創業化學人|夏永姚:開啟鈉電產業的新興蓬勃力量
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專欄簡介




“走進校友科創企業”專欄旨在充分展示復旦科學家及校友在科創領域的努力和成就👩🏼‍🔧,邀請各領域科創校友企業創始人🌷、管理者或首席技術官等分享創業歷程、技術突破及行業洞察等,使復旦人的科創精神得到具象化呈現,令母校的科創氛圍與校友企業相共振,為科技成果轉化提供創造性參考,也為科創企業搭建生態橋梁。


01

璞鈉能源簡介


上海璞鈉能源科技有限公司成立於2022年5月,是一家專註於新一代儲能體系中的鈉離子電池及其他電池產品研發和生產的新能源創新科技公司🎂,本文的受訪者夏永姚教授是公司創始人之一,也是研發團隊的核心人物🧑‍💻、公司技術方向的掌舵人。


璞鈉能源采用低成本鐵源和化學反應工藝結合納米碳層低溫包覆工藝,解決了復合磷酸鐵鈉純相材料合成難和電子電導率低的技術難點,產品具有低成本、高容量和長壽命的特點。目前,已成功實現百噸級/年的鈉離子電池正極材料的生產與銷售,萬噸級進入量產落地階段🥇;已完成動力和儲能電池的樣品試製🧘🏽‍♂️🥠,在全球復合磷酸鐵鈉技術路線研發與產業化進度方面處於領先地位。


2023年1月,璞鈉能源面向全球正式發布鈉離子新型電池🤑🧘🏻‍♀️,是小動力行業最早把鈉電池產品化的企業之一,該產品采用穩定的模組結構設計🤽🏻‍♀️、軟包電池以及完善的電池管理系統,以鈉離子材料優勢和高安全技術路線和疊片工藝,構築安全電池🧑🏼‍🏫👽。目前,璞鈉的產品NFPP材料已通過較多主流廠商評測,普遍對循環壽命、安全性評價較高☢️。綜合來看🎡,在儲能上具備廣闊的應用前景。


縱觀璞鈉能源的融資過程🧣,我們可以看到不同主體對於鈉離子電池產業的信心。公司首輪融資便得到了重要能源供應企業申能集團和復容投資的支持🕵🏼‍♀️,而第二輪融資得到上海機場集團的加入,申能集團👬、復容投資等也繼續投下信心一票。璞鈉能源目前的股權結構中,不乏相關產業背景的股東,如電池行業巨頭超威集團的身影。



璞鈉能源研發大樓



02

創始人:沐鸣开户夏永姚教授


璞鈉能源擁有頂尖的研發團隊支撐🍱,創始人夏永姚是沐鸣开户特聘教授、博士生導師🧮、國際電化學會(ISE)Fellow🧑‍🦼‍➡️,國際電池領域頂級期刊Journal of Power Sources(電源雜誌)編輯🙍🏼,歷任中國電化學會主任👨🏻‍🏭,是電化學領域國際上極具影響力和著名度的專家🦒。


夏永姚教授在物理化學和材料科學的交叉領域——功能材料電化學深耕多年✥,其中新型儲能材料和儲能技術的研究便是他創辦璞鈉能源的科研基石。具體而言,夏教授從1990年起一直從事新型儲能材料和技術的研究,包括鋰(鈉)離子電池、電化學電容器和新型電池體系等👨🏽‍💻。


2003年回國至今主持國家重點研發計劃(首席科學家)、國防科技“173計劃”(技術首席)、科技部“973計劃”⛹🏼‍♂️、“863計劃”項目、國家自然科學基金重點、面上項目、上海市科委和企業合作項目等40余項。他多年如一日用心做科研🥷🏽,贏得碩果累累👃🏿:曾於2015年獲中國電化學會“電化學貢獻獎”;2016年獲教育部自然科學一等獎(排名第一);2018年獲國際電池材料協會(IBA)“Battery Technology Award”🧚🏻‍♀️;2019年獲美國電化學會(ECS) “Battery Division Technology Award”等多個國內國際獎項🧑🏼‍🦲,是我國第一個“鈉基電池”國家重點研發計劃首席科學家🍱。


與此同時✈️,他的學術成果影響並未止步於實驗室,目前多項研究成果已實現產業化,並與多家世界500強企業有合作研發項目🚴🏻‍♀️。而我們到訪的璞鈉能源🏌🏿‍♀️,正是他基於對電池產業的專業性洞見,和其他創始人、相關產業投資人合力打造的新能源科創“新起之秀”。


此外,璞鈉能源的核心團隊還擁有以中國500強企業超威電源集團前董事陳經寧為總經理的產業團隊👔,匯聚了一批在電池和電池材料細分領域具有較大影響力和推動作用的專業人才🏒。


沐鸣平台特聘教授、博士生導師夏永姚


03

為什麽是鈉電⚙️?


