锂价暴涨500%，钠离子电池的好日子快来了

2022-11-18 来源：科学有故事

先说结论

如果你在去年 8 月 1 日买入 10 万元的碳酸锂，放到今天卖掉，就可以得到近 50 万元，锂矿的价格一年多就飙涨了近 500%，而且这个上涨的势头依然没有减缓的迹象。在最近这一年全球的所有金融投资市场都普遍熊市的年代，我很难再找出第二个能与之媲美的可以用作投资的商品了。

不过，我今天这期节目既不是来谈投资，也不是分析为什么锂矿会涨价那么猛。而是通过锂矿价格的飙涨得出一个判断：钠离子电池大规模生产的所有条件都成熟了，明年将成为钠离子电池的元年，而锂矿价格的飙涨是至关重要的一个推动因素。

在展开谈这个观点的论据之前，我先解释几个专业术语。

电池大体上可以分为动力电池和储能电池这两类。顾名思义，动力电池就是为工具提供动力来源；而储能电池主要是把电能给暂时储存起来，就像大号充电宝。目前，电池市场上绝大多数都是动力电池，储能电池占比很小，大约只有 3.5%[1]。
图：储能电池
我们在日常口语中说的锂电池其实有两种，一种是不能充放电的锂金属电池，一种是可以充放电的锂离子电池。但因为现在锂离子电池是市场上的绝对主力。所以在日常交流中，往往也把锂离子电池简称为锂电池。

衡量电池的性能，最关键的指标被称为能量密度。它的意思是，单位体积或者单位质量容纳的电量多少。目前业界普遍采用的能量密度单位是 Wh/kg，即每千克容纳多少瓦时的电量，1 度电就是 1000 瓦时。所以，一块能量密度为 200 的电池，意思就是平均每千克质量能提供 0.2 度电。

锂电池概况

尽管世界上第一块商用的锂离子电池晚至 1991 年才被日本的索尼公司发明，但只经过了30 多年，锂离子电池已经成为市场上的绝对霸主，原因就在于锂元素能提供最高的能量密度。

图：用来制作锂电池的磷酸铁锂粉

锂元素在元素周期表上排第三号，是最轻的金属元素。因此，单纯从能量密度的角度来说，不可能还有比锂更适合用来做电池的金属元素了。

尽管锂电池的优点数也数不过来，但也不是没有缺点。其中有两个缺点最突出，一是原材料贵，二是安全性差。

锂元素在自然界中储量并不多，算是一种比较稀有的元素。而且自然界中存在的锂矿，锂的浓度低，提炼成本高。全球已经探明的约 2000 万吨锂矿储量[2]，截止到 2021 年，智利最多，是 920 万吨；澳大利亚第二，570 万吨；阿根廷第三，220 万吨；中国第四，150 万吨；美国第五，75 万吨。

图：全球锂矿储量排名

我国的锂矿储量只占了全世界的 7.5%，但我国的需求量却占了全世界的 50%[3]，我国也是全世界最大的锂电池生产国。因此，国际锂矿价格对锂电池的成本影响巨大。

图：中国青海的一处锂矿

钠电池能否堪当重任？

对我国来说，找到锂的替代材料，具有重大的国家战略意义。那么，什么材料能担此大任呢？目前看来，钠元素无疑是最佳候选者。

我们仅从元素周期表上来看，钠元素就最像是接班人了。钠和锂是同一族元素，锂是 3 号，钠是 11 号，它们都排在最左侧的那一竖列上。

但是，这两种元素在地壳中的丰度差别巨大，锂元素占地壳质量的 0.0065%，而钠元素占地壳质量的 2.3%，也就是说，地球上钠元素比锂元素多 354 倍。我们平时吃的食盐，其实就是氯化钠，你想想海水中有多少氯化钠。所以，钠可以说是地球上取之不尽用之不竭的一种基本物质。

图：海盐

所以，钠的价格要远远低于锂的价格。根据国信证券的报告，目前碳酸锂的价格是碳酸钠的 160 多倍[4]，而且差距还在不断地拉大。

那么，下面一个问题：钠与锂相比，在做电池的性能指标上，它们之间到底相差多少呢？

根据元素的基本性质，我们可以计算出，如果以单位质量来衡量，锂的理论最高能量密度是钠的 3.3 倍，如果以单位体积来衡量，锂的最高能量密度是钠的 1.8 倍。当然，在实际的工程技术上，决定能量密度的因素太多了，光看理论值的意义其实不大。

