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鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池嗎?

鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池嗎?

發(fā)布人:Jay 發(fā)布時(shí)間:2022-07-25 瀏覽次數(shù):1533

鋰電池上游原材料價(jià)格上漲,鈉離子電池替代需求擴(kuò)大,目前,包括寧德時(shí)代、中科海鈉在內(nèi)多家公司已經(jīng)提出2022-2023年實(shí)現(xiàn)中試、產(chǎn)能落地的目標(biāo),從儲(chǔ)能到動(dòng)力,鈉離子電池需求擴(kuò)大,產(chǎn)業(yè)鏈加速布局;近期鈉甚至有投資者放話鈉離子電池未來(lái)定能取代今時(shí)今日的鋰離子電池成為新能源電池的主流,那鈉離子電池是否真的會(huì)鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池呢,下面我們來(lái)一起看看吧!

鈉離子電池

一、鈉離子電池為什么這么少見?

鈉離子電池其實(shí)在電池界其實(shí)不是新技術(shù),在上個(gè)世紀(jì)七十年代就已經(jīng)提出,諸多科研機(jī)構(gòu)開始了對(duì)鈉離子電池的研究工作,其工作原理與鋰離子電池類似,利用鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過(guò)程實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程,但研究成果并不理想,主要原因就是因?yàn)殁c離子本身體積較大,所以在充放電過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)會(huì)耗費(fèi)更多的能量,為了增加能量密度就又必須同一時(shí)間內(nèi)增加更多的鈉離子密度,對(duì)于正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)是極大的挑戰(zhàn),因此現(xiàn)在很少看到鈉離子電池。

二、為什么要重新推出鈉離子電池?

1、安全性和高低溫性能優(yōu)異

眾所周知,鋰離子電池內(nèi)阻較低,因此高溫工作狀態(tài)下容易發(fā)熱升溫影響電池效率,在低溫情況下會(huì)損失大量能量。與鋰離子電池相反,鈉離子電池內(nèi)阻較高,瞬時(shí)發(fā)熱量較低,甚至鈉三元熱箱絕熱測(cè)試400℃才釋放氧氣,比鋰三元高出快200℃。此外,鈉離子電池能夠在-40℃到80℃的溫度區(qū)間內(nèi)工作,高低溫表現(xiàn)優(yōu)于鋰離子電池。

2、超高的充放電倍率

鈉離子電池結(jié)構(gòu)是開放式的3D結(jié)構(gòu),且鈉離子在電解液中的溶劑化程度低,具備更高的離子導(dǎo)電率和正負(fù)極界面處更高的遷移效率,因此在同樣的溫度條件下,充放電倍率要比鋰離子更高,且在低溫環(huán)境下鈉離子同樣可以保持高倍率充放電,能夠適應(yīng)響應(yīng)型儲(chǔ)能和規(guī)模供電。

3、成本因素

成本因素,近年來(lái)受下游新能源汽車銷量的大幅增長(zhǎng)以及外圍因素影響,鋰離子電池原材料的價(jià)格也呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的狀態(tài)。以碳酸鋰為例,價(jià)格已從年初的27.5萬(wàn)元/噸上漲至今日的46.9萬(wàn)元/噸,同時(shí)鋰資源的全球儲(chǔ)量有限,鋰元素在地殼中的含量?jī)H為0.0065%,當(dāng)前全球都在瘋狂高價(jià)爭(zhēng)奪鋰礦資源。預(yù)計(jì)未來(lái)全球鋰資源供應(yīng)緊張將長(zhǎng)期持續(xù),高鋰價(jià)將是未來(lái)行業(yè)常態(tài)。與此相反的是鈉資源儲(chǔ)量豐富,地殼豐度為2.64%,是鋰資源的440倍,且鈉資源分布廣泛、提煉簡(jiǎn)單。寧德時(shí)代推出第一代鈉離子電池,更多的也是希望鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化能幫助其在面對(duì)上游鋰礦時(shí)有更多的話語(yǔ)權(quán)。

鋰離子電池

三、鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池嗎?

