锂电池不香了?宁德时代将推出钠电池

2021-07-29 01:56:33 作者:郭睿

  【太平洋汽车网 技术频道】到底是三锂电池还是磷酸铁锂电池争了这么久,突然要被钠电池取代了?锂电池不香了吗?

锂电池不香了?宁德时代将推出钠电池

  昨天,宁德时代突然宣布,将会在今天下午(7月29日15:30)正式发布钠离子电池,外界纷纷猜测,这将是会革掉锂离子电池命的全新技术。钠离子电池究竟是什么?真的有这么厉害吗?

  首先要明确,不管是三元锂电池还是磷酸铁锂电池,都属于锂离子电池。而钠离子电池,是将正极材料换成了钠离子聚合物。钠和锂在元素周期表上处于同一列,都是最外层只有一个电子,易失电子的活泼金属元素,二者的元素性质比较接近,因而钠离子电池的原理与锂离子电池基本一致。

锂电池不香了?宁德时代将推出钠电池

钠电池,一种更低价的选择

  那将锂替换为钠有什么好处呢?首先是便宜,锂在地壳中的含量约为0.0065%,而钠高达2.83%,近年来钠离子电池的兴起就是在锂原材料价格上涨的阶段。不过,锂的价格并没有像大家预期的那样一直涨下去,很快又开始回落,大家对钠电池的热情也因此有所下降。

锂电池不香了?宁德时代将推出钠电池

  钠电池并不是并不是近年来才刚刚出现的新物种,上世纪七十年代锂离子电池开始出现不久,锂离子电池之父之一的Whittingham,M.Stanley就成功开发出了钠离子电池,只是锂离子电池优异的性能很快在业上去的了成功,钠离子电池在很长一段时间都没再被重视。

锂电池不香了?宁德时代将推出钠电池

  随着近年来汽车电气化等的发展,锂离子电池的需求量出现了爆炸式增长。在地壳中的含量约为0.0065%的锂本不是十分稀缺的资源,但随着需求量的巨幅增长,也开始出现价格波动。并且锂资源的分布不均也进一步加剧了锂价格的风险,尤其对于锂资源相对匮乏的中国市场。钠作为一种极其富足的资源开始显现出其优势。

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  同时,钠相较锂多一层电子,直径相较锂大出了约70%,因此对电解液的浓度要求更低。在电解液中,盐占据了绝大部分的成本,因此低浓度电解液也可以有效的降低电解液的成本。

  另外,锂离子会与铝反应形成合金,因此锂离子电池只能选择铜作为负极集流体的材料。而钠离子不会与铝发生反应,采用铝材质的集流体,可以在集流体这一项上降低8%左右的成本,同时还能减重约10%。

钠电池的优势,不止便宜

  除了降价,钠离子电池在性能上也有独到之处。钠离子电池没有锂离子电池那样的过放电特性,也就是说,钠离子电池可以将电放光至0V也不受影响,而锂离子电池过放会严重影响电池容量及寿命,甚至直接报废。因此,钠离子电池可以将电量完全放空进行安全存储,使用上也不会像锂离子电池那样娇嫩。

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  同时,钠离子电池还有着更强的循环寿命。目前电池行业一般在循环充放电1000次后的比容量保持率标准约为80%,而钠离子电池目前能做到比容量保持率高达94.6%以上的超高水准。首先无过放电特性让钠离子电池对放电截止电压不再敏感,同时钠离子电池相较锂离子电池更加耐低温,可以在零下38℃左右正常工作,而锂离子电池很难支撑到零下20℃以下。

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  至于安全性,理论上钠离子电池相较锂离子电池在防自燃、爆炸方面会更有优势。不过同样十分活泼的钠离子并非绝对安全,正如磷酸铁锂电池在安全性能上超越三元锂电池一样,不同的钠离子电池在安全性方面的表现也会有所差异。

钠电池的致命短板

  但凡事都有两面性,锂离子电池从九十年代成功商业化,制霸电池领域至今并非毫无道理的。在能量密度上,锂离子电池对钠离子电池处于碾压的地位。钠离子电池理论能量密度能做到200wh/kg,但实际效果尚不足120wh/kg,而目前能量密度备受争议的磷酸铁锂电池,也可以做到160wh/kg的水准,而三元锂电池已经突破200wh/kg。

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  综合来看,钠离子电池最大的优势在于便宜,但其大规模化电芯成本预期仅能做到锂离子电池的60%-80%左右,而能量密度则仅有三元锂电池的不足60%。低能量密度成为了钠离子电池发展的死穴,钠离子电池取代锂离子电池的地位是不可能的。

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  那分担一部分呢?这是很有希望的,否则宁德时代也不至于如此高调的发布旗下的钠离子电池了。随着汽车电气化的发展,电动汽车在不同的分工中对各项性能指标的需求也有所分化。如今,能量密度低、循环寿命长、安全性高、价格便宜的磷酸铁锂电池在共享出行市场打开了局面。而能量密度更低、循环寿命更长、价格更便宜、更耐低温的钠离子电池在出行级城市代步市场还存在不小的空间。

  而随着电动化快速发展,储量相对稀缺、分布不均的锂资源风险也会增大,钠离子电池的出现可以有效的缓解锂价格波动的市场风险。

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  同时,原理与锂离子电池一样的钠离子电池,在电芯结构及生产工艺上与锂离子电池保持高度统一。也就是说,电池生产企业并不需要大规模改造生产设备,更迭生产流程,就能够快速的布局钠离子电池的生产。在钠离子电池与锂离子电池之间切换,可以将投入的成本降至极低的水平,这一点也是两者可以互补的重要原因。

电动车之外,钠电池有更广阔的市场

  不过,这并不是全部。在汽车电动化高速发展的背后,还有与消费者距离较远的储能市场的蓬勃发展,钠离子电池的出现绝非分食乘用电动车部分低端市场这么简单。随着碳中和概念的火爆,风能、太阳能等清洁能源必然会大幅取代火电的地位,而靠天吃饭的风能、太阳能最大的问题在于供电不稳定,大规模的储能电站便是解决这一问题的最好方式。

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  作为全球动力电池龙头企业,宁德时代早已开启了在储能市场的布局。2020年全年宁德时代储能系统销量为2.39GWh,去年这一数据仅为0.71GWh,由此带来的销售收入为19.43亿元,同比增长218.56%,其贡献的营收直接从2019年的1.33%,上升到了2020年的3.86%。

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  不同于跑在路上,对重量和续航里程极其敏感的电动车,储能设备对低价、高循环寿命的需求更为旺盛,这正是钠离子电池的先天优势。而无过放电特性,可以完全放空进行安全存储的特性对于储能设备也十分友好。钠离子电池在乘用电动车之外有着更广阔的市场。

结语

  以上,是基于钠离子电池的基本特性进行的分析。近年来我国在钠离子电池领域取得了长足的进步,达到了国际先进水平。宁德时代推出钠离子电池,对于未来储能电池市场必然有着轰动效果。至于其将在乘用电动车市场发力还是将更广阔的空间留给储能设备市场,宁德时代钠离子电池本身特性如何,让我们期待今天下午的发布会上揭晓。(文:太平洋汽车网 郭睿)

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