锂电池真的能被取代吗？

“涨”声不断的动力电池产业最近可谓是站在舆论关注的风口浪尖。

从2年翻10倍的锂、频繁暴涨暴跌的镍，到“承受不来”纷纷涨价的新能源车企、紧接着当局召开的行业摸底座谈会，一个个不断传出的重磅消息让人目不暇接。

不过，话题再多，归根结底还是同一个核心：价格太贵。

目前较为普遍的共识是，供需关系的紧张是推高锂、镍、钴等锂电池原材料价格的重要因素。近年来，新能源汽车市场需求不断扩大，而锂盐等资源开采供给受限，再叠加全球疫情影响，进一步放大了价格的波动。尽管近期受政府调节及后续产能逐步释放的影响，锂价已开始企稳，但长期来看，由于锂矿等材料属于不可再生资源，价格最终仍将受制于供需关系。因此，在通过提高供给量调节市场价格的同时，还需寻找新的可替代电池材料来源，并做好现有材料的循环利用。

面对水涨船高的锂价，市场自然不可能一直无动于衷。实际上对于锂电池替代品的研究和布局早已开始，而近期钠离子、氢燃料等各种新一代电池技术的产业化情况也再次受到了市场的高度关注。

那么，锂电池真的有可能被取代吗？动力电池产业未来的发展方向究竟如何？

· 钠离子电池 ·

高性价比潜力足，有待技术提升规模化

3月初，钠离子电池研发公司众钠能源宣布，该公司获得了由碧桂园创投独家领投的新一轮融资。碧桂园创投表示，看好钠离子电池未来成为储能市场的主流产品之一，同时在低速电动车市场能够实现部分的取代锂电池和铅酸电池。这也是目前市场对于钠离子电池应用前景的代表性观点。

上世纪70年代末，钠离子与锂离子电池研究几乎同步开展。然而，由于在当时的技术条件下，钠离子电池的能量密度和循环性能较为有限，锂离子电池更受到人们的关注。而随着近年锂资源分布不均、开发利用困难等问题逐渐暴露，于是资源分布广、利用成本低的钠离子电池又重新回到了人们的视野。

成本方面，与存量稀少的锂相比，钠是地壳中含量较高的几种元素之一，原材料碳酸钠资源丰富、价格低廉稳定，10年价格保持在1-4千元/吨。

钠离子电池中正极材料多选用铁、锰、铜等元素，负极所用硬碳工艺要求更低，几乎摆脱对于价格昂贵的镍、钴等稀有元素的依赖，且选择范围更广。

同时，还可使用更为廉价的铝箔替代传统锂离子电池中的铜箔集流体，从而进一步降低电池成本。

据研究显示，铜基钠离子电池原材料成本为0.29元/Wh，磷酸铁锂电池材料成本为0.43元/Wh，铅酸电池成本为0.40元/Wh，钠离子电池材料具备显著成本优势，比磷酸铁锂电池低约1/3。

资料来源：国泰君安证券研究

性能方面，钠离子电池能量密度优于铅酸，基本与磷酸铁锂持平。目前，商业化钠离子电池能量密度在100~160Wh/kg，显著高于铅酸电池的30~50Wh/kg，比发展成熟的磷酸铁锂电池低10%~20%，但实验条件下已能做到200Wh/kg。

钠离子电池所用电解液适用温度区间更宽，可达到-40~80°C，在-20°C下容量保持率大于88%，远高于其他电池，使其能够解决冬季电动车充电难，以及高寒地区储能电站效率低的问题，同时由于材料内阻高、热稳定性高、放热功率低，相比锂电池在安全稳定性上更有优势。

最重要的是，钠离子电池与锂离子电池工作原理相同，组成结构类似，很大程度上二者的产线可以兼容，大大降低了产业化难度。

不过，理论虽然看起来很美好，但现实中的“硬伤”也同样不容忽视。

从性质上来说，钠的离子半径比锂更大，所以活性比锂要低，这使得它在能量密度和循环特性上的表现都不如锂。钠电池能否与锂电池一较高下，取决于它是否具备足够经济性，也就是说，是否能以更低的成本达到更接近锂电池的性能。

