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ag亚洲游戏首页新能源电池市场“锂钠锑之争”究



  近日,全球最大的锂电池生产企业宁德时代召开产品发布会,正式推出了第一代钠离子电池,并表示目前会将钠离子电池和锂离子电池混搭使用,预计钠离子电池最快会在2023年实现商业化。引起市场的强烈关注。

  无独有偶,8月下旬,美国 “锑电池”公司Ambri进行了新一轮1.4亿美元融资,其中公司现有最大股东比尔盖茨追投。Ambri表示,世界上最先进的锑储能电池,预计2021年底2022年初开始供货商业化。

  随着减少碳排放成全球共识,全球能源转型迫在眉睫,新能源电池及储能行业风口正强劲。

  那到底什么是钠离子电池和锑电池,为什么宁德集团和美国Ambri公司要跳开锂电池转而开发钠离子电池和锑电池,钠离子电池和锑电池是锂离子电池的替代还是补充?“锂钠锑之争”究竟意味着什么?

  钠离子电池是一种充电电池,主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,其工作原理与锂离子电池相似。

  与锂离子电池一样,钠离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成,不过两者的正负极材料选择有很大的区别:在锂离子电池中,正极材料无法使用的铜、铁等元素在钠离子电池中却有很好的表现;在钠离子电池的负极材料选择方面,由于钠离子半径比锂离子大得多,导致在锂电池中广泛使用的石墨类材料储钠性能较差,无定形碳类负极更适合钠离子电池。

  钠离子电池的研发起步并不晚,不过产业化应用速度不及锂离子电池,近年来热度持续上升。

  钠离子电池主要应用方向与锂电池相似,包括动力和储能两个领域。其中,动力方面包括电动自行车、电动船以及电动汽车等;储能方面包括后备电源、家庭储能、工业储能、通信基站、数据中心、大规模储能等。

  钠离子电池性能显著强于铅酸电池,但是和锂电池相比,钠离子电池安全性以及耐低温高于锂离子电池,但是质量密度和循环寿命稍弱于锂离子电池。

  其中,安全性方面,首先,钠离子电池的电阻比锂离子电池高,所以当发生短路等现象时,钠离子电池的安全性能相对更高;其次,钠离子电池可放电至0 V,但是锂离子电池因高电位下铜(负极材料)不稳定,无法放电至0V,在运输和存储方面,钠离子电池更具安全稳定性。

  能量密度和电池寿命方面,钠离子电池的循环寿命大约是锂离子电池的65%左右,能量密度比锂电池低20%。较低的循环次数和能量密度决定了钠离子电池无法应用于电动汽车和手机电池等领域。锂电将仍是这些领域的主流选择。

  钠离子电池研发的根本在于锂离子电池的经济性成为行业制约,且未来形式更加严峻。

  锂元素的储量很低,地壳中的锂储量仅为 0.0065%,分布还极不均匀,70%的锂分布在南美洲地区。据美国地质调查局 2021年最新报告显示,全世界已探明的锂资源约有8600万吨。以电动汽车使用 80 千瓦时的锂离子电池组为基准计算,总共需要消耗 48 千克碳酸锂,全球现有的可用锂储量仅能满足约 18亿辆此类电动汽车的需求。另外,随着锂离子电池在消费、动力和储能三大领域快速应用,锂离子电池的生产制造达到了空前规模,并且各大锂电池生产商都在不断的扩大其产能,这导致2021年以来锂资源需求紧张,价格大幅上涨。

  而钠元素非常丰富,其地壳中储量达到2.74%,以盐的形式存在于海水中,储量充足、获取成本低,且分布于全球各地,完全不受资源和地域的限制。抛开技术层面不谈,单从资源优势和成本优势而言,钠的商业化前景显然比锂更具有空间。

  锑电池于2019年提出,因锑金属较高的理论容量,成为储能专家重点研究的负极材料之一。ag亚洲游戏首页,Ambri 公司的“锑电池”的主要物料是钙和锑,目前对于其构造和材料数据,尚无公开资料。

  Ambri表示,其生产的“锑电池”在经济性、安全性、续航性等方面“吊打”锂电池。这种电池容量在400KWh至1000KWh之间,最高可达250KW,续航可达4小时至24小时,可满足规模从10MWh至2GWh以上的项目;电池存储系统能够在任何气候条件下安全运行,寿命可达20年以上,退化最小。