那么现实情况是怎样呢？

锂离子电池主要有磷酸铁锂和三元锂两种类型，磷酸铁锂电池的能量密度低于三元锂电池，但安全性能好于三元锂电池。目前，市场上主流的磷酸铁锂电池的能量密度大约是 160Wh/kg，三元锂电池大约是 200Wh/kg[5]。

去年，也就是 2021 年7 月 29 日，电池的龙头企业宁德时代发布了他们研发的最新一代钠离子电池，能量密度也达到了 160Wh/kg，号称是全球最高水平[6]。今年 10 月22 日，宁德时代又发布公告称，该钠离子电池将在 2023 年实现量产[7]。

图：宁德时代发布会

根据国信证券的报告[8]，另外两家代表性的钠离子电池企业中科海钠和钠创新能源也将在 2023 年开始量产能量密度大于 145Wh/kg 的钠离子电池。

除了我国，美国的钠能源公司（Natron Energy）、英国的法拉第公司（Faradion）与瑞典的阿尔催斯公司（Altris）也宣布 2023 年量产能量密度大于 140Wh/kg 的钠离子电池。可以说，全球的钠离子电池企业，都不约而同地把 2023 年看作极为重要的一个有里程碑意义的年份。

图：美国的钠能源公司（Natron Energy）的生产车间

总结来说，目前全球最好的钠离子电池与市场上最普通的锂离子电池在能量密度上是差不多的。注意，我这不是用实验室技术跟量产技术相比，我前面已经说过，能量密度 160Wh/kg 的钠电池明年就要量产。宁德时代还官宣说他们的下一代钠离子电池就能达到 200Wh/kg 的能量密度，要超过现在市场上大多数的磷酸铁锂电池。

除了能量密度，衡量电池性能的还有几个重要指标，它们是：安全性、充放电速度和循环次数。

安全性和充放电速度，钠离子电池都胜出。钠离子电池的充放电速度大约是锂离子电池的 1.5 倍。但循环次数锂离子电池胜出，比钠离子电池要多 1.5 倍左右。

但是有一个变量我们必须考虑到，一边是已经发展了 30 多年的成熟的锂电技术，一边是刚刚成熟的钠电技术，可以合理的预计，钠电池的降价空间要远远大于锂电池，而技术性能提升空间也会大于锂电池。

钠电池的技术飞轮已然开启

我在分析一个科技产品的未来潜力时，最喜欢用的一个工具叫“技术飞轮”。假如有某一个科技产品符合下面三个条件：

1. 该产品的技术瓶颈已经被突破；

2. 该产品拥有巨大的市场需求；

3. 钱能解决产品发展中的技术问题。

只要这三个条件都具备，那么技术飞轮就会转动起来，而且一旦转动起来，就会越来越快，很难停下来。

钠离子电池的所有关键技术已经突破，这其中，我们中国科学家也做出了非常多的贡献。钠离子电池的能量密度虽然不如锂电池，但它远远好于铅酸电池，所以，取代铅酸电池会是第一步。然后就是储能电池，大量的新能源发电厂都有储能的需求，对于储能电站来说，体积大、重量重就不是大问题了，钠离子电池是最合适的储能电池。

而储能电池的需求增长在未来几十年内都会非常迅猛，预计到 2025 年，储能电池的需求量就会占到总需求量的 10.8%[9]。只要钠离子电池能从市场上挣到钱，就会有更多的研发资金投入到技术迭代中，然后就会进一步的提升产品的性价比，从而争夺到更多的市场份额，如此，形成一个良性循环，技术飞轮越转越快。

图：储能电池的需求将持续增长

不过，在动力电池领域，我估计在 5 年内，钠离子电池还很难入侵电动汽车的领域，毕竟对于汽车来说，续航里程还是所有消费者最看重的指标之一。但是，5 年之后就很难说了。随着城市中的充电桩越建越密，人们的里程焦虑也会越来越小。我认为，对于那些主要需求是城市通勤的车主来说，未来 200 公里的续航就够了，钠离子电池也完全能满足需求。

随着市场规模的扩大，技术的进步，钠离子电池的成本会大大降低，毕竟，钠的原材料成本只有锂的百分之一不到，降价空间巨大。当钠离子电池的成本降到一个临界值时，就会迎来搭载钠离子电池的电动汽车大爆发，毕竟对于消费者来说，低价是最有诱惑力的。