作為動力電池領(lǐng)域的“老大”，寧德時代的一舉一動都頗受市場關(guān)注。7月29日，寧德時代發(fā)布了第一款可用于新能源汽車的鈉離子電池，打破了行業(yè)此前對該電池僅適用于儲能和低速電動車的認(rèn)知。
“雖然線上發(fā)布會只有10分鐘，但國內(nèi)在鈉電池方面已有超過10年的研發(fā)積累。”業(yè)內(nèi)人士向記者表示，龍頭企業(yè)入局將加速鈉電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
能量密度在理論上可搭載
五菱宏光MINIEV等車型
“有人認(rèn)為電池的化學(xué)體系已很難創(chuàng)新，只能在物理結(jié)構(gòu)上做些改進(jìn)。”寧德時代董事長曾毓群在發(fā)布會上介紹。此次寧德時代第一款鈉電池誕生，意味著突破了這一局限。
事實(shí)上，鈉電池并非新事物，其工作原理與鋰電池相似，主要通過鈉離子在正負(fù)極之間的嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。兩者幾乎在同一時期起步，但相較鋰離子，鈉離子體積較大，對材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動力學(xué)性能等方面的要求更為嚴(yán)苛，導(dǎo)致鈉電池商業(yè)化進(jìn)程比鋰電池至少滯后20年。
在正極材料方面，寧德時代首款鈉電池采用克容量較高的普魯士白材料，對材料體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，解決了循環(huán)過程中容量快速衰減的核心難題；在負(fù)極材料方面，使用具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料，該材料具有克容量高、易脫嵌、優(yōu)循環(huán)等特性。
基于上述技術(shù)、材料，該鈉電池電芯單體能量密度達(dá)160Wh/kg，常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上，在-20℃低溫環(huán)境中，也擁有90%以上的放電保持率，系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上。同時，該鈉電池的熱穩(wěn)定性超過國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的安全要求。也就是說，除能量密度略低外，寧德時代首款鈉電池在各方面不遜色于磷酸鐵鋰電池，甚至有些指標(biāo)還有突出優(yōu)勢。
記者注意到，寧德時代首款鈉電池的能量密度在理論上足以搭載到五菱宏光MINIEV、特斯拉Model3等車型上。
此外，寧德時代還開發(fā)出AB電池系統(tǒng)解決方案，讓鈉電池與鋰電池按一定比例混搭，集成到同一個電池系統(tǒng)里，通過BMS（電池管理系統(tǒng)）的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制，既彌補(bǔ)鈉電池的能量密度短板，也發(fā)揮出它高功率、低溫性能的優(yōu)勢，這樣的鋰-鈉電池系統(tǒng)能適配更多應(yīng)用場景。
避免“卡脖子”
資源和成本優(yōu)勢突出
目前，市場上主流的動力電池應(yīng)用方案以磷酸鐵鋰和三元鋰電池為主，本質(zhì)上都屬于鋰離子體系。寧德時代在這方面已占絕對優(yōu)勢，為何還要另辟蹊徑開發(fā)鈉電池？
曾毓群指出，碳中和目標(biāo)催生了萬億瓦時級的電池需求，新的應(yīng)用場景不斷產(chǎn)生，而多元化的技術(shù)路線是產(chǎn)業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。
雖然鋰電池應(yīng)用已經(jīng)成熟，但我國80%的鋰資源依賴進(jìn)口，存在“卡脖子”風(fēng)險。自去年以來，受需求激增、新冠肺炎疫情等影響，鋰電池產(chǎn)業(yè)承受巨大的成本壓力。“鋰電池難以同時支撐新能源汽車和大規(guī)模儲能兩個產(chǎn)業(yè)發(fā)展，且很難再實(shí)現(xiàn)成本大幅降低。”中國科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝指出，不少企業(yè)在尋找備選技術(shù)路線，鈉電池是非鋰體系電池的首選。
鈉電池在資源儲備和成本方面具有突出優(yōu)勢。其中，鈉在地殼中的豐度達(dá)2.74%，是鋰的440倍，儲量豐富且分布廣泛，不受地域限制。鈉電池正極和負(fù)極的集流體都可使用廉價的鋁箔，能進(jìn)一步降低電池成本。
據(jù)了解，目前國內(nèi)已有中科海納、鵬輝能源、欣旺達(dá)等超過20家企業(yè)進(jìn)行鈉電池產(chǎn)業(yè)布局。“龍頭企業(yè)帶頭，隨著相關(guān)技術(shù)成熟，未來會有越來越多企業(yè)進(jìn)入這一行業(yè)。”胡勇勝表示，我國鈉電池在核心材料體系方面具有完全獨(dú)立自主的知識產(chǎn)權(quán)，在核心技術(shù)上不會遭遇“卡脖子”等問題。早在2018年6月，中科海鈉和中科院物理所便推出全球首輛鈉電池電動車。整體來看，我國鈉電池有機(jī)會率先在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用。
第二代鈉電池能量密度
有望比肩磷酸鐵鋰電池
那么，鈉電池是否會對當(dāng)前主流的鋰電池技術(shù)路線造成沖擊？
寧德時代研究院副院長黃起森介紹，鈉電池可與鋰電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝兼容，生產(chǎn)線可快速切換，完成產(chǎn)能布局。目前，寧德時代已啟動鈉電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。同時，寧德時代將在第二代鈉電池中補(bǔ)齊能量密度短板，有望達(dá)200Wh/kg。
“汽車電池重量在40kg以內(nèi)，若要追求高性價比的話，完全有可能搭載鈉電池。但如果車輛追求是的長續(xù)航，鈉電池搭載的意義就不大。”在胡勇勝看來，現(xiàn)階段鈉電池更適用于儲能和微型電動車領(lǐng)域，作為鋰電池補(bǔ)充，而200Wh/kg目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將是突破性進(jìn)展，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“分水嶺”。屆時，鈉電池電芯單體能量密度與磷酸鐵鋰電池持平。他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，200Wh/kg能量密度目標(biāo)，是以不犧牲循環(huán)壽命、安全、成本等綜合指標(biāo)為前提。
胡勇勝表示，鈉電池下一步發(fā)展的挑戰(zhàn)在于正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)材料六氟磷酸鈉的量產(chǎn)，“這需要大量資金投入，還有賴于政府和資本支持。”
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