產(chǎn)業(yè)觀察 | 鈉離子電池又來了，燃料電池還有機(jī)會嗎？

更新時間：2022-12-16

點擊次數(shù)：1904

我在2014年開始研究能源時判斷“能源將從資源時代到科技時代"，后來我們發(fā)現(xiàn)，從化石能源到可再生能源，本質(zhì)上是“能源從資源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃鞓I(yè)"，但顯然可再生能源不是簡單的制造業(yè)，而是科技制造業(yè)。當(dāng)能源進(jìn)入多元化，一個無法回避的問題就是各種能源之間一定存在競爭，不僅僅是能源本身，各種動力電池也一定存在競爭。但有時，一種能源對另一種能源、一種動力對另一種動力預(yù)期的“稀釋"更有利于能源產(chǎn)業(yè)的安全。

“稀釋預(yù)期"提出的背景

我在一次與基金交流時企圖比較一下燃料電池和鋰電的優(yōu)劣勢，認(rèn)為鋰電沒有擺脫資源約束和環(huán)境約束，一個基金經(jīng)理對我大發(fā)脾氣：“你說燃料電池就說燃料電池，你又不了解鋰電，說它干什么？"尷尬不言而喻，但好在我知道如何處事不驚，用沉默和對視回敬了他。

研究員不是科學(xué)家，但我們可以在公開信息下做客觀、理性的分析，并主張自己的見解。我在2021年8月3日發(fā)表的文章《從一個資源約束到另一個資源約束，鋰電的市場預(yù)期需要被稀釋》提到，鋰離子電池沒有擺脫資源約束，市場需求上漲的預(yù)期需要被稀釋，否則鋰離子動力電池將面臨比石油更加緊張的局面，所以，需要增加對燃料電池的投入來對沖對鋰電資源供給的風(fēng)險，平抑鋰礦價格，減少地緣政治和國際間沖突。

關(guān)于“稀釋預(yù)期"這個詞來自我2014年以來對石油的研究，我當(dāng)時發(fā)現(xiàn)在2004年到2014年間布倫特原油價格從40美元/桶以下上升到147美元/桶，中間的波動超過100美元，其間金融危機(jī)下跌后又回到100美元以上，直到2014年下半年，油價才因為美國頁巖氣革命和全球新能源革命開始下跌。

但2004年-2014年十年間，全球能源消費增長25.49%，其中石油增長8.79%，天然氣增長27.83%，煤炭增長33.19%，核電下降了8.12%，水電增長38.37%，太陽能和風(fēng)能分別增長了70.29倍和7.25倍。也就是說，實際上除了因為2011年福島核電站爆炸導(dǎo)致核電消費下降以外，其余所有能源中石油增長是最慢的，十年不到10%。

我們分解一下世界各地石油消費，發(fā)現(xiàn)從2004年-2014年間世界四大經(jīng)濟(jì)體中美國、歐洲和日本的石油消費分別下降了8.18%、9.08%和18.44%，只有中國增長了64.05%。十年間，在全球石油消費898萬桶/天的增量中中國占了48.07%，也就是說從消費端，中國是石油價格大的驅(qū)動國，人口國家對石油需求的高速增長拉動了石油需求的預(yù)期和價格。

2004年-2014年主要經(jīng)濟(jì)體石油消費量（單位：千桶/天）

顯然，石油期貨價格是由石油供給和需求的預(yù)期來決定的，這十年間石油企業(yè)的資本開支也在持續(xù)增加，但歐佩克國家的一致行動使得石油的定價權(quán)幾乎是賣方市場。唯有打破原有的能源格局才可能重建供求關(guān)系，于是有了美國的頁巖油氣革命也有了中國在海外的油氣資源投資，更有了可再生能源和電動車的產(chǎn)業(yè)化預(yù)期，2014年7月，油價開始下跌。

我算了一筆賬，如果中國投資新能源能夠影響石油價格的預(yù)期10美元，以2014年為例，進(jìn)口石油的成本就可以節(jié)省22.58億美元，以當(dāng)年的平均匯率相當(dāng)于138.704億人民幣（以2021年的進(jìn)口量和匯率10美元的差價計算則是242.58億元）。

如果每年拿10美元/桶進(jìn)口石油的差價來補(bǔ)貼新能源，不出幾年足以帶動新能源產(chǎn)業(yè)來影響石油價格的預(yù)期，增加就業(yè)和科研能力，而且還提升了能源自給的安全感，這筆賬很合算。

