鉅大LARGE | 點擊量：426次 | 2023年05月25日
鈉離子電池來了，電動汽車或?qū)⒆兂?白菜價"？
續(xù)航里程、充電效率、循環(huán)壽命、溫度敏感．．．甭管是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池,都逃不過這些痛點。同時,這也是卡住新能源汽車脖子的重要瓶頸。
七月二十九日,CATL正式公布第一代鈉離子電池,并公布詳細(xì)正極、負(fù)極、電解液的相關(guān)細(xì)節(jié)以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)。除此之外,CATL有關(guān)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化布局,關(guān)于上游材料供應(yīng)和下游消費市場預(yù)計也會出現(xiàn)深遠(yuǎn)影響。
今天,我們就來好好聊聊啥是鈉離子電池,它的出現(xiàn)又會對新能源汽車發(fā)展出現(xiàn)什么影響?
一切從元素周期表說起
任何高新技術(shù)的基礎(chǔ)都是材料特性的合理應(yīng)用,半導(dǎo)體(芯片)是這樣,電池也不例外。元素周期表上有數(shù)百種金屬/非金屬元素,什么能用來做化學(xué)電池已經(jīng)被前人測試過無數(shù)次,其中氫(燃料動力電池)、鋰(鋰電池)、鈉(鈉離子電池)脫穎而出,成為最有潛力的選擇。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而電池的本質(zhì)其實就是讓電子/離子規(guī)規(guī)矩矩的定向移動,電子的尺寸/質(zhì)量無限接近于零,不要給TA準(zhǔn)備工作所需的"辦公室",所以,離子大小/質(zhì)量就成了決定電池能量密度的最重要因素。就電池微觀結(jié)構(gòu)來看,作為11號元素的鈉(11個質(zhì)子/11個中子)在能量密度方面天生相比3號元素的鋰(3個質(zhì)子/3個中子)就沒有優(yōu)勢。
簡單點說就是,鈉離子們作為胖子要更大空間的"辦公室"進(jìn)行嵌入和脫出工作,這樣一來,相同的"辦公大樓"能入駐的員工就會比瘦子少一些。即,沒有那么多離子參和工作,所以容量小、功率低。
CATL第一代鈉離子電池能做到160kWh/kg單體能量密度,雖然還達(dá)不到大量使用鈷、鎳、錳稀有元素的三元鋰電池得高度,但已經(jīng)基本和磷酸鐵鋰電池持平,這無疑已經(jīng)相當(dāng)了不起。
達(dá)到這樣的能量密度是不是有些反直覺?這是因為影響電池容量的遠(yuǎn)不止胖子VS瘦子的關(guān)系。
限制電池能量密度的重要是正極材料,而CATL第一代鈉離子電池使用的是普魯士白、層狀氧化物,相比于使用磷酸鐵正極的刀片電池,這種正極材料塑造的"大房間"結(jié)構(gòu)更可靠耐用,且可以讓鈉離子這個胖子更靈活穿梭于電解液、正/負(fù)極。
你可以理解為,胖子們雖然占了更大"辦公室",但出勤率很高,而且房子壽命長,工作體驗好,離職率低,能使整個部門長久保持戰(zhàn)斗力。帶來的好處就是,鈉離子電池充放電效率更高,并且循環(huán)壽命更長。
和此同時,鑒于胖子比瘦子更耐寒的特點,鈉離子電池對環(huán)境溫度也不那么敏感。按照官方給出的數(shù)據(jù),第一代鈉離子電池在-20°的環(huán)境下依舊能保持90%的放電保持率,相比鋰電池更適用于高寒地區(qū)/高功率用車場景。
鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢
成本,一直是制約動力鋰電池發(fā)展得重要因素,在新能源汽車上電池?zé)o疑占了造車成本的大頭。而這種情況在鈉離子電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后會有顯著改善。
現(xiàn)役動力鋰電池所需的鋰元素,其在地殼中的含量約為0．0065%,其儲量在元素周期表中極為靠后,目前鋰礦輸出最多的是南美的智利,價格高,且供不應(yīng)求。光這一項就讓很多電池制造商受不了,更別提三元電池所需的鈷(0．001%),就更金貴了。