  Ambri透露,公司基于钙和锑电极的电池比锂电池更具经济性,这种“锑电池”中钙和锑的成本不及锂、钴、镍等常见电池材料的三分之一。预计,未来“锑电池”的生产总成本将比锂电池低30%至50%。

  但是锑金属是极度稀缺的战略矿产资源,且供应集中度非常高。据公开数据显示,全球锑储量约187万吨,其中中国占比26%,CR5占比达到82%;从产量分布来看,中国占比高达53%、俄罗斯占比20%、塔吉克斯坦占比约18%。由于锑的稀缺性,多国将其列入关键矿产资源。从静态储采比来看,锑金属的储采比远低于钴、锂和稀土等,全球锑金属仅能够满足14年的供应,而国内锑储量仅能够满足6年的供应。并且,2020年企业库存得到大幅去化,生厂商锑锭库存由9000吨降至2710吨的历史低位,降幅接近70%。由于供应高度集中、产量稀缺,叠加需求端持续向好,锑锭价格高歌猛进,从2020年7月低点3.75万元/吨涨至如今的7.0万元/吨,涨幅达到86%,其价格也“吊打”锂矿。至于Ambri公司是如何使用锑这种昂贵的稀有金属但是却能做到成本不及常见锂电池的三分之一,我们不得而知但非常好奇,所以我们暂且称之为“稀有昂贵但又“低成本”的新能源电池。

  储量如此低的锑,适合大规模推广吗?Ambri在其发布的关于储能系统文章中指出,锑电池不需要温控系统,能节省额外的费用开支,日常损耗低,比锂电池更加高效安全。如此看来,锑电池的特性完全满足电网存储需求,也就是说锑电池的使用目的更加偏向储能,而非用于新能源车的电池。其应用场景与锂离子电池和钠离子电池存在一定差异,其定向需求规模要明显小于锂离子电池和钠离子电池。

  从企业经营的微观角度来看,我们可以理解为企业为在新能源电池市场的抢占先机,将优势资源和企业核心能力充分配合,建立的中长期发展战略。

  宁德方面来看,首先中国锂矿资源优势严重不足,锂矿储量仅占世界储量不足6%;其次且中国有近87%的卤水锂资源位于青海柴达木地区和藏北地区,60%以上的硬岩锂位于四川西部地区,受制于提锂技术、地理环境、交通条件等,难以形成规模化生产;第三,巨大的需求量和规模化生产难度,使中国锂矿主要依赖进口,对外依存度高,能源安全风险大;第四,锂资源已经逐渐成为全球战略性资源,全球大国的高度重视下,未来需求增速大涨,成本必将继续高涨。虽然在锂电池方面宁德时代有核心技术优势,但是未来必然面临资源供应的“卡脖子”问题。“锂资源”的高度战略之争下,开发低成本优势资源势在必行。

  而Ambri方面,从公司对外的公告可以看出,研发锑电池的主要目的在于其比锂电池更具经济性,且经济性、安全性、续航性等指标均优于锂电池;“低成本+新材料技术”优势是每家企业生存的核心竞争力。

  目前而言,锑电池的应用场景与钠离子电池和锂离子电池有所不同,无所谓替代一说,而钠离子电池和锂离子电池的各有优劣势,短期内也明显无法形成替代,我们只能说新能源电池以及储能市场正呈现多元化发展。

  如上,除了已经领先并广泛使用的“锂离子电池”、中国率先商业化的“钠离子电池”、美国高度神秘的锑电池,新能源电池行业还有各种各样的“未来电池”。

  快充之王-“铝电池”,2016年,斯坦福大学的学者发现铝离子也能被用作储能:在正负极之间来回穿梭运送电子(按照锂电池的“摇椅原理”运作),从而发明了第一批铝离子电池。经过数年发展,目前这一技术的集大成者是澳大利亚的GMG公司。铝离子电池和钠离子电池类似,目前能做到的最高能量密度记录是160Wh/kg,但功率密度高的和超级电容类似,也就是说它有一个特殊能力:只要电网受得了,充电速度想多快就能有多快。同时这种电池的寿命也比目前的锂电池长了N倍!而且安全性能好到不可思议!最新消息称2021年年底前就能有样品上市,对此我们非常期待。

