刚刚,宁德时代发布钠离子电池,新能源行业要变天?

2021年7月29日下午,宁德时代创始人曾毓群博士正式发布钠离子电池;毕竟我们平时见到的动力电池,都是基于磷酸铁锂电池以及三元锂电池打造,刚刚公布的钠离子电池还是让人十分新鲜的(www.jiunuo.net)。

根据发布会上的信息,宁德时代钠离子电池主要突出了低温性能、快充性能,环境适应性更具备优势,将与锂电池共存发展。

在发布会上,曾毓群博士宣布宁德时代致力于“可再生发电和储能替代化石能源、以动力电池助力电动车发展、以电动化+智能化加快各领域新能源替代进程”这三个核心发展方向,钠离子电池的推出正是这一愿景的具体体现。

为什么宁德时代要推出钠离子电池,钠离子电池会成为绝对主流吗?

介绍主角前,有必要先用1分钟跟大家说说目前行业动力电池的主流类型,能够更好的与钠离子电池进行区分:

行业现状:锂电池一统江湖

2019年诺贝尔化学奖的公布,让我们认识到了迈克尔·斯坦利·惠廷汉姆(Michael Stanley Whittingham)、约翰·班尼斯特·古迪纳夫(John Bannister Goodenough)、吉野彰(Akira Yoshino)这三位牛人,他们奠定了锂电池的行业现状,彻底影响到了我们生活的方方面面。

其实钠离子电池也是这位惠廷汉姆同志研发的,只是锂电池各方面优势突出并且发展神速,因此钠离子电池在商业上没有大规模普及。

那么好,目前锂离子电池主要有以下技术方案:

1、三元锂(例如NCM):目前动力电池中最为常见的类型,其中NCM811为代表的高镍电池因良品率等因素出过问题,容易推高能量密度,在高镍路线上安全性上存在争议。

2、磷酸铁锂(LiFePO4):俗称“铁电池”(例如比亚迪“刀片电池”),成本低、安全性好、寿命长,单体能量密度低,但是整包得益于工艺(叠片、大电芯)的加成,也越来越常见。

3、镍钴铝酸锂(例如NCA,三元锂的细分):常见于工业、医疗,电动汽车(尤其是特斯拉),能量密度高,可减少钴的依赖,电控难度较高。

4、锰酸锂(LiMn2O4):常见于电动工具、医疗器械、混动汽车之上,功率大,能量密度中等偏低,不适合大容量车载。

5、钴酸锂(LiCoO2):常见于手机、笔记本、数码相机,能量密度高,但是寿命短,热稳定性差,不适合车载工况。

6、钛酸锂(Li4Ti5O12):负极使用钛酸锂,常见于便携工具,寿命长,充电快,虽然安全性突出但能量密度最低,也不适合车载。

锂电池在消费级电池领域处于一统江湖的地位。

宁德时代的钠离子电池,有什么突破?

钠的化学特性与锂极为接近,资源含量丰富,相比锂离子钠离子本身体积大得多,对结构稳定性以及动力学要求更高。

根据宁德时代研究院副院长黄起森博士的介绍,目前具有潜在商业化价值的正极材料有普鲁士白和层状氧化物两类材料,克容量达到160mAh/g,接近锂离子电池正极材料。

负极方面,由于钠离子无法像锂离子一样在石墨层间自由穿梭,宁德时代开发了独特的硬碳材料,克容量达350mAh/g以上,还具备优异的循环性能。整体性能指标与石墨相当。

宁德时代构建了高通量材料集成计算平台,在原子级别上对材料进行了模拟计算和设计仿真,对材料表面进行重新设计,解决了材料在循环过程中容量快速衰减的问题,使新材料具备了产业化的条件。

电解液方面,宁德时代开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系;制造工艺方面,可与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容,大大兼顾经济型。

综上,目前宁德时代第一代钠离子电池技术指标如下,首先是电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg,这个数据相比于主流锂电池还是较低的。

在常温下充电15分钟 电量就可以达到80%,具备了快充能力,这个快充是真的快,相比于我们目前习惯的1C左右倍率来说要提升许多。

零下20°C低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率,低温性能大幅提升。

系统集成效率方面,可达80%以上。

热稳定性,也就是安全性非常突出。

宁德时代还公布了AB电池解决方案,将钠离子电池与锂离子电池同时集成到一个电池系统里,通过均衡控制进而取长补短,既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能的优势。

通过一系列技术创新,下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg。

最后,根据宁德时代的预期,相关产业链部署会在2023年达到成熟条件,开辟新的商业化电池路线。

能替代锂电池吗

至少暂时是不行的。

由于新能源车发展势头实在太猛,过于旺盛的需求使得动力电池始终处于供不应求的状态,钠材料天然上就相比锂更富足、更经济,尤其是在中国两个资源的差距更加明显,我们中国人向来喜欢全盘包圆,不在关键领域被人卡脖子。

考虑到钠离子电池抗低温性能更佳,对于低温的敏感性大大降低,也能够提升动力电池在低温环境的性能表现,即便是其能量密度较低,也能够通过强悍的快充性能进行弥补。

但是其活泼金属的本质没有改变,安全性依然不能够绝对保证,三元锂电池经过这么多年的发展,种类丰富适应性极强,要知道刀片电池将磷酸铁锂电池能量密度推上160Wh/kg时,三元锂电池电池包能量密度早已经突破170Wh/kg,如今已经突破200Wh/kg,甚至接近300Wh/kg,在诸多维度钠离子电池还不具备大规模商业化替代的可能。

曾毓群博士已经告诉我们,钠离子电池将与锂离子电池共存发展,发挥其低温性能、快充性能,凸显环境适应能力;

纵然钠离子电池并没有在性能指标上达到一飞冲天的爆炸性突破,但是从其扎根中国动力电池发展现状而开辟出新的商业化电池路线,也能够体现出以宁德时代为代表的中国智造的高超智慧,待到2023年产业链初成,第二代钠离子电池完全有可能在成本、性能表现上逆袭磷酸铁锂电池,若再有3年、5年,又会是怎样的一番光景呢。

宁德时代带给我们的惊喜,恐怕才刚刚开始。

(皆电 宗泽)

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