寧德時代搞了個鈉電池 讓人感覺電動車的價還要降
前幾天,寧德時代搞了個《鈉離子電池發佈會》,發佈會總共就 10 分鐘。 除去創始人兼香港首富曾毓群的五分鐘開頭介紹以外,說鈉離子電池本身也就 5 分鐘。 但就這 5 分鐘的乾貨,讓寧德時代在動力電池領域里扔了一顆重磅炸彈。
你平時在市面上看到的所有能充電的設備,幾乎裝的都是鋰離子電池。
而作為鋰離子電池的孿生兄弟,鈉離子電池就顯得低調很多。
這對孿生兄弟都是在 1980 年左右進入大眾的視野,並且它兩的工作原理和儲能機理都很相似。
在元素週期表裡,鈉元素和鋰元素也處於同一族中,還位置相鄰。
但為什麼鈉離子電池卻總被大家忽視呢?
歸根結底一點,在電池領域里,鈉元素的自身素質還不過關。
我們都知道電池的工作原理,起作用大的幾個關鍵大哥分別是正極、負極、電解液,離子在正負極之間的移動從而實現電池的充放電。
鈉元素離子半徑比鋰元素大不少,這使得 ” 鈉胖子 ” 在電池里跑的賊慢。
而且現有的電池負極材料幾乎都是石墨,鈉離子自身過胖沒辦法穿過石墨。
反觀金屬鋰呢,它的理論比容量大概是金屬鈉的三倍還要多,並且鋰元素的相對原子品質比鈉也要小很多。
光是這三點,就直接導致鈉離子電池的單體能量密度會明顯低於鋰離子電池。
看了前幾天發的比亞迪那篇文章你應該就知道,能量密度直接決定了一輛車的續航。
但是 ” 鈉胖子 ” 就一無是處嗎?
也不是,首先鈉的儲備量相當豐富,其次它對溫度不敏感,不像鋰離子電池那樣一點熱一點冷都受不了。
老實說,單憑溫度和儲量豐富這兩點優勢,鈉離子還是值得搶救一波。
所以,寧德時代換了個角度去開發鈉離子電池,既然讓你瘦不下去,那我就把電池正負極的門給你開大一點,這樣鈉離子就可以住在裡面( 儲能 )並且在正負極之間自由穿行了( 充放電 )。
現有的研究中,鈉離子電池正極一般是用普魯士白和層狀氧化物兩類材料,它們導電率好、結構穩定,說白了就是能讓鈉離子輕鬆住進去再走出來。
但他們也有不足,那就是在迴圈過程中電池容量會快速衰減,簡單來說就是在充放電的過程中正極材料很容易受損。
而寧德時代在這兩類材料的基礎上,對材料表面進行重新設計,讓新型材料變得更耐用。
負極呢,寧德時代選擇了具備獨特空隙結構的硬碳材料,同樣可以讓大量的鈉離子快速通過和存儲。
又與之相應的開發了和這種正負極材料相適配的電解液,並且生產鋰離子電池的生產線也可以用來生產鈉離子電池,這成本也算就打下來了。
這樣,為鈉離子專門建立的 「 電池房 」 就已經準備好了,「 鈉胖子 」 這波表現又如何呢?
首先在電芯單體能量密度方面,寧德時代的鈉離子電池的能量密度已經達到了 160 Wh/kg,是目前所有鈉離子電池中的最高水準,略低於當前的磷酸鐵鋰電池( 150-210Wh/kg )。
當然寧德時代還在持續不斷的創新中,下一代鈉離子電池能量密度將突破 200Wh/kg。
其次由於鈉離子電池的內阻小,常溫充電 15 分鐘,鈉離子電池的電量就可以達到80%。 鋰離子電池想快充就別想了,溫度一高就不行了,像極了某果的 MagSafe。
由於鈉離子本身對溫度不敏感的特性,在零下 20°C 低溫的環境下,仍然有 90% 以上的放電保持率,也不會像鋰離子電池那樣動不動就自燃爆炸。
你以為這就結束了嗎? NO,這才講完5分鐘乾貨里的 3 分鐘。
寧德時代這次還來了波雙線操作,弄了個AB電池解決方案,啥意思呢?
就是一個電池包裡,即有鋰離子電池模組也有鈉離子電池模組,將兩種電池按一定的比例和排列進行混搭,串聯、並聯集成,通過 BMS( 電池熱管理系統 )的精準演算法進行不同電池體系的均衡控制,優勢互補。
彌補了鈉離子電池現階段能量密度低的短板,但發揮出了它快充、低溫等性能。
這波 ” 兄弟齊心,其利斷金 ” 的道理算是被寧德時代玩明白了
看完這些,有的小夥伴可能會問:
我三元鋰電池的能量密度基本在150-350Wh/kg,比鈉離子電池高的不是一星半點。
而且現在三元鋰電池用著挺好,何必費這麼大勁換個更弱雞的呢?