  续航之王-“锂硫电池”,以硫为正极、金属纯锂为负极的“锂硫电池”也是各大电池企业从未停止过研发的东西。因为这种架构理论上能做出“电池能量密度的天花板”(元素周期特性注定了)。简单来说想要容量最大、续航最远,唯有“锂硫电池”一条路可走。不过锂硫电池”的缺点是寿命太短,目前各家企业正在测试的样品,基本上充放电300次已经顶天了,这是一直困扰“锂硫电池”的最头疼问题。几年前西班牙一家名为GRABAT的公司宣称他们解决了“锂硫电池”的寿命问题,拿出可以循环至少8000周的“超级锂硫电池”一度引发关注。

  规模储能之王—“钒电池”,钒液流电池技术是一种大规模高效电化学储能技术,一般通过液态活性物质发生氧化还原反应,实现电能与化学能相互转换及能量存储。全钒液流电池,其寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出,成为规模储能的首选技术,在调峰电源系统、大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域具有广阔的应用前景。9月在石家庄举行的2021中国国际数字经济博览会上,河钢公司钒电池作为承德市智慧能源主题的绿色储能技术参加展出,公司拥有钒电解液制造技术的自主知识产权,建设了承德市首个5kW/20kWh全钒液流电池储能示范项目,实现了光伏发电、钒电池储能经设备转化为直流和交流电,应用于公司钒钛新材料产业园区避峰就谷时的厂区照明系统,未来能够助力国家推进“碳达峰、碳中和”实现。

  锂电池、钠电池、锑电池,新能源市场可谓是“山雨欲来”,从资本的角度看,或许更有深意。

  宁德时代发布钠离子电池的次日,其股价小幅下跌,而锂业龙头股天齐锂业涨停。

  成立于2010年的Ambri公司,其成立之前经历了一轮资本的追捧和抛弃,2008年国际油价飚至100美元上方,化石能源的难再生以及风电等新能源的无效储能,让资本注意到了Ambri创始人麻省萨多维教授的电池研究,但是随着国际油价回落到40美元,资本的追捧也逐渐回冷,直至此次比尔盖茨对AMbri“锑电池”的1.44亿美金的参投,我们才又注意到从2009年研发2014年改进的液态金属电池,也注意到新的稀有金属锑金属。

  锂电池、钠电池、锑电池,宁德时代、AMbri、比尔盖茨,中国、美国,这究竟意味着什么?

  徐弃郁先生在《全球智库报告解读》总结的非常到位:新能源关键矿产供应链,正在成为大国争相布局和全球竞争的又一个焦点。

  能源供应一直是地缘政治竞争的对象,传统化石燃料时代,“油气资源丰富的中东地区”、“油气资源的海上要道霍尔木兹海峡和马六甲海峡”一直是牵一发而动全身的敏感区域,也一直被各大国虎视眈眈。进入新能源时代,中东可能不再是焦点,但是新能源矿产的竞争程度预计将超过化石燃料时代。

  第一,清洁能源相关矿产,比如镍、锂、钴和稀土,它们比传统油气资源更加稀缺,会在未来很长一段时间内供不应求。据估计,到2040年,全球对锂的需求是现在的40倍,对钴和镍的需求是当前的20倍,而现有矿山和在建项目的预期供应量,只够满足预期需求的一半,缺口相当大。

  第二,和传统油气资源相比,新能源稀有矿产在地理分布上更集中,更有可能成为全球争夺的焦点。

  第三,新能源关键矿产除了储量分布集中,冶炼环节的集中度更高。比如,中国锂精炼环节世界第一,全球精炼锂的60%都是中国生产的。再看钴,也是类似的情况,中国企业在刚果(金)大量投资钴矿冶炼项目,全球72%的钴是由中国企业冶炼加工的。这就让美国人特别有危机感了,他们正在和盟友搞所谓的“矿产外交”,也就是绕开中国重新建立一个关键矿产供应链。尤其是此次比尔盖茨对Ambri“锑电池”的参投,可以看出资本对于新能源电池关键矿产竞争争夺的决心。据报道, Ambri已经与位于爱达荷州的自然资源公司 Perpetua Resources(加拿大金锑矿业公司)签订了长期的锑供应协议,因其拥有美国国内最大的锑矿床,可以确保Ambri公司锑供应链的国内来源。

  关键优势资源、核心技术以及低成本战略,大国、大企业以及大资本的新能源竞争序幕已经拉开。

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