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    寧德時代開攻鈉離子電池技術,鋰電會不會開啟換代模式?

    發布日期:2021-08-04

    核心提示:不久前,寧德時代發布了全新的鈉離子電池。在寧德時代官方公布的數據中,第一代鈉離子電池的能量密度為160Wh/Kg;常溫情況下可以
     

     

    不久前,寧德時代發布了全新的“鈉離子電池”。

     

     

    在寧德時代官方公布的數據中,第一代“鈉離子電池”的能量密度為160Wh/Kg;常溫情況下可以實現快速充電(15分鐘補能80%);在零下20℃的氣溫下,仍可保持90%以上的充放電效率;熱穩定性極高,安全性遠超國家動力電池的安全標準。

     

     

    從這些數據來看,寧德時代發布的第一代鈉離子電池表現還算不錯。那么,從現實的角度來看,寧德時代打造鈉離子電池到底有著怎樣的用意?鈉離子電池是否能成為未來純電汽車動力電池技術發展的主流方向?在此之前,我們先來聊聊什么是鈉離子電池。

     

     

    起底“鈉離子”其實并非新物種

     

     

    在此之前,市場上電動車型主要運用的電池種類還是三元鋰離子電池以及磷酸鐵鋰電池,這兩種電池也是目前比較主流的解決方案,并且技術成熟。那么,這一次寧德時代帶來的鈉離子電池,又是何方神圣?

     

     

    其實嚴格來說,鈉離子電池和鋰離子電池算得上是“表親”。在上個世紀六七十年代的時候,大容量電池開始初步的發展。而彼時,科學家們在實驗室里研究出了兩種“搖椅式電池”(鋰/鈉在整個脫落和嵌入的循環過程中,保持穩定的離子形式,這些離子能在電池兩極的嵌合物中搖擺,因此被稱為“搖椅式電池RCB”)。而鋰離子和鈉離子,都能作為正負極之間來回移動工作的離子形態,為電池提供電荷搬運的工作。

     

     

    所以,從發明的時間節點來看,鈉離子電池和鋰離子電池算得上是“兄弟關系”;并且由于兩者的原理相似,只是“DNA”有所區別,因此這兩種結構的電池嚴格來說應該是“表兄弟”一般的關系。

     

     

    在我們理清了鈉離子電池和鋰離子電池之間的“血緣關系”后,我們接下來再來看看,鈉離子電池有何優勢和劣勢。

     

     

    鈉離子電池的優勢,集中體現在成本和安全兩大方面

     

     

    我們為什么要從內燃機時代步入到電動化時代?在目前主流的觀點中,是出于能源安全的問題而考慮的。石油終會枯竭,但電能取之不竭,核電、水電、光伏……電能幾乎就是完美的化石能替代品。但是,電能雖然不會枯竭,但儲存電能的介質儲量卻是有限的。

     

     

    以目前主流的三元鋰離子電池為例,其介質主要是由鋰、鈷、鎳組成的。這三種介質均來自于礦產。而眼下一個很現實的問題,就是這些礦產在國內比較稀有,長期都是依賴于進口,不僅價格高昂,而且資源安全也難以保障。因此,需要有一種新的儲電介質來規避這一問題。

     

     

    而目前探明儲量比鋰離子高數百倍的鈉離子,則帶來了很好的數量優勢和價格優勢。關于這一點,大家可以參考一下食用鹽有多便宜。食用鹽可以從海水中分離出來,而鈉離子也可以從海水中分離出來。而碳酸鋰原材料的價格,今年目前的行情價是接近十萬元一噸……另外,采用鈉離子作為電池介質,還能規避鈷、鎳等貴金屬的使用,從而讓電池的材料成本降低30-40%。

     

     

    此外,由于鈉離子電池的工作原理和鋰離子電池類似,所以它的兼容性很強。舉個例子,目前的鋰電池車型,可以完美地更換鈉離子電池,從而降低了車企的研發成本。

     

     

    各種節省的成本,折算到最終的汽車售價里,無論是新車購置價格,還是更換電池的價格,都會更低。對于消費者來說,更便宜的車價和后期維護成本,也更有優勢。

     

     

