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宁德时代的“钠”点事儿

锌媒体报道

 

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自从在 5 月的股东大会上预告了钠离子电池技术,宁德时代的股价就搭上了东风,突破万亿,一路将董事长曽毓群送上香港首富的宝座。

刀片电池、固态电池、石墨烯电池…… 一年来我们已经听到了太多关于动力电池的新概念、新名词,钠离子电池又是什么?是炒作概念的噱头?还是会开创新时代的突破性产物?

2 个月过去,宁德时代终于揭开了钠离子电池的神秘面纱。

既生「锂」何生「钠」?

与锂电池几乎同一时代诞生的钠离子电池,并不是一个全新概念。

简单来说,钠电池就是在锂电池的基础上,将原本含锂的正极材料换成含钠的材料,将含有锂离子的电解液换成钠离子电解液,相应的负极、集流体的材料也换成更适合钠离子的材料。两者工作原理一致、结构不变、整体工艺接近,甚至连生产设备都能延续使用。

难怪宁德时代提出的目标是在 2023 年建成基本的产业链,因为在技术难点突破后,钠离子电池生产需要的基础设施新投入并不多。

既然结构、工艺类似,锂电池又已经趋于成熟,为什么还要研发钠离子电池技术呢?

最主要的原因当然是原材料。作为稀有金属,锂元素在地球上的含量不算丰富,主要集中在南美洲、北美洲国家。国内锂电池中用到的锂,70%都要依靠进口。这样一来,锂电池中的锂无形中就跟石油一样,需要看进口的「眼色」,价格也是逐年上涨。相比起来,钠资源就丰富多了,国内就可以自给自足,价格更是只有锂的 1/75。

同时,用钠离子代替锂离子后,电池中使用的集流体材料也从铜箔换成铝箔,铝箔的价格也更便宜。

这些成本的叠加,能让钠离子电池材料的成本降低 30%~40%。

当然,这些需要建立在成熟的、规模化的产业链基础上,现在还处在起步阶段的钠离子电池,成本还达不到这个效果。

除了降低成本、解放稀有金属的考虑,钠离子电池在低温下的表现也很优秀。低温可以说是目前电动汽车、动力电池的克星,寒冬里掉电快的缺点,一定程度上限制了电动汽车的适用范围,让寒冷地区的朋友望而却步。相比于磷酸铁锂电池低于 0℃就会容量缩减、三元锂电池寒冬时性能也大打折扣,钠离子电池在-20℃时,有 90%以上的放电保持率,可以保证在冬天开车时,电池性能基本不打折扣。

对于用户最关心的安全问题,钠离子电池也比锂电池更「皮实」。相比于锂电池不能过充、不能过放的特性,钠电池虽然也不能过充,但是可以过放,将电池完全放电后不带电运输、储存,发生事故的概率更低。就算在热失控时,钠电池的温度也比锂电池低得多,引发起火的概率相对更低。

成本、卡脖子的原材料、低温性能和安全的特点,让钠离子电池受到国内多家电池企业的追捧。但优缺点分明,钠离子半径大、活性高等特点,也让如何选择电池正负极材料,如何提高能量密度等,成了技术难题。这就是为什么钠离子电池与锂电池几乎同时代被发明,技术却落后了很多年。

宁德时代在第一代钠离子电池中,将正极材料体相结构进行电荷重排,避免普鲁士白这种正极材料在循环过程中容量快速衰减;负极使用具有孔隙结构的硬碳材料取代石墨,提升电池的性能。因此,改良后的第一代钠离子电池电芯的单体能量密度能达到 160Wh/kg,系统集成效率 80%以上,远高于之前的钠离子电池。而且可以实现快充,常温下 15 分钟可充电 80%以上。

虽然从性能上看,目前的钠离子电池性能仍然略低于磷酸铁锂电池,不过作为第一代产品,跟已经成熟、能量密度趋于稳定的锂电池比较,还是不太公平的。毕竟几年前,我们也想不到锂电池的性能可以飞升的这么迅速。

AB电池混搭,让钠电池尽快上车

现阶段直接用钠离子电池取代锂电池,是不太现实的。不过应用是推动产品快速迭代、发展的最好手段。怎么把第一代钠离子电池用到我们熟悉的电动汽车上,是一个关键问题。

宁德时代给出的答案是:AB 电池解决方案。在汽车的电池包中,一部分用锂离子电池,一部分用钠离子电池,让两种电池混搭使用。

通过 BMS 精准算法进行不同电池体系的均衡控制,让两种电池在自己适合的条件下发挥最大作用,取长补短。高能量密度的锂电池,保证了整车的续航;钠离子电池在低温时优越的性能,也能保证电动汽车在寒冬里正常行驶;未来,成熟量产后的钠离子电池,甚至还能拉低电池包的成本,进而让电动车降价。

至于未来,宁德时代把下一代钠离子电池的能量密度目标定在了 200Wh/kg,如果能达到这个目标,就跟现在三元锂电池、磷酸铁锂电池差不多了。也许到那个时候,混搭使用中,钠离子电池的比例会逐渐增大,甚至全部用钠电池代替锂离子电池。

这样一来,电动汽车的价格也许会更低,在冬天、寒冷的北方也不是问题了,使用场景更多了。

写在最后

作为第一代钠离子电池,从 0 到 1,从无到有,我们很难对它的性能提出更高的要求。它的出现,已经给我们带来了惊喜,带来了新的可能性。

至于未来,钠离子电池能否取代锂电池,让电动汽车以更便宜的价格,开到更远的地方?据说这款钠离子电池已经计划在某些车型和储能项目中使用,时间约很快就能给出答案。

 

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