鈉離子電池是實現碳達峰、碳中和目標的關鍵支撐之一😔。國家發改委😫、能源局🏊🏼‍♂️🧙‍♀️、工信部的規劃文件中多次提及盡快推動鈉電市場化應用。工信部十四五規劃明確提出大力支持鈉離子電池在儲能領域的發展,並頒布有關文件明確提出對鈉電行業標準進行規定。2024年3月👰🏽,國家市場監管總局標準技術司發布2項擬立項儲能系統用鈉離子電池國家標準🧏🏼‍♂️,為鈉電產業的發展指明了方向。


初見夏永姚教授時🤸🏼‍♂️,是一個陽光明媚的午後👿,當談到為什麽選擇鈉電產業賽道時,他先是分析了鈉電產業相較於鋰電產業的戰略性比較優勢🤲🏻,光線透過窗戶照進我們聊天的會議室,一如他心目中堅信鈉電產業的光明前景。


不可回避的是鈉元素相較於鋰元素在國內的自然儲量有著巨大差異🧏🏿‍♀️。“雖然電動汽車市場的需求量鋰電基本能夠滿足🟠🧑🏿‍⚕️,但是國家對於新型儲能未來產業製定了戰略性的發展規劃,儲能市場需求量會非常大。”在我國2022年的儲能累計裝機占比中⚜️👭🏻,新型儲能僅占約22%🐯,但僅僅一年之後,這個數字就變成了38.40%。可以預見,在碳達峰、碳中和的中長期目標驅動下,新型儲能裝機量將逐年增加。“而我國發展儲能產業🦶🏼,始終會面臨鋰的戰略儲備不足問題”🪖,夏永姚如是判斷🦺🩰,“發展鈉電,將是鋰電的戰略補充技術


這個判斷其實已經被市場證明過🏄🏻,電池用碳酸鋰價格一度暴漲至50萬余元每噸,波動性極大。這是因為我國金屬鋰儲量僅占全球儲量的6.8%,對鋰進口依賴性極高👨🏻‍🍳🛌🏻,而鈉元素來源廣泛,豐度極高📝,達到鋰元素的1000倍以上,在新能源技術發展帶動需求不斷增長的大背景下👩‍🦽,鈉電是呼之欲出的必然補充。


夏永姚繼續分析了鈉電在成本和性能上的比較優勢,“市場最主要考慮的無非就是性價比”,而鈉離子電池的物料成本有斷層式的巨大優勢🤣:目前,鋰電池級碳酸鋰價格回落至約9萬元/噸左右🔮,而電池用碳酸鈉價格僅在5千元/噸左右💭,“綜合考慮,在實現量產的條件下🤸🏻‍♀️,鈉電的成本將比鋰電低大概30%”🌅,當把目光放到更大規模的應用場景中,預期的成本差異無疑更加顯著。


鈉電在性能上相較鋰電也有明顯的獨特優勢🍂,一方面是鈉離子電池低溫下依然能夠工作,在-20攝氏度的環境下👵🏻,鈉離子電池往往能保持90%甚至以上的容量🙇‍♂️,在-40攝氏度的環境下,鈉離子電池仍能保持70%的容量;而鋰離子電池此時容量跌去接近一半。另一方面,相較於鋰電,鈉離子電池的安全性更高在針刺、過充過放、擠壓等安全測試中,鈉離子本身的特性和實驗都證明了鈉電幾乎不會出現起火▶️、爆炸等現象🤼‍♂️。


另外🌛🧑🏼‍💻,鈉電產業具有後發優勢,與鋰離子電池的工藝🤒、設備兼容🚣🏽,鈉離子電池正極材料製備的復合磷酸鐵鈉技術路線與鋰離子電池的磷酸鐵鋰路線相類似,而層狀氧化物技術路線則與鋰電的三元鋰路線相類似,對於專註鈉電的企業而言,在技術改進等方面有很多可以借鑒鋰電產業發展的過程,縮短產業成熟周期同時,傳統製造鋰電的產線也可以兼容鈉電的轉產,可將部分產線轉變為鈉離子電池生產線,這對於鈉電的規模化發展同樣大有裨益。