国泰君安近期在研报中指出，尽管锂电池制造成本相对较高，但它的能量密度提升空间同样较大，投入商业化30年来，通过不断的技术升级，锂电池实现的降价幅度高达97%。据统计，锂离子电池年降本幅度约为13%，考虑能量密度后，年降本幅度在原基础上还能再提升4个百分点。

而钠离子电池目前由于未开始量产，电芯材料成本较理论更高，仍在0.4-0.5元/Wh，同磷酸铁锂成本相当。加上折旧等制造成本，总成本超过1元/Wh，同锂电池比尚不具备经济性。待大规模量产后，随着制造成本被摊薄，钠离子电池将具备显著成本优势。

目前，大多数商业化钠离子电池能量密度集中在140-150Wh/kg，如果电芯能量密度能提升至180Wh/kg，钠离子电池能够真正打破磷酸铁锂竞争格局。磷酸铁锂电池电芯密度的改进方法主要集中在改进工艺和电解液配方，进一步采用刀片结构、JTM结构、大圆柱等创新结构方案，不断突破应用上限。钠离子电池也可以通过类似的方法对电芯和系统能量密度进行改进。

另一方面，电池循环寿命也可以通过材料体系和制造工艺的成熟不断改进。钠离子电池在产业化初期的寿命也仅有500-600次左右，提升到如今的4000次以上仅用了不到5年的时间。如果钠离子电池寿命能够达到10000次，将在储能应用上显示出优异的竞争实力。

图：电池循环寿命比较

资料来源：公司官网、国泰君安证券研究

长期来看，钠离子拥有同磷酸铁锂比肩的潜力，叠加其低成本、高安全优势，有望在能量密度要求不高的低速电动车和储能领域占据一席之地。

国泰君安认为，由于钠电产业链结构同锂电高度类似，中游锂电厂商具备先发优势。其中以宁德时代为首的锂电龙头企业具备规模化起量迅速、上下游客户结构稳定两大优势，而中科海钠等专注钠离子的企业研发基础雄厚、量产走在世界前列，有利于其先行开拓储能市场。由于上游所需原材料不同，预期届时还将助力一批传统化工企业向新能源方向转型。

目前，包括宁德时代、中科海钠、钠创新能源、鹏辉能源、欣旺达在内的多家公司均已布局钠离子电池，中科海钠、钠创新能源、众钠能源已经开始量产。随着2021年7月锂电龙头宁德时代公布第一代商业化钠离子电池，钠离子产业化进程加速，预计2023年钠电产业链基本形成。

与锂电池相比，钠离子电池的定位倾向于更经济的高安全储能电池，作为动力电池更适用于对能量密度要求较低的中低速电动车，未来规模化落地后，将有望以铅酸电池的价格，实现锂电池的性能。

· 氢燃料电池 ·

政策大力扶持，增速有望爆发

3月23日，国家发改委、能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，对我国氢能产业做出分析和规划，对氢能发展提出了方向性指导和政策上明确的支持。

值得注意的是，规划中强调了氢燃料与锂电池纯电动汽车的互补发展。氢能基燃料电池车的发展与锂电池纯电动汽车不是竞争关系，而是各自适应不同的领域，燃料电池车将在中重型的客车、货车中发挥优势，与锂电形成互补，推动交通领域的绿色转型发展。

中泰证券指出，短期内氢能及燃料电池车、氢气作为储能手段在调峰、分布式发电、工业等领域的示范应用将是目前具备条件并将优先发展的领域。

氢燃料电池实际上是基于氢气和氧气/其他氧化剂进行氧化还原反应而制作的发电装置。如果说锂电池是储能的充电宝，那么氢燃料电池就是以氢为原料的微型发电机。

由于氢电池是直接将化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而能量转化效率高，一般在45%～ 60%，高于汽车发动机的热效率，也高于火力发电和核电的约30%～40%的效率。

与锂电池相比，氢燃料电池的加氢速度和充放电速度更快，续航能力更强，因此首先主要被应用在巴士、物流车等商用车辆领域。同时，适用于氢燃料电池汽车的质子交换膜燃料电池以高分子质子交换膜为传导媒介，发电过程无需加压或减压，也不使用任何化学液体，安全性和环保性相对更高。

