作為動力電池領域的“老大”，寧德時代的一舉一動都頗受市場關注。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)化進程。
能量密度在理論上可搭載
五菱宏光MINIEV等車型
“有人認為電池的化學體系已很難創(chuàng)新，只能在物理結構上做些改進。”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極之間的嵌入、脫出實現(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，對材料結構穩(wěn)定性和動力學性能等方面的要求更為嚴苛，導致鈉電池商業(yè)化進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，對材料體相結構進行電荷重排，解決了循環(huán)過程中容量快速衰減的核心難題；在負極材料方面，使用具有獨特孔隙結構的硬碳材料，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、材料，該鈉電池電芯單體能量密度達160Wh/kg，常溫下充電15分鐘，電量可達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80%以上。同時，該鈉電池的熱穩(wěn)定性超過國家強制標準的安全要求。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)）的精準算法進行不同電池體系的均衡控制，既彌補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，碳中和目標催生了萬億瓦時級的電池需求，新的應用場景不斷產(chǎn)生，而多元化的技術路線是產(chǎn)業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。
雖然鋰電池應用已經(jīng)成熟，但我國80%的鋰資源依賴進口，存在“卡脖子”風險。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，且很難再實現(xiàn)成本大幅降低。”中國科學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。鈉電池正極和負極的集流體都可使用廉價的鋁箔，能進一步降低電池成本。
據(jù)了解，目前國內(nèi)已有中科海納、鵬輝能源、欣旺達等超過20家企業(yè)進行鈉電池產(chǎn)業(yè)布局。“龍頭企業(yè)帶頭，隨著相關技術成熟，未來會有越來越多企業(yè)進入這一行業(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立自主的知識產(chǎn)權，在核心技術上不會遭遇“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，我國鈉電池有機會率先在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應用。
第二代鈉電池能量密度
有望比肩磷酸鐵鋰電池
那么，鈉電池是否會對當前主流的鋰電池技術路線造成沖擊？
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齊能量密度短板，有望達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域，作為鋰電池補充，而200Wh/kg目標的實現(xiàn)將是突破性進展，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。他進一步強調(diào)，200Wh/kg能量密度目標，是以不犧牲循環(huán)壽命、安全、成本等綜合指標為前提。
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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