再看看鈉離子電池,鈉離子這玩意人我們天天接觸——食鹽(氯化鈉),元素在地殼中含量高達(dá)2．32%,排行老六。并且這玩意兒不是以礦石方式存在的,鹽湖中到處都是粗鹽,沒啥開采和提純難度。正是鈉元素"爛大街"的屬性,充分奠定了第一代鈉離子電池低成本的基礎(chǔ)。
材料方面,負(fù)極使用的是硬碳材料,其能量密度可以達(dá)到350mAh/g+,不是電池容量的瓶頸;特制的新型電解液重要都是技術(shù)工藝成本,也不會被上游的材料卡脖子。
除此之外,同樣是正極+負(fù)極+電解液的電池工藝,就電池制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備而言,鈉離子電池也能完全兼容現(xiàn)役的鋰電池的生產(chǎn)線。換句話說,從生產(chǎn)鋰電池到生產(chǎn)鈉離子電池不要針對設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的改裝就行,又少了"建廠"這項大開支。這和鈉氫作為員工的燃料動力電池有著本質(zhì)差異。
實際上,鈉離子電池和鋰電池都是同一種工作方式,本身就不是什么高新技術(shù),再加上從材料到工藝的低成本特性,一旦實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,就能最大限度發(fā)揮其電池本身的特性優(yōu)勢:穩(wěn)定可靠、安全性好、容量衰減小、充放電功率高。
鈉離子電池的應(yīng)用前景
當(dāng)然,我們還是要清醒認(rèn)識鈉離子電池的低能量密度特性,這玩意兒在高端純電汽車領(lǐng)域沒多大發(fā)展前景,畢竟,續(xù)航里程目前仍舊是新能源汽車的首要價值指標(biāo)。
未來的高端純電汽車重點還是要攻堅動力鋰電池儲能密度的問題,例如固態(tài)電池、超級電容等都是發(fā)展方向。
但在像五菱宏光MINIEV、奇瑞小螞蟻這樣的微型純電汽車上,鈉離子電池的應(yīng)用無疑會進(jìn)一步壓縮成本,其價格也有望進(jìn)一步下探。按照官方給出的數(shù)據(jù),下一代鈉離子電池的目標(biāo)是200kWh/kg+,且兼容大功率快充也會更容易,潛力還是很大的。
至于20萬左右的主流家用車市場,CATL準(zhǔn)備的是"混合電池"應(yīng)用方法。即,把三元鋰電池和鈉離子電池以固定比例進(jìn)行陣列化的組裝,在保證基礎(chǔ)電容量的同時,也能更好發(fā)揮鈉離子電池低溫環(huán)境大功率輸出,直流快充速度的優(yōu)勢。
直白點說就是,搭載這種混合電池的車子不會被電池組的輸出功率限制其性能,電機功率可以做到更大。就拿TSLA舉例,0-100km/h雖然很猛,但超過這個速度其加速能力相比大排量跑車就會明顯衰減,但使用復(fù)合電池組再配上更大功率的電機就可以很好改善這個問題。
而實際上,假如真的實現(xiàn)鈉離子電池的超強產(chǎn)量,使其成為白菜價,想必不光是新能源汽車會向CATL拋出橄欖枝,核電、風(fēng)電以及各種重工業(yè)耗電大戶都會朝聞風(fēng)而動。
原因很簡單,一天24小時的用電量存在峰谷電價之分。像核電、風(fēng)電這種24小時工作的產(chǎn)電大戶,就能在深夜這種用電低谷依舊能馬力全開,然后把電能通過低成本的電池陣列儲存起來,到了用電高峰再用。相應(yīng)的,廠也可以在深夜用更便宜的電價給電池充電,從而節(jié)約開支。
總結(jié)
從技術(shù)角度看,鈉離子電池算是鋰電池的一個補充,并不能徹底改變新能源汽車的發(fā)展方向,但對目前的市場格局會有一定沖擊。但更低成本的鈉離子電池?zé)o疑更加有規(guī)劃化、產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景,這對目前國內(nèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)深遠(yuǎn)影響。
試想一下,假如跟存大米相同,每個中小型廠有能力儲存一周的用電量,每個家庭有能力儲存半年的用電量,這會對人的生活方式帶來什么革命性變化?
