轮“洗牌”。


如何解决锂及锂盐等资源短缺以及波动带来的危机?


早在十余年前,钠离子电池就是锂资源问题多元化解决方案的热点之一。作为“锂电池之父”陈立泉院士课题组组员之一,胡勇胜研究员带领团队投身于钠离子电池技术研发中,将论文写在祖国大地上。随着技术研发逐步深入,课题组开启了钠离子电池产业化这一新“课题”。


2017年,依托中科院物理所的钠离子电池技术,北京中科海钠科技有限责任公司(以下简称“中科海钠”)注册成立。2022年,中科海钠获华为哈勃旗下深圳哈勃科技投资合伙企业(有限合伙)投资。


短短几年里,中科海钠到底是如何逐一攻关钠离子电池的各项技术难题,并走上产业化道路的?《大国之材》对话中科海钠创始人、执行董事长唐堃,听他讲述中科海钠创业背后的故事。


01

市场、政策双驱动,“国家队”顺势而为


万事开头难,新技术研发伊始难免伴随着一些质疑的声音。


十多年前,国内所研发的钠离子电池能量密度低,研究领域相对小众。“是否有必要投入大量经费和人力去研发钠离子电池?”这是当时胡勇胜等众多钠离子电池技术研发人员听到最多的声音。


如果不能一帆风顺,那便只能风雨兼程。陈立泉院士课题组前瞻性地看到,也坚定地认可钠离子电池未来在规模储能、交通领域等市场中的需求空间,加之中科院物理所给予的充裕的科研经费,研究团队便开始心无旁骛地钻研。


历时5年,胡勇胜团队研发出成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳的钠离子电池正、负极材料,并申请了专利。钠离子电池能量密度也已经实现了110Wh/Kg,电池循环也能达到上千次。课题组的成果逐渐崭露初产品形态。


“彼时,国家提出‘大众创业、万众创新’,科研界的意识逐渐出现了转向。国家开始强调不再以发文章为核心导向,而是开始思考如何将科研成果产业化。”唐堃告诉《大国之材》。除此之外,在2015年底至2016年初,碳酸锂的价格恰巧第一次大涨。市场传递出的这一信号,激起了业界对新型电池战略储备的热议。


市场、政策双驱动之下,科研团队顺势而为地创设了中科海钠。“复盘看来,虽然中间有些波折,但我们的产业化之路还算是比较顺利的。”唐堃说。


02

主赛道明确,专攻铅酸替代及规模储能市场


“我们的主赛道很明确,就是专攻铅酸替代市场和规模储能应用市场。两轮车用钠离子电池产品已经经过多轮测试验证,今年会有批量的订单。针对规模储能应用的电芯即将定型。”唐堃表示。



钠离子电池是理想的铅酸替代产品。矢磨杵成针之志,目前中科海钠研发的钠离子电池电芯能量密度已达到145Wh/kg,是铅酸电池的3倍以上;循环寿命达4000次以上,而一般铅酸蓄电池的充放电次数仅为500-600次。不仅如此,钠离子电池还是一种清洁环保新能源,而铅酸电池在生产过程中及回收处理中都极易造成环境污染。


据Global Market Insights公布的数据显示,2019年全球铅酸蓄电池市场规模达578亿美元,同比增长6.8%。若实现了大规模替代,钠离子电池在全球的铅酸替代市场规模将达到数百亿美元。


除铅酸替代市场,储能是中科海钠的另一个主攻赛道。


在储能用二次电池产品中,锂电池在便携性、响应速度、能量效率上都是最高的,但是它受制于成本。原材料价格波动直接影响了终端电池的成本。据国金证券的《锂系列深度(七):需求对价格敏感度几何?》报告显示,2022年以来锂价上涨至50万/吨,对应的5G宏基站、便携式储能中锂成本占比分别为7.93%、9.79%。


这意味着,锂价每上涨10万对应其锂材料成本占比分别涨1.6%、2%。由此可见,储能市场对原材料价格、成本变动的敏感度高。不仅如此,储能市场还需要细算到度电储能成本。


从长远看来,储能市场亟需锂电池的平价替代品。钠离子电池则是高性价比的锂电池替代品。其主原材料避免使用贵金属,主要为价格相对低廉的钠、铁、锰,正好符合储能的低成本需求。


“钠离子电池是锂电池的有益补充、面对的是增量市场,二者不是竞争关系。如果是400公里续航里程以内的电动汽车,钠离子电池也是可以胜任的。但是坦率地说,我们目前对大范围进入新能源汽车市场还没有做好完全的准备。”唐堃告诉《大国之材》。


相对而言,虽然消费者对新能源汽车产品价格变动的敏感度高,但是普遍能够接受一定范围内的涨价。二者相比较之下,储能市场更加迫切地需要低成本、高性能、安全性高的锂电池替代品。