比擺脫環(huán)境約束更大的驅(qū)動力是擺脫資源約束

對全球來說，可再生能源發(fā)展一個重要的驅(qū)動力是巴黎協(xié)定提出的氣候目標(biāo)，大部分國家都提出了2050年-2060年碳中和的目標(biāo)。但顯而易見的是資源輸出國家肯定沒有資源輸入國家來得積極，美國前總統(tǒng)甚至主張退出《巴黎協(xié)定》。

一般生產(chǎn)資料和必須消費品的價格是由生產(chǎn)成本和供求關(guān)系來決定的，所以，無論是農(nóng)產(chǎn)品還是工業(yè)品總是在供過于求和供不應(yīng)求的動態(tài)中尋找價格中樞。之所以說可再生能源具有很強(qiáng)的制造業(yè)屬性，是因為無論光伏、風(fēng)電都可以通過規(guī)模化發(fā)展來降低成本。但如果資源的供需不平衡，商品的價格就會偏離價值，并衍生出政治、金融等多重屬性。

2020年全球石油供給與消費結(jié)構(gòu)（BP世界能源統(tǒng)計報告）

基辛歌曾說：“誰控制了石油，誰就控制了所有國家。"這句話深刻地影響著世界能源產(chǎn)業(yè)和國際政治，或者說這句話回到十年前，根本就是一個精辟的總結(jié)。石油資源被少數(shù)地區(qū)所掌控，石油價格也被資源國所操控，而自1974年以來，“石油美元"的機(jī)制使得美國在過去近50年的時間里控制了石油，并可以稱霸全球。

應(yīng)對氣候變化、擺脫環(huán)境約束固然是能源轉(zhuǎn)型的一個重要的驅(qū)動力，但我們發(fā)現(xiàn)發(fā)展可再生能源最積極的是歐洲和亞洲國家，德國、法國、日本、韓國等國家能源自給率都非常低，中國雖然能源自給率較高，但煤炭比例太高，而美國的能源革命則是以頁巖氣革命為主。所以，擺脫資源約束是歐洲國家推動可再生能源更大的驅(qū)動力。

各國能源自給率（2010年）數(shù)據(jù)來源：IEA

當(dāng)今世界，國際間局勢更加復(fù)雜，疫情、戰(zhàn)爭、逆全球化，能源安全和糧食安全成為各國最現(xiàn)實的問題。

鋰電的資源屬性將過渡到政治屬性

前一段時間跟一個地級市的市領(lǐng)導(dǎo)交流氫能產(chǎn)業(yè)的一些觀點，領(lǐng)導(dǎo)跟我說，鋰電已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)，而且鋰電的成本越來越低，燃料電池做不過鋰電。我提到鋰電的資源屬性，認(rèn)為不能走單一的鋰電路線，領(lǐng)導(dǎo)說，鋰資源足夠鋰離子電池汽車發(fā)展的需求。

"但是"，我說：“全球鋰資源分布不均會回到石油戰(zhàn)爭時代。"中東地區(qū)超過九個國家的石油儲量占全球儲量48.3%，南美三國占全球鋰資源儲量57%！從石油能源的經(jīng)驗來看，分布不均的能源資源將導(dǎo)致商品屬性以外的多重屬性：資源屬性、政治屬性和金融屬性。

全球鋰資源分布比石油更加集中

過去兩年，鋰在新能源汽車爆發(fā)性增長下，價格出現(xiàn)飆升，2021年碳酸莉（LCE）價格從1月5萬元/噸的價格飆升至年末50萬元/噸，到2022年達(dá)到60萬元/噸，一塊60kWh電池包，電池成本上漲超過16000元。

電池級碳酸莉平均價數(shù)據(jù)來源：萬得資訊

這個商業(yè)模型并沒有破壞鋰電的商品屬性，因為鋰礦的開采周期需要6年，過去兩年電動汽車需求增長高于原材料供給增長。不過，鋰離子電池汽車的趨勢確定后，問題就變得不那么簡單了，除了美國的制造業(yè)回歸計劃正在布局新能源汽車以外，各資源國控制鋰資源的行動正在接踵而至：

2021年12月，加夫列爾·博里奇當(dāng)選新一任智利總統(tǒng)，并主張成立國有鋰礦企業(yè)，2022年11月9日，智利駐成都總領(lǐng)館領(lǐng)事迪亞茲在2022中國國際鋰電大會上表示智利政府正籌劃在國內(nèi)建立規(guī)范和整頓鋰礦開采的新制度；

2022年11月3日，加拿大工業(yè)部以“國家安全"為由，要求中礦(香港)稀有金屬資源有限公司、盛澤鋰業(yè)國際有限公司以及Zangge Mining Investment (Chengdu) Co Ltd等三家中國公司剝離其在加拿大關(guān)鍵礦產(chǎn)公司的投資；