    除了售價低之外,鈉離子的另一大優勢就是安全性優于鋰離子電池,并且低溫性能更優。眾所周知,鋰離子的活潑度比較高,在電池工作過程中容易出現失控等問題。而鈉離子則不會出現這一問題,并且在測試環節中,可以做到各個項目的不起火不爆炸,整體的安全性優于鋰電池。

     

     

    此外,鈉離子電池的高低溫性能也更加優秀。在極端溫度下,鈉離子電池都有較好的容量保持率。對于北方用戶來說,低溫性能更好的鈉離子電池,無疑會成為一個更好的選擇。

     

     

    鈉離子電池的缺點也同樣明顯

     

     

    從以上的各項性能來看,不知道大家是否會有這樣的感覺:既然鈉離子電池能打破資源的束縛、提升安全性、降低成本甚至是滿足極寒地區的用戶需求,那么這種電池是否就很完美了?結合技術理論,再加上寧德時代目前給出的一些數據表明,鈉離子電池其實并不完美。

     

     

    首先,在能量密度的體現上。目前,寧德時代制造的第一代鈉離子電池,每千克的能量密度為160Wh,并且寧德時代還在繼續加大研發力度,希望未來鈉離子電池的能量密度達到200Wh/Kg。由此可見,鈉離子電池能量密度的上限,基本上就是鋰離子電池能量密度的下限。在目前,不管是寧德時代,還是LG或者比亞迪,其電池的能量密度都能輕松超過200Wh/Kg,甚至一些電池還超過了300Wh/Kg。

     

     

    而鈉離子電池能量密度不足的問題,也是“命中注定”的。由于鈉離子在嵌入正負極時,鈉離子的單體質量要比鋰離子更重、體積更大,在嵌入正負極時,容易使材料發生較大的形變,從而出現能量密度低、循環壽命短這一類的問題。

     

     

    值得一說的是,從目前的技術來看,鈉離子電池的循環次數大概在3000次左右,雖然比磷酸鐵鋰要好一點,但相比于鋰電池,鈉離子電池的耐久性不算出色。而鋰電池的循環次數,普遍達到了5000次以上。在這一方面,鈉離子電池的性能也無法和鋰離子電池相提并論。

     

     

    鈉離子電池前景展望,寧德時代會用它來干什么?

     

     

    其實,通過對鈉離子的“刨根究底”,不難發現,寧德時代開發鈉離子電池更多的是為了能源安全的儲備技術,并非完全會替代鋰離子電池。那么,除了用作能源安全的儲備技術外,寧德時代是否會在下一個階段,把鈉離子電池進行商用呢?

     

     

    答案是肯定的。在目前,寧德時代即將開啟鈉離子電池的商用化路線,并且在2023年形成鈉離子電池的基本產業鏈。從上游原料供應,到下游主機廠商,鈉離子電池技術勢必會出現在我們的生活中。

     

     

    但是,根據筆者的推測,鈉離子電池大概率不會出現在中高端純電動乘用車上,而是可能會在A0級微型純電動車型、商用純電動車型以及混動車型上出現。

     

     

    在A0級市場,性價比可以說是決定市場前景的關鍵因素。很多消費者寧愿續航里程短個幾十公里,也不希望車價昂貴。因此,A0級市場,將會是鈉離子電池應用在純電動乘用車領域的主戰場。

     

     

    而在商用車領域,不必多說。除了成本外,續航里程也是很重要的一大因素。商用車由于體積大、承載能力強,即便是鈉離子電池能量密度低一點也沒關系,可以依靠堆砌電池數量和體積的方式,提升續航里程。

     

     

    而在混動車型領域,目前主流的混動模式對電池儲能量都不高。兩田的強混系統,電池儲備頂天了也就十幾千瓦時;而即便是插電式混動或增程式混動,目前主流的電池容量也就五十到六十千瓦時。由于電池容量要求不高,所以鈉離子電池還是比較有前景的。

     

     

    所以,綜合來看,寧德時代此次推出鈉離子電池,并非是想要完全取代鋰離子電池的地位。從戰略層面來看,這一電池技術是作為能源安全的儲備;在商用層面來看,鈉離子電池在后期會與鋰離子電池共存,兩者互相彌補各自的短板,從而起到豐富純電動市場的作用。

     
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