中科海钠目前采用的策略是尽可能地减少、甚至是避免使用贵金属。唐堃表示,中科海钠的原材料成本与锂电池始终有20%-30%的价格差,这对储能市场来说是非常重要的。


唐堃告诉《大国之材》,预计在今年4月份左右,中科海钠在山西太原的钠离子电池正负极材料将实现千吨级量产。该项目早在2021年已布局,是中科海钠与华阳新材料科技集团有限公司合作共同建立的。


“我们希望宝贵的锂资源可以节约下来,用在消费电子、新能源汽车等对性能要求更高的高端市场中。”唐堃表示。


03

真正实现低成本的关键在于打通产业链


国家发改委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》指出,要研究开展钠离子电池、固态锂离子电池等新一代高能量密度储能技术试点示范。到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件。


唐堃表示,这说明发展钠离子电池已成为共识。方案只是一个起步,相信未来会推出越来越多的支持政策。


“我们有信心把这个技术发展壮大,而且钠离子电池商业化也只能在中国实现。”唐堃告诉《大国之材》,无论是技术研发还是产业化进展,国内都处于领先地位。虽然国外高校或者企业拥有一些材料体系的专利,但是由于缺少完备的供应链体系配套,国外企业尚未达到产业化条件。



虽然国内钠离子电池相关的多项进展已走在前沿,但仍然不够成熟。据了解,目前钠离子电池材料体系的更换,在具体应用中对电机、电控BMS电池系统等提出了新要求。针对这一现状,中科海钠正牵头制定相应的标准。“我们呼吁国家加速相关标准的认证,解决现存的发展体系问题。钠离子电池的整体体系与锂电池十分相似,因此标准制定路径应该会偏向于锂电池。”唐堃表示。


除了标准问题外,钠离子电池还存在产业链规模不足以真正实现低成本的问题。唐堃告诉《大国之材》,目前的成本计算还是理论层面的计算。只有达到规模化的需求量,才能真正地实现低成本。唯一的解决办法就是打通产业链,联合上中下游各个环节的企业共同合作。


“很多合作伙伴在产品定义,市场渠道,成本控制方面都有各自的特长,我们用股权、战略合作协议、专利授权等形式积极寻求合作。”唐堃表示。在原料侧,中科海钠与华阳新材料科技集团有限公司合作,布局年产2000吨无烟煤制钠离子电池正、负极生产线。在储能应用侧,中科海钠与三峡能源、三峡资本及阜阳市人民政府达成合作,共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线。该产线规划产能5GWh,分两期建设,一期1GWh将于2022年正式投产。


中科海钠重视底层材料电化学体系的技术开发和科研创新,但是在电芯生产应用、储能系统开发等场景,中科海钠始终抱有开放合作的态度,寻求合作伙伴,共同开发、生产更加优质的钠离子电池产品。“与其一切都自己来做,不如通过合作,授权等各种方式拥有更多的合作伙伴。作为一支‘国家队’,我们肩负使命,希望越来越多的企业加入到钠离子电池商业化的赛道中,共同将这份事业做优做强。”唐堃表示。


个人简介


唐堃


北京中科海钠科技有限责任公司创始人,执行董事长,高级工程师。博士毕业于中国科学院物理研究所。曾在德国马克斯普朗克固体研究所Maier教授组做访问学者,曾任国家能源投资集团北京低碳清洁能源研究院电池材料部门经理。长期从事锂/钠离子电池,能量存储与能量转化等方面研究。目前已在国际重要学术期刊发表论文30余篇,申请国际专利一项,中国专利四十余项。目前致力于高性能低成本钠离子电池产业化推进。


中科海钠简介


北京中科海钠科技有限责任公司是一家专注于新一代电化学体系——钠离子电池研发与生产的高新技术型企业。公司技术源自中国科学院物理所,现拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士,胡勇胜研究员为技术带头人的顶级研发团队。同时也是国际少有拥有钠离子电池底层核心专利与技术的电池企业之一。公司聚焦钠离子电池核心材料,以及高性价比、长寿命、高安全、高能量密度的钠离子电池产品,潜在应用覆盖低速电动,以及储能领域丰富多样的应用场景。


作为践行钠离子电池从科研走向产业化和商业化的领军企业,公司从材料和电池的基础研发到规模化生产、从电池及电池组件到系统应用及示范,扎实推进,稳步前行。先后于2018年推出全球首辆钠离子电池低速电动车、于2019年推出首座钠离子电池储能电站并稳定投运至今,并于2021年投运全球首套1MWh钠离子电池储能系统。公司与多家国内及国际化的科技与能源巨头建立了长期深厚的合作网络,通过持续探索和创新,开启钠离子电池的商业化!



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