11月25日，澳大利亞財長查爾默斯在悉尼表示，澳大利亞加強(qiáng)審查國外在澳大利亞鋰礦等清潔能源相關(guān)的大宗商品的投資，尤其是對鋰和稀土等領(lǐng)域的外國投資進(jìn)行審查；

墨西哥總統(tǒng)則表示，在墨西哥開采的鋰必須在索諾拉加工，并用于該州生產(chǎn)的汽車；同時，吉爾吉斯坦總統(tǒng)薩得爾·賈帕羅夫表示吉爾吉斯坦將獨立開采其礦產(chǎn)資源；

韓國與加拿大舉行工業(yè)部長會談，提出重塑關(guān)鍵礦產(chǎn)供應(yīng)鏈，LG已與澳大利亞礦山簽署了鋰礦供應(yīng)的戰(zhàn)略合作協(xié)議。

此外，2022年9月，阿根廷、智利和玻利維亞三國討論要成立聯(lián)盟，共同限制鋰礦產(chǎn)量以控制鋰價格，并預(yù)備拉澳大利亞“入伙"。2021年，全球鋰資源總量超過8600萬噸，其中南美地區(qū)的智利、玻利維亞、阿根廷已探明的總體資源量達(dá)4990萬噸，在全球資源總量中的占比超過50%。另外，澳大利亞鋰礦資源達(dá)到了640萬噸。這一行動被看作是“鋰歐佩克“。

和石油一樣，能源安全最重要的還不是價格波動，而是資源不均衡帶來的地緣政治、經(jīng)濟(jì)制材甚至是人類戰(zhàn)爭。固然，金屬電池與一次性消費的化石能源比較具有可以回收利用的優(yōu)勢，但當(dāng)一種有限的、不均衡能源資源需求長期存在的時候，就很難避免新的區(qū)域經(jīng)濟(jì)失衡和新的地緣政治。

此外，到目前為止鋰離子電池全生命周期對人類的環(huán)境貢獻(xiàn)是否好于石油天然氣還有待驗證。所以，如果把所有的新能源汽車都賭在鋰離子電池上肯定不是一個能源安全的選擇，也可能不是一個環(huán)境安全的選擇。

我在《從一個資源約束到另一個資源約束，鋰電的市場預(yù)期需要被稀釋》一文建議，在我國鋰資源進(jìn)口依賴度高于石油的情況下同樣可以用鼓勵燃料電池汽車方的式來“稀釋"市場對鋰電的預(yù)期，從而讓鋰離子電池汽車保持供應(yīng)鏈相對松緩的生態(tài)。

中國目前是全球大的鋰資源進(jìn)口國，進(jìn)口依賴度達(dá)到85%。以2022年8月進(jìn)口量11296噸為基數(shù)計算，每年進(jìn)口碳酸莉135552噸，而且每年以30%上的速度增長，如果有可以對沖鋰電需求預(yù)期的替代產(chǎn)品，并可以影響碳酸莉10萬元/噸的價格的話，按照這個戰(zhàn)略可以給予燃料電池汽車增加135.55億元/年的補(bǔ)貼，遠(yuǎn)超我國“以獎代補(bǔ)"的補(bǔ)貼金額，不僅培育了燃料電池產(chǎn)業(yè)，也使得鋰電產(chǎn)業(yè)更加安全。

鈉離子電池閃亮登場

然而，市場似乎并沒有因為鋰資源受約束的勢頭而給予燃料電池更多的關(guān)注，而是將注意力集中到了同樣可以化解資源約束的鈉離子電池。疫情管控還沒有結(jié)束，現(xiàn)階段還不敢見太多的人，但近期有限的兩次行業(yè)交流我就被告知“鈉離子電池已經(jīng)成熟，燃料電池沒有機(jī)會了"。

他們說，鈉離子電池幾乎能夠解決鋰離子電池所有的短板：首先鈉資源儲量為鋰儲量的420倍，沒有資源約束；其次就是價格，跟碳酸莉近期高昂的價格比，碳酸鈉就跟不要錢似的；其三鈉離子電池更安全，鋰離子電池電流密度越大枝晶鋰生長越快，刺穿電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成短路自燃。而鈉離子產(chǎn)生枝晶的概率很低，自燃的概率很低；其四是充電時間短，在常溫下15分鐘鈉離子充電量可達(dá)80%；其五是耐低溫性能也更好，-20℃環(huán)境下，仍然有90%以上的放電保持率。