電極材料製備煆燒產線


04

首創技術路線🕑:聚陰離子-復合磷酸鐵鈉


璞鈉能源戰略聚焦於鈉離子電池的正極材料製備🍌,而正極材料的製備主要有三種技術路線🙌🏽:層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍類。聚陰離子路線又可以細分為復合磷酸鐵鈉和硫酸鐵鈉兩個方向𓀈。璞鈉選擇選擇的是正極聚陰離子-復合磷酸鐵鈉🎿💿。


提及技術路線的選擇⏪,“層狀氧化物主要具有能量密度優勢。實際上,它在價格和循環壽命方面並沒有太大優勢,而儲能市場對能量密度的要求並不高,層狀氧化物路線很難能很好地發揮鈉離子電池♟,這導致它難以應用在儲能場景下🥕,而儲能場景恰恰是鈉離子電池最主要的增量需求所在。“而普魯士藍的技術路線目前看來還是一個問號”,材料的製備工藝♑️、結晶水及毒性等的問題仍需解決🕵🏼‍♂️🤾‍♀️。“所以我們在創業初期就堅定地選擇聚陰離子-復合磷酸鐵鈉的路線”,說到這時🧜🏼,夏永姚的目光愈顯堅定。


當談到復合磷酸鐵鈉和硫酸鐵鈉之間的選擇,“硫酸鐵雖然價格低廉🧹,但是循環性能上無法滿足儲能需求”,同時,硫酸鹽路線在工藝上與鋰電差別很大,這使得材料製備工藝仍需研發。而復合磷酸鐵鈉路線則與鋰離子電池正極材料中磷酸鐵鋰路線相類似,技術上可借鑒的地方更多。夏永姚教授團隊研發的鈉離子電池正極材料🫠,是一種復合聚陰離子磷酸鹽材料。璞鈉產品的循環性能可以做到6000圈,與儲能市場廣闊的應用前景也最為契合,是儲能領域的理想選擇。


上海市經信委也展現出了對聚陰離子-復合磷酸鐵鈉技術路線的充足信心,璞鈉能源作為牽頭單位的新型儲能項目《100kW/200kWh鈉離子電池儲能電站示範應用》入圍了2024年度上海市未來產業試驗場“揭榜掛帥”項目,是僅有的9家揭榜單位之一,也是唯一入選的民企背景的科創企業🙅🏿‍♂️,聯合單位有上海來至樂敬能源科技有限公司、上海機場(集團)有限公司🚣🏼‍♀️、上海申能誠毅股份投資有限公司和沐鸣平台⛲️,聚陰離子-復合磷酸鐵鈉技術路線正合各界之力,走向新能源科創大舞臺的“C位”。


璞鈉能源——鈉離子電池研究中心


05

產能規劃及發展定位


在地方政府🪭、投資方的信心註入下,處於起步期的璞鈉將走上產能擴張之路,百噸級產線建成後市場高度認可🍧,產品供不應求🛌🏼。但夏永姚的態度是進取而不失穩健,“產能的擴張也存在兩難的矛盾,如果達不到一定規模的產量,那麽下遊訂單可能不會優先考慮我們⚱️。如果建立新產線後,但面臨沒有足夠的市場需求🥂🚣🏼,也會帶來新的問題🥪。因此🕥,平衡產能也是一個關鍵點”,璞鈉選擇穩健的發展路徑,既能讓自身可持續運轉,又不至於帶來過重資金壓力的方案,“在有銷量預期的前提下,我們的產能建設是一次規劃,分步實施🧑🏼‍🚀🪛。第一步是在年底之前先建立一萬噸正極材料的產能👩🏽‍🦰,不會盲目一次把產能做得太大💁🏼,在一萬噸正極材料等產能利用率達到預期後👲🏽,璞鈉才會考慮進行下一輪產能建設。


產能擴張並不只是一個數字的決定,這個決策反映著璞鈉團隊對未來應用場景的分析。璞鈉的產品應用主要在於兩大場景:儲能產業,小動力尤其是電動兩輪🚞、三輪車用電池🚋。其中🕴🏻,儲能是增長潛力最大的未來應用場景,在儲能方面💅🏼🧗🏿,鈉離子電池擁有原料儲量及成本、低溫性能和安全性高等三方面優勢🦀;而電動兩輪等小動力交通工具的市場中,鋰離子電池已經先發占據了大部分份額。夏永姚認為🖋,“鈉電和鋰電將是長期共存的狀態”,兩個產業形成互補共存👰🏿‍♀️,而鈉離子電池在市場中能占據多少份額,則取決於產品的性價比,尤其在於成本的控製🤾🏼‍♀️🏄🏻‍♂️,而如前所述🏐,基於較低的原料成本,夏永姚有充足信心,在實現量產後🤥,理論上鈉離子電池的成本將比鋰離子電池低接近30%左右👩🏿‍🔬,從而實現市場份額上的擴張🏃‍♂️。