表：氢燃料电池关键技术指标

资料来源：中国氢能联盟《中国氢能及燃料电池产业手册（2020）》、天风证券研究所

另一方面，目前氢电池最大的问题在于制造成本较高。氢燃料电池成本结构中，占比最高的为燃料电堆，成本达30%；而燃料电堆中成本占比最高的为催化剂，占比达36%，因为燃料电堆催化剂主要为铂金属，与锂、镍等金属相比，成本更加高昂。氢燃料电动车中，电池和储氢系统占据整车成本的65%，远高于锂离子纯电动汽车的电池成本占比。

图：氢燃料电池系统的成本构成

资料来源：产业信息网 、天风证券研究所

天风证券分析指出，近年来，随着氢燃料电池产业链核心材料和关键部件国产化水平持续提升，氢电池的价格快速下降。根据GGII在2021年初的分析，2020年我国燃料电池系统和电堆的价格已经实现20%-50%幅度的下调， 2021年燃料电池电堆及系统有望继续降价30%左右。

随着电池系统及储氢技术关键技术和材料的突破，规模化生产、技术成熟度的提高，氢电池成本下降的趋势有望持续。根据中国氢能联盟预计，2035年我国氢燃料电池系统的生产成本将降至800元/kW，为当前的五分之一，2050年进一步降至300元/kW。目标是2035年，氢燃料电池汽车成本将具有与内燃机汽车同等的竞争力并基本接近国外先进水平。

此外，有专业人士指出，与锂电池相反，随着规模化的发展，燃料电池的边际成本将会越来越低。锂电池电动车越多，对充电桩等配套基础设施的需求增加，对电网的负担就越重；对锂和钴等贵金属的需求量也越大，还要考虑回收等问题，因此边际成本实际上会越来越高。但是氢燃料电池不同，随着氢电动车的增加，加氢站的建设成比例增长，就像加油站，一旦形成规模化的固定网络后，边际成本也会随之降低。

交通运输领域作为目前关注度最高的氢燃料电池应用领域，预计将成为氢能和燃料电池下游应用市场发展的突破口，并逐渐向储能、工业、建筑领域拓展。过去的十多年里，在产业补贴和国家支持政策等措施激励下，中国氢燃料电池客车、物流车等商用车的应用已经 领先于其他氢燃料电池汽车。未来的20-30年，随着技术突破与规模效应带来的成本下降， 氢燃料电池重卡、乘用车等车型的市场化进程将加快。

图：截至2019年底我国氢燃料电池汽车运行情况

资料来源：车百智库《中国氢能发展报告2020》、新能源汽车国家检测与管理平台、天风证券研究所

预计在一段时间内，氢燃料电池和锂电池的应用将处于并行互补的状态。而在近期国家政策大力扶持下，氢燃料电池的增长速度有望迎来一波爆发。

目前国内多个汽车品牌已参与到氢燃料电池汽车的研发生产中，包括上汽集团、长城汽车、广汽集团、长安汽车、宇通客车、福田汽车等，均是布局氢燃料电池整车研发与应用，掌握核心技术的整车企业。

布局氢燃料电池系统及关键零部件，具备技术领先优势的零部件企业，包括上汽集团旗下拟上市的捷氢科技、亿华通、潍柴动力、威孚高科、泛亚微透等，同样也值得关注。

· 结语 ·

在减碳减排、可持续发展的全球大趋势下，寻找更高效、更环保的动力能源无疑将成为必然的选择。

无论是钠离子电池还是氢燃料电池，都是未来极具潜力的产业发展方向，同时也都拥有自身的独特定位，在实际应用上与锂离子电池互为补充；

锂离子电池在固态化等技术升级上也仍存在很大的提升空间，短期内锂电在乘用车领域的应用很难被取代。

或许有一天，氢燃料能带领新能源应用产业迈向新的纪元，不过这将是一个长期缓慢的过程，还需要不断的去尝试和探索。

谁才是动力电池的明日之星，你是怎么认为的呢？

关键词： 氢燃料电池 国际储能网