前言

最近鈉電池將會(huì)取代鋰電池的聲音層出不窮，那么何為鈉電池呢?這個(gè)納電池究竟有哪些優(yōu)點(diǎn)又有哪些不足?誰(shuí)才是未來(lái)新能源汽車領(lǐng)域的寵兒?

近幾年，新能源汽車的跨越式增長(zhǎng)帶動(dòng)著動(dòng)力電池進(jìn)入高速發(fā)展的時(shí)期，而三元鋰和磷酸鐵鋰之間的斗爭(zhēng)更是一直處在風(fēng)口浪尖上，近期，磷酸鐵鋰電池的產(chǎn)量更是實(shí)現(xiàn)了首次對(duì)三元鋰電池的逆襲。

種種跡象都在向世人傳遞一個(gè)信號(hào)：電池將會(huì)是新能源汽車的未來(lái)。最終，誰(shuí)將會(huì)奪得電池界狀元，不得而知?？梢灾赖氖?，鑒于新能源汽車的發(fā)展，電池技術(shù)只會(huì)越來(lái)越安全，越來(lái)越貼近用戶需求。

為何要發(fā)展鈉電池

電動(dòng)車概念在全球范圍內(nèi)火起來(lái)了，中國(guó)在這方面的步子走得很快，已成為全球純電動(dòng)車、油電混動(dòng)車的最大市場(chǎng)，產(chǎn)銷量差不多占全球的一半，而且，全球鋰電池有高達(dá)70%以上是中國(guó)制造。

可是這些數(shù)據(jù)是很好看沒錯(cuò)，但實(shí)際上也潛藏一些隱憂，比如中國(guó)的鋰礦產(chǎn)量相對(duì)較小。目前，鋰產(chǎn)量最大的國(guó)家是澳大利亞，其次是南美洲的玻利維亞、智利、阿根廷，北美的墨西哥等，所以中國(guó)非常依賴從它們手里進(jìn)口。

最明顯的例子就是鋰時(shí)代快速來(lái)到，讓這些產(chǎn)鋰國(guó)家賺翻了!2014年時(shí)，電動(dòng)車概念還沒起來(lái)，沒多少人關(guān)心鋰，每噸的價(jià)格才3.8萬(wàn)，結(jié)果才過幾年就翻了4倍多，2018年最高峰時(shí)，每噸16.8萬(wàn)!現(xiàn)在雖然價(jià)格回落一些，差不多是18年的一半，但也算貴。

說白了，現(xiàn)在美國(guó)、歐洲國(guó)家、日本、韓國(guó)這些汽車強(qiáng)國(guó)都在爭(zhēng)奪鋰產(chǎn)能，我們?cè)诠?yīng)上難免還是要看人臉色。

因?yàn)槿绻L(zhǎng)期高度依賴外國(guó)資源的話，很容易造成“卡脖子”問題，不利于我國(guó)未來(lái)的能源安全。

所以，擺脫稀有金屬對(duì)電池材料的成本的束縛就越來(lái)越迫切，磷酸鐵鋰電池雖然擺脫了對(duì)鎳鈷錳的束縛，但是鑒于對(duì)鋰元素價(jià)格的不可控，我們依然沒有主動(dòng)的話語(yǔ)權(quán)。

什么是鈉離子電池?

鈉電池其實(shí)并非是一種全新的電池技術(shù)路線，最早于20世紀(jì)70年代被首次提出，只是目前仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。

在正常的使用情況下，上述充放電過程不會(huì)破壞電池的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，能夠保證電池重復(fù)使用。

從元素周期表來(lái)看，鈉與鋰同屬于堿金屬主族，鈉擁有與鋰相似的物理和化學(xué)特性，自然被適合用作電池技術(shù)。

鈉電池與鋰電池具有相似工作原理：依靠鈉離子在正極與負(fù)極之間可逆地遷移實(shí)現(xiàn)充放電，正極和負(fù)極均由允許鈉離子可逆地插入和脫出的插入型材料構(gòu)成。