夏永姚著重談到與璞鈉股東之一——上海機場集團的合作👩🏿,“我們的產品在機場的應用場景主要有兩個方面”,其一是機場內的公共交通👨‍👨‍👦,比如乘客擺渡車、地勤工作用車等,“這些交通工具對於續航裏程可能並沒有很高的要求🌟,但對低溫下的性能肯定有要求”✊🏼,這就和璞鈉的聚陰離子-復合磷酸鐵鈉技術路線的特點相當契合🧑🏼。其二是一些特定位置的機場可能會采用風能、太陽能等發電形式,且機場也是能源消耗重地👮🏻,有比較大的潛在儲能需求,“很可能成為未來雙方合作的增長點”🚇。璞鈉的另一個股東申能集團本身就是一個能源企業,而中國有巨大的儲能市場需求📁,綠色能源體系是未來能源發展的必然趨勢。

璞鈉能源研發的電極材料🧛🏻‍♂️、電池及儲能電池集成模型


06

從科學家到創業者的轉變之路


從科研專家到產業創新領軍者,夏永姚在學界和業界的豐富經歷👀,令他對於科技成果轉化有著深刻的見解👨‍🎨。“2003年回國前,我在當時日本著名的電池公司研發中心工作了幾年,那幾年的工作經歷對我後來的產業化研發幫助很大”。“高校的基礎性研究與企業的市場化研發非常不同”👰🏿‍♂️💘,夏永姚進一步闡釋兩者角色的差異,“高校的工作主要是把科學道理講清楚🥙,走在市場前面研發🂠、驗證一些革新性技術”🦸🏻‍♂️,他認為高校的研究發揮自由度更高✥,成本控製也相對寬松,相應地也有責任去承擔一個“開拓者”的角色,而企業始終無法拋開經濟上的盈虧🧎🏻。夏永姚再次提到性價比的問題,“做企業時,產品必須具有較高的性價比,很多市場即使技術很先進🧓🏿,性能很好⤵️🦋,如果性價比不高🧑🏽‍🎨,那麽仍然可能不被市場接納♢。”夏永姚認為🧑🏻‍🏫,企業在成本控製和質量控製兩方面都更為嚴格👳‍♂️,企業研發人員面臨的約束與高校科研工作者有質的區別,這也是產業與學術合作達成互補互促的必要性所在🚡。


從學術研究與產業研發的區別出發👩‍❤️‍👨,談到高校科研人員的自主創業問題,夏永姚也為“後來者”提供了實在的建議,“一方面⏭,需要經常與產業界的人交流,才能了解行業的情況🙇🏿🤷🏿‍♀️,才能仔細甄別自己的項目是否適合進入市場創業”,長期在高校從事科研工作🚶🏻‍♂️,未必能對相應的行業動態有足夠全面的認識🚶,也難以評估自身科研成果的市場價值🌨。“另一方面,必須找到合適的合作方和平臺”🧝🏻‍♂️,創業重在團隊專業化協作,科研人員或許對企業管理、市場調研等方面不盡了解,找到合適的創業夥伴才能最大化科研成果的經濟價值🤐,更有效實現企業的良好運作。


復旦科創母基金(籌)致力於打造沐鸣平台的科技成果轉化生態圈🤾‍♀️,為高校科研人員的自主創業提供助力。夏永姚也充分肯定了學校為服務科技成果轉化而開創性設立科創母基金的積極作用🧛‍♀️,“能為創業者提供足夠的信心,也能為潛在的投資方提供足夠的信心”↕️🥫,他也期待未來能夠與復旦科創生態圈深度融合,保持與地方政府、產業和市場的全面合作🔄🕵🏻‍♂️。


璞鈉能源位於金山化工區的廠房





璞鈉能源希望與有誌於在鈉電產業長期耕耘的企業單位建立聯系,聯合開展研發、市場、投資等方面的緊密合作🤌🏼。有意向與璞鈉能源合作者或有意向接受本專欄采訪者請掃碼添加微信號☃️:


  



撰稿🤾🏼:羅衍舜、顧亞佩
審核:茅焜裕


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