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宁德时代发布第一代钠离子电池
来源: 网络 ·  编辑: 李小孟 ·  2021-07-31

7月29日下午,宁德时代以在线形式发布了公司的第一代钠离子电池产品。早在两个月前,宁德时代董事长曾毓群就对外预告称,该公司的钠离子电池技术已经成熟,将在7月前后正式发布。

 

钠离子电池商业化前景逐渐清晰

 

在这场发布会召开之前,锂离子电池一直是宁德时代的主打产品。宁德时代也是该领域的行业龙头,过去四年,这家公司动力锂电池的使用量均排名全球首位。

 

自上世纪90年代开启商业化进程后,锂离子电池已成为占主导地位的电池技术,并派生出磷酸铁锂和三元锂电池两大技术路线。磷酸铁锂在安全性和成本方面更有优势,不过其能量密度低于三元锂电池。

 

宁德时代发布第一代钠离子电池

当天的产品发布会上,曾毓群明确点出了宁德时代此次推出钠离子电池的一个重要原因:多元化的技术路线将是电池产业长期稳定发展的重要保障。

 

他在去年底的高工锂电年会上也曾表态称,磷酸铁锂和三元锂电池是1 TWh时代的基础材料,但是未来可能会有一些新的材料,宁德时代希望避开贵金属,走出一条性价比更高的电池技术路线。曾毓群引述SNE等机构的预测称,到2025年,锂电池的出货量就将超过1 TWh,完成从GWh到TWh的跳跃。

 

而钠离子电池则是高性价比技术路线的一个重要选项。钠离子电池与锂离子电池的原理类似,依靠钠离子在正极与负极之间可逆地迁移,实现电池的充放电。两者的重要差别,在于锂资源和纳资源的可及性截然不同。

 

相比于锂,地球上钠资源的储量要丰富得多。公开资料显示,钠资源在地壳元素含量中排名第六,在地壳中的平均含量是锂资源400多倍。

 

钠资源分布均匀且价格低廉,而锂资源则主要集中于南美洲,存在着在资源端被卡脖子的风险。在全球加速新能源转型的背景下,这种潜在风险正逐渐凸显。

 

根据彭博新能源财经今年6月的预测,电池级锂化学品需求将在2025年达到64万公吨碳酸锂当量,在2030年则进一步攀升至150万公吨碳酸锂当量。该机构统计称,截至今年4月,全球碳酸锂的平均价格相较2020年上涨了约38%,已超过7万元。

 

中金公司发布的研报指出,发展钠离子电池,有助于缓解中国锂资源80%依靠依赖进口的窘境,维护供应链安全,同时也将延缓锂离子电池原材料上涨带来的价格提升。

 

虽然在资源的可及性方面占据优势,但钠离子电池由于存在能量密度等方面的短板,此前并未大规模商业化应用。

 

随着近年来对钠离子电池的研究逐步加深,其商业化的前景变得逐渐清晰,全球目前已有超过20多家企业从事钠离子电池的研发和产业化。在宁德时代正式发布钠离子电池后,这家公司成为了该领域最为重磅的新玩家。

 

根据宁德时代发布的数据,公司第一代钠离子电池的电芯单体能量密度达到160Wh/kg,为目前全球的最高水平。

 

在宁德时代研究院副院长黄起森看来,尽管第一代钠离子电池的能量密度略低于目前的磷酸铁锂电池,但是在低温性能和快充方面具有明显的优势。他介绍称,在常温下充电15分钟,钠离子电池的电量就可以达到80%。而在零下20°C低温的环境下,它仍然有着90%以上的放电保持率。

 

这得益于宁德时代过往数年在钠离子电池正极材料、负极材料和电解液方面所进行的探索。

 

在第一代钠离子电池中,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料作为正极材料,与现有的锂离子电池正极材料相当。同时,也对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。而在负极材料方面,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。

 

宁德时代发布第一代钠离子电池

在黄起森看来,如同锂离子电池商业化起步的上世纪90年代,钠离子电池也将逐渐开辟出一条新的商业化电池路线。

 

2023年形成钠离子电池产业链

 

国金证券新能源与电力设备首席分析师姚遥认为,凭借低成本和宽工作温度等优势,宁德时代钠离子电池未来最为核心的应用场景,或许将是对能量密度相对要求不高的储能领域。

 

此前的7月15日,国家发改委、国家能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,首次提出加快钠离子电池等技术开展储能领域的规模化试验示范。

 

此前已推出钠离子电池的企业,也在近年开始试点钠离子电池储能电站的运营。今年6月,由中科海钠和华阳集团合作建设的1 MWh钠离子电池储能系统已在山西太原投用。

 

除了储能领域外,宁德时代也希望赋予钠离子电池新应用场景的想象空间。该公司称,钠离子电池将为能源清洁化和交通电动化提供全新解决方案。

 

在钠离子电池发布会上,宁德时代同时发布了一套名为锂钠混搭电池包的解决方案,它将钠离子电池与锂离子电池同时集成于同一个电池系统中,实现两种电池的集成混合共用。

 

这样做的目的,在于弥补钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出其高功率、低温性能的优势,从而适配更多的应用场景。姚遥评价称,通过两种电池混搭串并联及BMS(电池管理系统)辅助,使得钠离子电池可以直接适配现有动力电池体系,从而提升新能源车的性能。

 

根据中金公司的上述研报,预计到2025年,钠离子电池的潜在市场空间将超过90 GWh,其应用领域涵盖储能、电动两轮车和微型新能源车等不同场景。

 

尽管在技术层面已经有所突破,但钠离子电池是否能与锂离子电池并驾齐驱,形成“锂钠双雄”的格局,还取决于其产业化进程是否顺利。

 

宁德时代透露,公司目前已启动钠离子电池产业化布局,计划在2023年形成基本的产业链。

 

根据宁德时代披露的信息,在制造层面,钠离子电池可以与目前的锂离子电池的生产设备、工艺相兼容,进行产线的快速切换。东吴证券的研报认为,这将有助于电池厂商完成产能快速布局,切换成本较小,易于钠离子电池未来的大规模推广。

 

而宁德时代在锂离子电池领域所积累的供应链能力,也将为钠离子电池未来快速降低成本添加砝码。根据行业内的估算,就材料成本而言,相较于磷酸铁锂电池,钠离子电池的成本有望降低约三成。这家电池行业的龙头也表示,欢迎相关研究机构、上游材料供应商和下游电池应用端一起参与,共同加速钠离子电池产业链的发展。

 

对于拥有超过5000名研发人员的宁德时代而言,挖掘钠离子电池的技术潜力,将是未来的另一项重要课题。按照公司所发布的规划,下一代钠离子电池能量密度研发目标为200Wh/kg以上,将超越磷酸铁锂电池的现有水平,并接近三元锂电池。

 

正如曾毓群在发布会上所说,有人在议论,电池的化学体系已经很难创新了,只能在物理结构上做些改进,但我们认为,电化学的世界就像能量魔方,未知远远大于已知,我们将乐此不疲地探索其中的奥秘。

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