鋰價暴漲500%，鈉離子電池的好日子快來了

2022-11-18 來源：科學有故事

先說結論

如果你在去年 8 月 1 日買入 10 萬元的碳酸鋰，放到今天賣掉，就可以得到近 50 萬元，鋰礦的價格一年多就飆漲了近 500%，而且這個上漲的勢頭依然沒有減緩的跡象。在最近這一年全球的所有金融投資市場都普遍熊市的年代，我很難再找出第二個能與之媲美的可以用作投資的商品了。

不過，我今天這期節目既不是來談投資，也不是分析為什么鋰礦會漲價那么猛。而是通過鋰礦價格的飆漲得出一個判斷：鈉離子電池大規模生產的所有條件都成熟了，明年將成為鈉離子電池的元年，而鋰礦價格的飆漲是至關重要的一個推動因素。

在展開談這個觀點的論據之前，我先解釋幾個專業術語。

電池大體上可以分為動力電池和儲能電池這兩類。顧名思義，動力電池就是為工具提供動力來源；而儲能電池主要是把電能給暫時儲存起來，就像大號充電寶。目前，電池市場上絕大多數都是動力電池，儲能電池占比很小，大約只有 3.5%[1]。
圖：儲能電池
我們在日常口語中說的鋰電池其實有兩種，一種是不能充放電的鋰金屬電池，一種是可以充放電的鋰離子電池。但因為現在鋰離子電池是市場上的絕對主力。所以在日常交流中，往往也把鋰離子電池簡稱為鋰電池。

衡量電池的性能，最關鍵的指標被稱為能量密度。它的意思是，單位體積或者單位質量容納的電量多少。目前業界普遍采用的能量密度單位是 Wh/kg，即每千克容納多少瓦時的電量，1 度電就是 1000 瓦時。所以，一塊能量密度為 200 的電池，意思就是平均每千克質量能提供 0.2 度電。

鋰電池概況

盡管世界上第一塊商用的鋰離子電池晚至 1991 年才被日本的索尼公司發明，但只經過了30 多年，鋰離子電池已經成為市場上的絕對霸主，原因就在于鋰元素能提供最高的能量密度。

圖：用來制作鋰電池的磷酸鐵鋰粉

鋰元素在元素周期表上排第三號，是最輕的金屬元素。因此，單純從能量密度的角度來說，不可能還有比鋰更適合用來做電池的金屬元素了。

盡管鋰電池的優點數也數不過來，但也不是沒有缺點。其中有兩個缺點最突出，一是原材料貴，二是安全性差。

鋰元素在自然界中儲量并不多，算是一種比較稀有的元素。而且自然界中存在的鋰礦，鋰的濃度低，提煉成本高。全球已經探明的約 2000 萬噸鋰礦儲量[2]，截止到 2021 年，智利最多，是 920 萬噸；澳大利亞第二，570 萬噸；阿根廷第三，220 萬噸；中國第四，150 萬噸；美國第五，75 萬噸。

圖：全球鋰礦儲量排名

我國的鋰礦儲量只占了全世界的 7.5%，但我國的需求量卻占了全世界的 50%[3]，我國也是全世界最大的鋰電池生產國。因此，國際鋰礦價格對鋰電池的成本影響巨大。

圖：中國青海的一處鋰礦

鈉電池能否堪當重任？

對我國來說，找到鋰的替代材料，具有重大的國家戰略意義。那么，什么材料能擔此大任呢？目前看來，鈉元素無疑是最佳候選者。

我們僅從元素周期表上來看，鈉元素就最像是接班人了。鈉和鋰是同一族元素，鋰是 3 號，鈉是 11 號，它們都排在最左側的那一豎列上。

但是，這兩種元素在地殼中的豐度差別巨大，鋰元素占地殼質量的 0.0065%，而鈉元素占地殼質量的 2.3%，也就是說，地球上鈉元素比鋰元素多 354 倍。我們平時吃的食鹽，其實就是氯化鈉，你想想海水中有多少氯化鈉。所以，鈉可以說是地球上取之不盡用之不竭的一種基本物質。

圖：海鹽

所以，鈉的價格要遠遠低于鋰的價格。根據國信證券的報告，目前碳酸鋰的價格是碳酸鈉的 160 多倍[4]，而且差距還在不斷地拉大。

那么，下面一個問題：鈉與鋰相比，在做電池的性能指標上，它們之間到底相差多少呢？

根據元素的基本性質，我們可以計算出，如果以單位質量來衡量，鋰的理論最高能量密度是鈉的 3.3 倍，如果以單位體積來衡量，鋰的最高能量密度是鈉的 1.8 倍。當然，在實際的工程技術上，決定能量密度的因素太多了，光看理論值的意義其實不大。