碳酸莉與碳酸鈉價格比較

近期，二級市場涉及鈉離子電池概念的上市公司古票逆勢大漲，如傳藝科技本來是一家筆記本電腦零部件企業(yè)，因為規(guī)劃2023年鈉離子電池一期項目投產(chǎn)4.5GWh，6月份以來股價上漲了5倍多。

傳藝科技股價走勢

再看某證券機(jī)構(gòu)的預(yù)測，就他們研究的涉鈉上市公司而言，2022年僅一家公司預(yù)計鈉離子電池相關(guān)業(yè)務(wù)約1.5億元，到2023年就是上億、上10億，到2023年，單個上市公司的鈉離子電池收入更是達(dá)到40-50億。

某券商對鈉離子相關(guān)企業(yè)產(chǎn)能和收入預(yù)測

本來聽到對鈉離子電池的描述就覺得新能源汽車真是柳暗花明，看了這張預(yù)測表，這不僅讓奮斗了20多年的燃料電池陡生嫉妒，國內(nèi)燃料電池汽車龍頭尚且不到10億的收入，這鈉離子電池這么好弄呀？

鈉離子電池?zé)o法達(dá)到車規(guī)級應(yīng)用

鈉離子對電池行業(yè)的人來說并不新鮮，上世紀(jì)70年代末與鋰離子電池同時起步，其最早的研究方向集中在用于儲能領(lǐng)域的鈉硫電池。1990年以后，伴隨鋰離子電池材料實現(xiàn)技術(shù)突破，鋰離子電池先開始商業(yè)化。鈉離子電池則因沒有研發(fā)出合適的負(fù)極材料一度停滯。直到2000年后，鈉離子電池在負(fù)極材料技術(shù)上取得突破，并于十年后開始了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2011 年全球鈉離子電池公司英國 Faradion成立；2017 年，中國鈉離子電池公司中科海鈉成立，技術(shù)來源于中科院物理所。目前，中科海鈉與英國Faradion、法國Tiamat同為世界林先的鈉離子電池廠商。

鈉離子發(fā)展歷程

鈉離子電池和鋰離子電池的工作原理相似，生產(chǎn)工藝與鋰離子相似度達(dá)到90%，都是通過研磨使其納米化、通風(fēng)干燥、燒結(jié)、粉碎，造粒……所以，鋰離子企業(yè)并不懼怕被替代，他們在理解電池的原理和制造工藝上更有優(yōu)勢。除寧德時代以外，華陽股份（中科海納股東）、多氟多、傳藝科技、維科技術(shù)等上市公司也規(guī)劃了2023年GW級產(chǎn)能。

不過，現(xiàn)階段擴(kuò)產(chǎn)能似乎有一點過度超前，而上述的券商預(yù)測更有點異想天開，到目前為止，鈉離子電池尚處于0到1的發(fā)展階段，鈉電池的裝機(jī)、測試、試用都還沒有經(jīng)歷過，產(chǎn)品并沒有得到實際驗證。

工藝和技術(shù)是一方面，但材料自身往往也規(guī)定了其基礎(chǔ)性能，由于鈉離子的體積大于鋰離子，驅(qū)動鈉離子的移動需要更大的能量，因此，鈉離子能量密度低于鋰離子電池。鈉離子電池的能量密度145Wh/kg，而三元電池單體能量密度普遍在200Wh/kg以上，主流產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到250Wh/kg，頭部企業(yè)的磷酸鐵鋰電池單體能量密度則在180Wh/kg附近。另外，主流鈉離子電池循環(huán)壽命在1000-4000次之間，而磷酸鐵鋰電池壽命則在3000-10000次之間。

原本燃料電池比較鋰電池的優(yōu)勢就是能量密度高，續(xù)航里程更長，既然鈉離子在這方面的性能尚不及鋰電，就更加不能與燃料電池相提并論了。壓縮氫能的能量密度接近每公斤40kWh，比汽油還高出三倍，燃料電池能量密度是鋰電的120倍，跟鈉比就更不是一個量級了。

也就是說，鈉離子彌補(bǔ)了鋰電在資源、成本、充電時間和低溫方面的劣勢，卻達(dá)不到電動汽車基本的性能要求。所以，鈉離子電池存在能量密度低、倍率性能欠佳、循環(huán)壽命短等相對劣勢，但能量密度高于鉛酸電池。因此，鈉離子電池單獨使用更適應(yīng)于儲能、兩輪車、A00級車等沒有空間要求或里程要求的應(yīng)用場景，但技術(shù)上暫時還不成熟。

