钠离子电池在电动自行车的应用前景【SMM新能源峰会】

钠离子电池在电动自行车的应用前景【SMM新能源峰会】

5月30日，在SMM主办的CLNB 2024（第九届）中国国际新能源产业博览会-电动车绿色出行及电池应用高峰论坛上，无锡盘古新能源有限责任公司董事长胡明祥表示，2024年4月多项新规发布，确定电动自行车走向。工业和信息化部会同市场监管总局、国家消防救援局编制《电动自行车行业规范条件》、《电动自行车行业规范公告管理办法》，于4月30日正式印发。钠离子电池进入大众视野，雅迪、台铃等品牌接连推出钠电池电动自行车，推动钠电产业发展。

市场分析

电动自行车市场情况

• 市场广：国际市场年复合增长率超10%。
• 存量大：国内市场保有量超4.2亿辆。
  
• 规范化：新国标出台，强制安全管理。
• 个性化：用户体验先行，行业推陈出新。
• 搭载北斗/GPS/LBS定位系统：实现车辆位置查看、移动报警等功能。
• 通过传感监控和大数据算法：实时监测电池状态，预测电池寿命和性能衰减情况。
• 搭载更多智能交互技术：实现车体配件、车体、充电装置等交互。

电动自行车行业情况

• 格局：各国出台鼓励措施，关注环保，国内钻研模式，关注安全。
• 欧洲市场倾向于电助力自行车；
• 美国市场倾向于大型电摩；
• 东南亚倾向于踏骑车型；
• 西班牙、法国等国对新能源摩托车补贴力度较大；
• 越南、印尼等国家人口基数大需求旺盛。
  多国政府补贴和税收减免助力e-bike发展。
  国内，雅迪、爱玛、台铃、新日、九号等品牌布局海外，从代工、贴牌，到品牌出海模式转变，并逐步进行海外工厂落地。传统自行车和电动车制造商均在借力e-bike顺风车发展。
• 趋势：新国标5年期满，行业加速重视多元智能和用户需求。
• 关注消费者需求，电动自行车逐步从配置层面走向差异化和多元化，如电池安全性、续航、智能系统、充电/换电系统等。
• 关注智能化功能，结合消费者需求，将电动自行车使用情况、车辆定位等功能上线，形成交互高体验。
• 出海战略成为重点方向，部分头部品牌已开始布局海外市场，建设生产基地和销售网络，抢占国际市场份额。
• 政策：2024年4月多项新规发布，确定电动自行车走向。
• 工业和信息化部会同市场监管总局、国家消防救援局编制《电动自行车行业规范条件》、《电动自行车行业规范公告管理办法》，于4月30日正式印发。
• 工业和信息化部组织起草的《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》（GB 43854—2024）强制性国家标准已由市场监管总局（国家标准委） 于4月25日发布，将于2024年11月1日正式实施。
• 前景：电池、电机技术持续突破，智能化、网联化带来新机遇。
• 钠离子电池进入大众视野，雅迪、台铃等品牌接连推出钠电池电动自行车，推动钠电产业发展。
• 快速充电技术研发成功，科学家们成功研发新型充电技术，充电速度提高数十倍，充电效率提升90%以上。
• 电动自行车换电多场景应用，关乎民生安全，深圳、上海、杭州、南京等多地积极推动换电服务。