但電池這個(gè)系統(tǒng)乍看起來(lái)原理簡(jiǎn)單，實(shí)際上其背后牽扯到材料學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理甚至熱力學(xué)、機(jī)械加工等諸多問題，這也造成了電池行業(yè)想取得革命性突破非常困難。

除了鈉電池之外，2000年誕生的鎂電池，一度被認(rèn)為是取代鋰電池的最佳選擇，但在推廣過程中，同樣因?yàn)槟芰棵芏扰c商業(yè)化原因，逐漸沉寂在市場(chǎng)的汪洋里。

但就核心定位而言，鈉電池主打性價(jià)比。

正極方面，和鋰離子電池正極不同，鈉離子電池的高價(jià)態(tài)過渡金屬選擇多為銅、鐵、鎳、錳等，也有鋰摻雜手段使用。

充放截止電壓多在2.5-4.2V范圍，比容量在70-130mAh/g之間(相對(duì)高比容量體系的電壓稍低)。前瞻性的研究還包括引入晶格氧、類似富鋰正極的“富鈉”正極材料(首次比容量超過200mAh/g)構(gòu)建等。

負(fù)極方面，和在鋰離子電池中的行為不同，石墨在含有碳酸酯電解液的鈉離子電池中的可逆比容量卻不足50mAh/g，不足以作為質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的負(fù)極材料。

相比之下各類無(wú)定型碳材料的可逆比容量在200-400mAh/g，甚至還有進(jìn)一步的提升空間。

鈉電池的各項(xiàng)性能究竟如何呢?

據(jù)悉，磷酸鐵鋰的量產(chǎn)裝車最高可以達(dá)到140Wh/kg，其中短期目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)180-200Wh/kg。

三元鋰量的產(chǎn)裝車已達(dá)到了180-200Wh/kg，其中短期目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)300Wh/kg。而國(guó)內(nèi)鈉離子電池目前能量密度最高為145Wh/kg，中短期目標(biāo)是160-200Wh/kg，基本上維持在與磷酸鐵鋰相近的水平，但是跟三元鋰還相差甚遠(yuǎn)。

億歐EqualOcean根據(jù)公開資料收集對(duì)比，鈉電池雖然短期內(nèi)成本仍然較高，但未來(lái)降價(jià)空間較大。

鈉電池雖然無(wú)法幫助寧德時(shí)代應(yīng)對(duì)上游原材料近半年的漲價(jià)，但如果加快商業(yè)化周期，則可能在五年甚至更短的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站和低速電動(dòng)車領(lǐng)域的鋰電替代。

因?yàn)殁c電池與鋰電池在原理、結(jié)構(gòu)上幾乎完全一致，這就為可能的技術(shù)替代提供了有利條件。曾毓群表示：“由于是新興的電池技術(shù)，鈉電池不是剛推出來(lái)就很便宜。因?yàn)槟壳暗墓?yīng)鏈規(guī)模還很小，不夠成熟，鈉電池可能比鋰電池貴一些?！?/p>

雖然在能量密度指標(biāo)方面鈉離子“技不如人”，但是在充電速度方面還是有一定優(yōu)勢(shì)的。

三元鋰電池采用的是大功率直流快充，花費(fèi)半個(gè)小時(shí)的時(shí)間，也只能從20%充到80%。三元鋰電池尚且如此，就更不用提磷酸鐵鋰電池了。

而鈉電池卻可以實(shí)現(xiàn)在10分鐘之內(nèi)充電90%。這意味著我們平常給車加個(gè)油的時(shí)間就足夠我們充滿電了。

在充放電循環(huán)壽命方面，磷酸鐵鋰可以做到6000次，鈉電池次之，可以做到4500次，而三元鋰稍稍遜色，只有兩三千次。

在低溫性能方面，鈉電池是可以跟三元鋰電池媲美的，在零下40攝氏度都可以正常工作。完全可以適應(yīng)冬季以及高寒地區(qū)。

對(duì)于動(dòng)力電池除了要考慮一些性能之外，安全性問題也是至關(guān)重要的。鈉電池因?yàn)殡娊庖悍€(wěn)定性較高，再加上能量密度低，因此鈉電池在高溫性能方面與其它兩個(gè)電池相比是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的。