那么現實情況是怎樣呢？

鋰離子電池主要有磷酸鐵鋰和三元鋰兩種類型，磷酸鐵鋰電池的能量密度低于三元鋰電池，但安全性能好于三元鋰電池。目前，市場上主流的磷酸鐵鋰電池的能量密度大約是 160Wh/kg，三元鋰電池大約是 200Wh/kg[5]。

去年，也就是 2021 年7 月 29 日，電池的龍頭企業寧德時代發布了他們研發的最新一代鈉離子電池，能量密度也達到了 160Wh/kg，號稱是全球最高水平[6]。今年 10 月22 日，寧德時代又發布公告稱，該鈉離子電池將在 2023 年實現量產[7]。

圖：寧德時代發布會

根據國信證券的報告[8]，另外兩家代表性的鈉離子電池企業中科海鈉和鈉創新能源也將在 2023 年開始量產能量密度大于 145Wh/kg 的鈉離子電池。

除了我國，美國的鈉能源公司（Natron Energy）、英國的法拉第公司（Faradion）與瑞典的阿爾催斯公司（Altris）也宣布 2023 年量產能量密度大于 140Wh/kg 的鈉離子電池。可以說，全球的鈉離子電池企業，都不約而同地把 2023 年看作極為重要的一個有里程碑意義的年份。

圖：美國的鈉能源公司（Natron Energy）的生產車間

總結來說，目前全球最好的鈉離子電池與市場上最普通的鋰離子電池在能量密度上是差不多的。注意，我這不是用實驗室技術跟量產技術相比，我前面已經說過，能量密度 160Wh/kg 的鈉電池明年就要量產。寧德時代還官宣說他們的下一代鈉離子電池就能達到 200Wh/kg 的能量密度，要超過現在市場上大多數的磷酸鐵鋰電池。

除了能量密度，衡量電池性能的還有幾個重要指標，它們是：安全性、充放電速度和循環次數。

安全性和充放電速度，鈉離子電池都勝出。鈉離子電池的充放電速度大約是鋰離子電池的 1.5 倍。但循環次數鋰離子電池勝出，比鈉離子電池要多 1.5 倍左右。

但是有一個變量我們必須考慮到，一邊是已經發展了 30 多年的成熟的鋰電技術，一邊是剛剛成熟的鈉電技術，可以合理的預計，鈉電池的降價空間要遠遠大于鋰電池，而技術性能提升空間也會大于鋰電池。

鈉電池的技術飛輪已然開啟

我在分析一個科技產品的未來潛力時，最喜歡用的一個工具叫“技術飛輪”。假如有某一個科技產品符合下面三個條件：

1. 該產品的技術瓶頸已經被突破；

2. 該產品擁有巨大的市場需求；

3. 錢能解決產品發展中的技術問題。

只要這三個條件都具備，那么技術飛輪就會轉動起來，而且一旦轉動起來，就會越來越快，很難停下來。

鈉離子電池的所有關鍵技術已經突破，這其中，我們中國科學家也做出了非常多的貢獻。鈉離子電池的能量密度雖然不如鋰電池，但它遠遠好于鉛酸電池，所以，取代鉛酸電池會是第一步。然后就是儲能電池，大量的新能源發電廠都有儲能的需求，對于儲能電站來說，體積大、重量重就不是大問題了，鈉離子電池是最合適的儲能電池。

而儲能電池的需求增長在未來幾十年內都會非常迅猛，預計到 2025 年，儲能電池的需求量就會占到總需求量的 10.8%[9]。只要鈉離子電池能從市場上掙到錢，就會有更多的研發資金投入到技術迭代中，然后就會進一步的提升產品的性價比，從而爭奪到更多的市場份額，如此，形成一個良性循環，技術飛輪越轉越快。

圖：儲能電池的需求將持續增長

不過，在動力電池領域，我估計在 5 年內，鈉離子電池還很難入侵電動汽車的領域，畢竟對于汽車來說，續航里程還是所有消費者最看重的指標之一。但是，5 年之后就很難說了。隨著城市中的充電樁越建越密，人們的里程焦慮也會越來越小。我認為，對于那些主要需求是城市通勤的車主來說，未來 200 公里的續航就夠了，鈉離子電池也完全能滿足需求。

隨著市場規模的擴大，技術的進步，鈉離子電池的成本會大大降低，畢竟，鈉的原材料成本只有鋰的百分之一不到，降價空間巨大。當鈉離子電池的成本降到一個臨界值時，就會迎來搭載鈉離子電池的電動汽車大爆發，畢竟對于消費者來說，低價是最有誘惑力的。