彼此合作豈不更有利對沖風(fēng)險

目前，鈉離子電池的意義在于對沖鋰資源需求預(yù)期的風(fēng)險。下面是一個鈉電專家對目前鈉離子電池的幾點判斷：

1-鈉鋰混搭，不但在動力電池包上會應(yīng)用，在儲能電池包上也會應(yīng)用，但會晚一些，儲能的要求更苛刻更嚴(yán)格。

2-鈉鋰混搭，可以減輕電池廠對上游鋰資源的依賴程度，可以在某種程度上反制上游鋰礦、電池原材料企業(yè)“打劫"電池廠。

3-鈉電池目前的存在和發(fā)展，是為了反制“鋰電池發(fā)展的負(fù)面力量"，而不是為了取代鋰電池。

4-鈉電池的使命，在相當(dāng)一段時期內(nèi)，是幫助鋰電池發(fā)展地更好，而不是取代鋰電池。

5-“鈉電池可以在5-10年取代鋰電池"之類的判斷，大概率是錯誤的。

6-關(guān)于鋰電池：鋰電池處于蒸蒸日上的快速發(fā)展通道，而且是先進(jìn)的理論指導(dǎo)實踐下的快速發(fā)展通道。這是一種基于較為完善的理論，是建立在長時間的摸索和掌握大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的理論。任何其他電化學(xué)技術(shù)，都不具備鋰電池目前擁有的迭代基礎(chǔ)和迭代速度。

7-沒有大量生產(chǎn)過優(yōu)質(zhì)鋰離子電芯的企業(yè)，也不要太指望能做出來優(yōu)質(zhì)的鈉離子電芯。

有人說，鋰電是過渡產(chǎn)品，氫能是終急能源，但目前這個判斷還為時過早。目前從幾個維度比較鋰電、鈉電、燃料電池和燃油發(fā)動機(jī)，我們會發(fā)現(xiàn)沒有一個產(chǎn)品可以做到晚美。

鋰電、鈉電和燃料電池的比較（以乘用車為例）

從資源約束的角度來看，鈉最幽，其次是燃料電池，再次是燃油，鋰最差。燃油資源的約束影響消費，而鋰電資源的約束將影響供應(yīng)鏈，產(chǎn)業(yè)生態(tài)更不安全。

從環(huán)境約束的角度來看，鋰電、鈉電不直接排放，取決于電力結(jié)構(gòu)；燃料電池則取決于氫的來源；燃油車因為排放而被替代。但在即將到來的碳足跡和循環(huán)經(jīng)濟(jì)來看，四種動力對空氣、水土的污染尚未詳細(xì)測算和比較，還需要更多的科學(xué)論證。

從動力的性能來看，理論上燃料電池是發(fā)電機(jī)，而不是儲電的“電池"，中和了鋰電和燃油車的優(yōu)點，能量密度和補(bǔ)能時間都最幽，但工程和工藝上不如鋰電成熟，工程也包括基礎(chǔ)建設(shè)。鈉電的性能雖然能彌補(bǔ)鋰電充電時間和低溫性能，但能量密度過低，整體劣勢最顯。畢竟解決資源短缺只是供應(yīng)商關(guān)心的問題，用戶關(guān)心的是產(chǎn)品性能。

從成本上看鈉電如果成熟低于鋰電30%，在我們比較的所有動力中最幽；鋰電的購置成本和使用成本取決于鋰資源價格和電價；燃料電池成本，需要規(guī)模化化解難題。

從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度上來看，鈉離子甚至不需要基礎(chǔ)建設(shè)和產(chǎn)線的重新設(shè)計，其工程主要是驗證從實驗室到產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品穩(wěn)定性和供應(yīng)鏈體系建設(shè)；燃料電池的核心則是加氫站基礎(chǔ)建設(shè)和終端用戶的批量化應(yīng)用，特別是要解決氫氣儲運的成本問題。

競爭是在所難免的，畢竟每一條技術(shù)路線都不可能保持靜態(tài)，鋰離子電池的資源約束對其他動力電池來說都是機(jī)會，但除了鈉離子電池和燃料電池，還有固態(tài)電池，這將是一場科技和產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)建設(shè)的時間競賽。

不過，從產(chǎn)業(yè)安全的角度來看，目前每一條技術(shù)路線都需要保留適度的空間，合作則可能有更好的前景，燃油與鋰電、鋰電與鈉電、燃料電池和鋰電的混搭可能對對沖資源風(fēng)險、提高終端產(chǎn)品性能會有不錯的效果。

文章來源：產(chǎn)業(yè)觀察者

注：本文已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)載權(quán)