一直以來(lái)，鋰電池有一個(gè)缺點(diǎn)一直讓一專家十分困擾，那就是會(huì)過放電。而鈉電池可以做到徹底放電到零伏。這個(gè)對(duì)于普通的電動(dòng)車用戶而言，好像是可有可無(wú)的一個(gè)性能指標(biāo)，但是對(duì)于能源的儲(chǔ)備確是意義重大。

寧德時(shí)代鈉電池將在7月份發(fā)布，時(shí)間點(diǎn)正在臨近

由于鋰元素的相對(duì)稀缺性，所以導(dǎo)致原材料價(jià)格會(huì)較大地受到供需的影響，碳酸鋰價(jià)格自去年低位漲幅已經(jīng)超過80%以上，考慮到日后供應(yīng)鏈安全的問題，許多電池廠商逐漸地在尋找在緊急時(shí)刻可以替換或者備用的元素。由于鈉的金屬屬性也比較活躍，并且含量相對(duì)高很多，所以鈉離子電池也逐漸成為主流電池和材料廠商研究的方向。

5月21日消息 作為動(dòng)力電池行業(yè)的龍頭企業(yè)，寧德時(shí)代幾乎在各大電池市場(chǎng)都占據(jù)頭位，例如裝車量可達(dá) 15.1Gwh 遠(yuǎn)超比亞迪，占比 31.5%，甚至還有部分業(yè)務(wù)占據(jù)了行業(yè)半壁江山。

此外，隨著新能源汽車市場(chǎng)的崛起，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群身價(jià)此前一度超越李嘉誠(chéng)成為新的香港首富。

值得一提的是，此前有消息稱寧德時(shí)代被磷酸鐵鋰電池價(jià)格將提高10%，雖然被否認(rèn)但業(yè)內(nèi)認(rèn)為漲價(jià)應(yīng)該是真的，可能只是幅度不是10%，因?yàn)樯嫌尾牧蠞q價(jià)漲得太厲害了。

2021年5月21日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在股東大會(huì)上透露，今年7月份左右將發(fā)布鈉離子電池，寧德時(shí)代作為國(guó)內(nèi)電池領(lǐng)域的“一哥”，本次發(fā)布可能預(yù)示著鈉離子電池開啟商業(yè)化落地。

值得一提的是，屆時(shí)發(fā)布的鈉離子電池只是新品類的開端，真正到達(dá)成熟預(yù)計(jì)還需要3年的時(shí)間。

不過，寧德時(shí)代推出鈉電池，有望在儲(chǔ)能領(lǐng)域狙擊鋰電池的主流地位。

目前儲(chǔ)能系統(tǒng)的主力還是抽水電站，電池儲(chǔ)能的容量有限，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中一般都是扮演小弟的角色。但近幾年，電池儲(chǔ)能的增速一直超過抽水蓄能。

據(jù)CNESA全球儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)的不完全統(tǒng)計(jì)，2018年底，抽水蓄能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占儲(chǔ)電項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)容量的95.74%，電化學(xué)儲(chǔ)能僅占3.7%。到了2020年，抽水蓄能所占比例已經(jīng)下降到90.3%，電化學(xué)儲(chǔ)能占比上升到7.4%。在各類電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，為13.1GW。

如果電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中的鋰電池都能被鈉電池取代，在全球?qū)?huì)是一個(gè)超過10GW的較大市場(chǎng)，當(dāng)然，這只是僅僅是儲(chǔ)能領(lǐng)域。

結(jié)語(yǔ)

但目前鈉離子電池的正極材料的選擇及制程工藝還不是很成熟，限制了其成本的降低。不過，相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家們會(huì)克服鈉離子電池現(xiàn)有的問題。將來(lái)有一天，鈉離子電池終將面向普通人群，大家就可以用上既便宜又安全的電池了。

讓我們一起期待寧德時(shí)代7月份的鈉離子電池發(fā)布會(huì)，會(huì)給我們帶來(lái)怎樣的驚喜呢，又會(huì)對(duì)市場(chǎng)造成怎樣的沖擊呢?我們拭目以待。

來(lái)源：上海錦町新材料科技服務(wù)號(hào)“金屬材料專家”

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