行业痛点及需求分析

发展机会

• 新国标更关注安全和管理规范
  
• 钠离子电池被更多人关注
• 工信部锂电及类似产品标准工作组组建《钠电技术路线》起草组。
  
• 钠离子电动自行车、电动车纷纷试点下线，国内首个大容量钠电储能电站投运。
• 微信指数：钠离子电池搜索及被关注趋势呈波动上升态势。
  

钠离子电池发展优势

• 安全性高：
• 钠离子电池内阻高，电池短路电路电流更低，瞬间发热更少。
• 锂的标准电极电位更负，在水溶液里表现更为比钠更容易失电子，因而钠离子电池具有更高的稳定性。
• 钠的活性高，在一定条件下钠枝晶比锂枝晶更易发生自消融，进而避免了电池短路自燃。
• 钠离子电池在热失控过程中易钝化失活，在过充、过放、挤压、针刺等安全测试中均不起火爆炸，热稳定性远超国家强标安全要求。
• 锂离子电池在过放电的情况下，金属态的铜会沉积在阴极上形成金属枝晶铜，金属枝晶铜的生长会造成内部短路并造成严重的热危害。而钠离子电池负极允许使用铝箔作为集流体，使其能够安全的放电至0V，而不会出现Al 溶解等任何问题。
• 低温优异：
• 钠离子离子电导率高，电解液的浓度要求更低，低温时电解液粘度比锂离子电池更低，电池整体性能更为优异。钠离子电池正常工作温度范围在-40℃-80℃，部分产品在-20℃下容量保持率能够达到90%，显著优于磷酸铁锂60-70%左右的容量保持率。
• 倍率优异：
• 钠离子溶剂化能低于锂离子，界面离子扩散能力强，钠离子斯托克斯半径小，相同浓度电解液情况下较锂盐电解液离子电导率更高，快充性能更好。钠离子电池能在15min内充电至80%，充电速度均明显优于正常状态下锂离子电池90min充电80%的充电速度。
• 资源丰富：
• 钠元素在地壳中丰度为2.3%，位居所有元素第六位，显著高于锂元素的0.0017%。
• 目前全球探明的可开采的锂资源量仅能满足14.8亿辆电动汽车，随全球电动化加快，锂资源短缺压力进一步体现。
• 据美国地质调查局2019年报告显示，南美洲国家阿根廷、智利、玻利维亚三国锂资源储量在全球中占比达到52.10%，中国锂资源储量占比仅为7.26%，资源分布极度不均匀。中国所需60%以上锂原料均需要进口，对外依存度高。钠元素以盐的形式广泛存于陆地与海洋中，获取便捷度高。
• 成本较低：
• 钠盐替换锂盐，铝箔替换铜箔，硬碳体系替换石墨体系，正负极、隔膜等成本降低30-40%。
• 钠盐替换锂盐。金属钠价格为1.9万元/吨、碳酸钠价格为0.3万元/吨，显著低于金属锂的298万元/吨、碳酸锂的11.4万元/吨，原材料价格更为低廉。
• 铝箔替换铜箔。假设铜箔价格为11万元/吨、铝箔价格为4万元/吨，假设1GWh锂电池需要622吨铜箔、400吨铝箔，1GWh钠离子电池需要800吨铝箔，那么锂电池单Wh集流体成本为0.084元、钠电池单Wh集流体成本为0.032元，成本下降0.052元/Wh。
• 无烟煤有望替代石墨负极降低成本。
  
• 钠离子电池后期成本优势明显，性能优异补足磷酸铁锂短板。
• 钠离子电池与锂离子电池工作原理相同，其优势在于成本低、倍率性能优异、低温容量保持率高及更安全。钠离子在放电时从负极脱出，经过电解液和隔膜，嵌入正极，而充电时则发生相反过程，因此充放电行为和锂离子电池基本一致，均属于摇椅式二次电池。钠离子电池同样采用正极、负极、隔膜、电解液作为电池主材，但具体结构变化在于负极集流体使用铝箔，同时正极材料选择性更广，负材料使用孔隙大的硬软碳而非石墨。在产品性能方面，钠离子主要对标磷酸铁锂电池，其具备成本优势（比LFP低20%以上），同时倍率性能优异（Na+溶剂化程度低），低温容量保持率高（-20℃比三元高20%，比铁锂高30%+），安全性高（热失控温度高，可过放不带电运输），充分补充磷酸铁锂的短板，但其能量密度偏低（140Wh/kg，比LFP低30Wh/kg，比NCM811低70Wh/kg），循环性能偏低（4000次，比LFP低2000次+）。
• 钠离子电池仍有不足，循环寿命、能量密度尚有优化空间。

电动自行车产业链已开始行动

• 本田、哈雷、杜卡迪等品牌摩托车开始转型电动化。华为鸿蒙、腾讯、美的等巨头开始跨界参与布局。
• 铁塔、嘟嘟、弗迪电池等垂直企业开始布局钠电。
• 2023年，铁塔换电累计服务用户突破110万，覆盖全国300余个城市。铁塔换电提供换电服务累计超过14亿次，每天为外卖骑手、快递小哥提供超过200万次换电服务，在全国累计建设500余个“骑手之家”。
• 2023年6月，嘟嘟换电参与起草深圳《电动自行车充换电设施建设及运营管理规范》，并在深圳建成1300个点位，包含2600个换电柜和1万个换电仓，覆盖多个区域。后期预计将在深圳投入1万个机柜和近6万个换电口，以服务更多的电动自行车车主。
• 2023年9月，弗迪电池与京东在北京签署战略协议。双方在换电、微型车辆、电驱动、消费类3C产品、民用电池、储能等领域，共同开拓市场份额。合作拓展物流换电场景，形成一体化电动车补能网络。