這話你可能只說對了一半。
因為鋰元素目前已經開始全球缺貨了,不只是中國,據美國銀行全球研究部的一份報告,鋰離子電池最早將在 2025 年斷供。
鋰元素的儲量本來就不多,地殼中鋰元素豐度僅有0.002%,根據美國地質調查局2018年的最新報告顯示,全球鋰資源儲量約5300萬 t,其中阿根廷18.5%,玻利維亞17.0%,智利15.8%,中國13.2%,美國12.8%,澳大利亞9.4%。
看上去是不是感覺還行,我們鋰資源儲量排名第四呢。
然而這些鋰資源,大都分佈在四川西部、西藏鹽湖、青海柴達木盆地,而且鎂鋰資源都是混在一起,分離難度大,開採難度大,運輸難度大,所以僅有極少的鋰資源是自己開採。
我們80%的鋰資源供應依賴進口,是全球鋰資源第一進口國。
所以尋找鋰離子電池的替代或備選儲能技術,這事耽擱不了。
並且除了鋰資源,和鋰離子電池息息相關的鈷礦、鎳礦資源也多集中在海外,並且被頭部礦業集團壟斷,原材料的價格也一直在漲。
為了緩解 「電池荒 」 ,許多動力電池產業都在擴產,寧德時代目前也在擴大產能,短則 2-3 年,長則 3-5 年。
除了鋰資源匱乏以外,必須著手研發鈉離子電池的另外一個原因,就是鋰離子電池的研發目前有點難產。
比如特斯拉的 46800 電池(電芯本體直徑 46mm,高 80mm),相較於目前在用的 18650 和21700 變得更胖更大。
說 46800 大家估計沒印象,但是你們還記得去年 9 月特斯拉搞的電池日嗎?
46800 就是電池日上的那個新款新型電池,它採用了無極耳設計,它通過在 「 無極耳 」 電極的一端塗覆導電材料,使它直接與殼體或者專門設計的蓋板進行連接,電流直接在電極集流體、蓋板、殼體之間傳導。
說白了,就是可以減小電池內阻,能快充,更穩定,不怕熱。
46800 的負極材料用了矽,因為矽儲量豐富價格便宜,正極是無鈷高鎳材料,並且採取和刀片電池異曲同工之妙的無模組化設計。
還採用了新的幹法電極工藝,能最大的簡化製造流程,每 Gwh 產能投資降低 75%,一條組裝線能做到 20Gwh,單線產出提升 7 倍,到了實現 2022 年 100Gwh 和 2030 年 3Twh 的產能。
然而夢想總是美好的,馬斯克在最近的採訪中說到,這款電池目前只有 90% 的工藝進展順利,並且僅能小規模有限的生產。
鑒於這哥們之前說過 ” 產能爬升期難以保證品質 「 的話,我還是希望他完全搞好再量產吧。
所以,無論是從企業自身或者能源戰略的角度出發,發展鈉離子電池都是至關重要的一步。
在國內,除了寧德時代,中科院物理研究所旗下的中科海鈉也早在 2017 年就投入到了鈉離子電池的研發當中,覆蓋電極材料、電解液、電池製造、成組測試、測試線建設和運行等整個鈉離子電池開發與應用週期。
而且在今年的 6 月 28 日,中科海納搞的全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲充智慧微網系統在山西太原綜改區正式投入運行,可以為5G基站、大型數據中心、市政用電等做好堅實的儲備。
除了中國,全球從事鈉離子電池工程化的公司有 20 多家,包括松下、豐田、LG等巨頭公司。
所以說,世界能源的格局已經在關鍵技術的引導之下發生變化,掌握鈉離子電池的產業化應用技術,也就掌握了在能源技術領域的主導權。
中國在新能源汽車領域一直是一個領跑者的角色,就像參加公路自行車競賽的一個團體,沖在第一位的領航員永遠是最累的,不僅自身技術要過硬,也要時刻準備帶領隊友們破風前行。
相較於其它國家,我們有眾志成城辦大事的能力,也有責任去推進鈉離子電池技術的快速進步與創新,同時引領世界各國突破動力電池行業發展的瓶頸和難題。
或許這就是 ” 能力越大,責任越大 “的大國風範。