1、能量密度是硬傷

在同樣攜帶1個(gè)電荷的情況下,鈉離子的質(zhì)量是鋰離子的將近4倍,這就對(duì)能量密度有所影響;鈉離子半徑較大,其脫嵌過(guò)程又會(huì)造成較大的體積變化,對(duì)電池壽命又有一定的影響。要獲取高能量密度需要同一時(shí)間內(nèi)釋放更多的鈉離子,這又會(huì)對(duì)電池質(zhì)量和電池正負(fù)極材料提出挑戰(zhàn)。目前寧德時(shí)代推出的第一代鈉離子電池理論能量密度為160Wh/kg,低于自家磷酸鐵鋰電池174Wh/kg的單體能量密度,更不及比亞迪第二代刀片電池180Wh/kg的能量密度,況且鈉離子電池實(shí)際應(yīng)用能量密度肯定低于理論值。對(duì)于當(dāng)下新能源電池需求最高的新能源汽車而言,高續(xù)航里程才是首要標(biāo)準(zhǔn)。

寧德時(shí)代為了解決鈉離子電池能量密度不足的問題,創(chuàng)造性提出了AB電池的混搭使用方案,也就是在單個(gè)電池包中同時(shí)集成了鈉離子電池和鋰離子電池,然后通過(guò)BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制,這樣可以實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短,既彌補(bǔ)了鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板,也發(fā)揮出了它高功率、低溫性能的優(yōu)勢(shì)?;蛟SAB電池方案是當(dāng)下鈉離子電池發(fā)展的有效路徑之一,但同時(shí)也對(duì)BMS的精準(zhǔn)算法和實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了更高的要求,而且最終電池pack的能量密度天花板明顯,只能算是當(dāng)下的一個(gè)過(guò)渡方案而非鈉離子電池的發(fā)展趨勢(shì)。

2、鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化道路漫漫

雖然我國(guó)在鈉離子電池的研究道路上一直處于世界前列,目前多家公司包括龍頭企業(yè)寧德時(shí)代都在研究并推出鈉離子電池,且鈉離子電池與鋰離子電池結(jié)構(gòu)相似,看似能夠隨時(shí)切入鋰離子電池的生產(chǎn)線,但是實(shí)際上當(dāng)前鈉離子電池目前仍然偏實(shí)驗(yàn)階段,尚未建立起像鋰離子電池那樣成熟的上下游產(chǎn)業(yè)鏈條,要知道從礦產(chǎn)到動(dòng)力電池是一個(gè)很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈,需要上千家公司經(jīng)過(guò)近三十年的研發(fā)和努力才形成當(dāng)前成熟而有效的供應(yīng)體系。況且鈉離子電池對(duì)于當(dāng)前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)影響巨大,尤其是正極負(fù)極材料完全不同,生產(chǎn)工藝也不一致,無(wú)法直接嵌入當(dāng)前的生產(chǎn)供應(yīng)體系。當(dāng)下的鈉離子電池所處階段大概類似于十年前的鋰離子電池,但并沒有足夠多供應(yīng)商形成快速有效的發(fā)展體系,因此粗略判斷鈉離子電池未來(lái)的發(fā)展路徑不會(huì)像鋰離子電池這樣快速。

3、與其說(shuō)那離子電池會(huì)不會(huì)替代鋰離子電池,不如說(shuō)鈉離子電池與鋰離子電池可以互補(bǔ)

鈉離子電池雖然能量密度較低且產(chǎn)業(yè)化道路漫長(zhǎng),不適宜規(guī)模應(yīng)用于中高端乘用車市場(chǎng),但這無(wú)法抹殺其低成本、高低溫表現(xiàn)和高充放倍率等優(yōu)異性能,所以鈉離子電池在對(duì)于快充能力要求較高的儲(chǔ)能領(lǐng)域有著強(qiáng)大的天然優(yōu)勢(shì),而鋰離子電池則可以專注于高速車和高端乘用車領(lǐng)域,雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),形成各自專注應(yīng)用領(lǐng)域的合理競(jìng)爭(zhēng)局面,共同瓜分新能源市場(chǎng)這塊大蛋糕。

另一方面鋰離子電池減少應(yīng)用場(chǎng)景,更加聚焦新能源汽車領(lǐng)域,也更有利于下游電池廠商擁有更多的話語(yǔ)權(quán)和議價(jià)權(quán),倒逼上游鋰礦等原材料價(jià)格的穩(wěn)定與趨緩,新能源汽車的價(jià)格也有望下降,這才是惠及消費(fèi)者的好事,也是電池行業(yè)推動(dòng)鈉離子電池發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

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