风口上的钠离子电池 能否再造一个宁德时代?

2021-08-02

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行业观察|风口上的钠离子电池,能否再造一个宁德时代(550.400, -6.40, -1.15%)?

电化学的世界就像能量魔方,未知远远大于已知

宁德时代第一代钠离子电池

文|李阳

国内最大的新能源科技公司宁德时代(330750.SZ)进入2.0时代。

7月29日下午,在宁德时代首场线上发布会上,董事长曾毓群发布了第一代钠离子电池。与此同时,宁德时代的市场定位也发生了历史性的转变,在宁德时代的最新简介中,“锂离子电池研发制造公司”的身份,正式变成了“新能源创新科技公司”。

曾毓群认为,“碳中和”催生了万亿瓦时级的电池需求,新的应用场景不断产生,给了不同技术施展的舞台,多元化的技术路线将是未来电池行业的主旋律。

按照宁德时代规划,完整的钠离子电池产线将在2023年前建成投产,第一代钠离子电池单体能量密度为160瓦时每千克;第二代钠离子电池能量密度可攀升至200瓦时每千克。同时,钠/锂离子电池的混合电池包也将面向商业化,满足更丰富的市场需求。

钠离子电池究竟是什么?

横空出世的钠离子电池,看似迷雾重重,其实称不上新技术,理解钠离子电池,完全可以用套用理解锂离子电池的方式。

钠离子原理

在化学元素周期表上,钠和锂的位置极其接近,这也意味着两者有非常相似的化学性质。事实上,钠离子电池的工作方式与锂离子电池高度相似,都是通过金属离子在正负极之间嵌入、脱出来实现电荷转移。因此,钠离子电池的组成,也同样由正极、负极、隔膜、电解液四大原材构成。

不同的是,钠离子电位比锂离子高,且在体积上较锂离子更大,这意味着钠离子电池在材料结构稳定性和动力学性能上要求更为严苛。简单来讲,即是钠离子电池在能量密度和循环寿命上不如锂电池,这也使得锂离子电池在全球风生水起时,几乎同步开始研发的钠离子电池却始终无法商业化。

尽管有着世界性的技术难题,但钠电池的优点也十分明显,相较于稀缺且昂贵的锂元素,钠在自然界随处可见,在全球能源变革下,钠离子电池极具潜力,同时,钠离子电池低温性能出色,有着更为广阔的使用范围。

寻找打破短板的材料体系,是所有钠离子电池研究者的主攻方向。宁德时代也正是在材料体系上率先取得重要突破,才使得钠离子电池从实验室走向生产线。

宁德时代研发的第一代钠离子电池电芯单体能量密度达160瓦时每千克;常温充电15分钟,电量可充至80%以上,更为重要的是,在零下20摄氏度的低温环境中,仍拥有90%以上的放电保持率。

AB电池

与此同时,宁德时代还在电池系统上,独创AB电池包模式,即电池包中即含有钠离子电池,又含有锂离子电池,这对BMS系统(电池管理系统)提出了极高的要求。但效果也十分显著,平衡了钠离子电池和锂离子电池优缺点的新型电池,不再有明显短板,可以满足更多远的市场需求。

宁德时代预计,在2023年前,钠离子电池将基本形成完整产业链,正式成为多元能源体系中的一部分。

风口上的核心技术

有着显著优缺点的钠离子电池,其应用场景也十分明确,单体能量密度为160瓦时每千克的第一代钠离子电池,将主要应用在储能、两轮电动车和微型电动车上;能量密度攀升至200瓦时每千克的第二代钠离子电池,进一步提升市场竞争力,磷酸铁锂、三元锂等电池形成多元互补。

硬碳

而且由于成本和低温性能,钠离子在储能领域的有着充分的市场竞争力,而储能正是碳达峰、碳中和目标下,最耀眼的产业风口之一,储能之对于清洁能源的意义,如同湖泊之于江河。据测算,到2030年中国大部分地区光储结合可实现平价,储能市场空间可达1.2万亿以上。

储能的风口毋庸置疑,但目前行业的储能的手段却并不如意,安全、长寿、低价、大规模的储能技术仍然不及预期,仅仅依靠锂离子电池,无法满足快速扩张的储能市场。

历史也证明,大多数情况下,产业只有形成多层次、多类型、多元化的模式,才具备可持续发展的市场逻辑。对于单一又巨大的电池市场,钠离子电池的技术突破正当其时。

7月15日,国家发改委、能源局联合发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中也指出了多元技术发展的必要性:“新型储能是支撑新型电力系系统等重要技术和基础装备,在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用,要加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范。”

国家层面对钠离子电池的扶持,也从另一角度论证了钠离子电池,在风口之上的无限想象空间。

能否再造一个宁德时代?

毫无疑问,钠离子电池有着广阔的应用前景,但就现阶段而言,还称不上完全成熟的产品,由于全新的正负极材料,目前市场上,还没有形成完整的钠离子电池产业链,要在两年内,从无到有建立起完备的上下游产业链并非易事。

产线兼容及产业链规划

庆幸的是,由于钠离子电池和锂离子电池的相似性,除正负极外,电解液与锂电相似度较高,隔膜更是可以直接实现兼容;生产工艺上也几乎是无缝衔接,可直接使用锂离子电池生产设备。这意味着,钠离子电池的产业化可直接复制甚至嫁接成熟的锂电池工业化体系。

据彭博新能源财经近日发布的《新能源展望》年度报告,预计2030年交通和储能对锂离子电池的需求将激增至5.9太瓦时(1太瓦时等于10亿千瓦时),而整个2020年,锂离子电池产量只有0.1太瓦时的量级,这意味着未来十年,电池产业链将有60倍的增量。

60倍增量中,会有有多少属于钠离子电池?这是一个充满诱惑的问题。尽管目前的钠离子电池在产业成熟度和性能上还与锂电有着一定差距,但技术向来充满奇迹。

锂电池在1991年被商业化的时候,谁能想象短短三十年,锂电池应用场景已经从最初的手机、电脑到现在的无人机、汽车、轮船等等,上天入地无所不在。而近十年,在旺盛市场需求下,锂电池能量密度提升了3倍,成本下降了80%,循环寿命达到了16年。

曾毓群在发布会上表示,“电化学的世界就像能量魔方,未知远远大于已知,我们将乐此不疲的探索其中的奥秘。”

技术的创造力远超想象。相较最初能量密度仅为100瓦时每千克的锂电池,钠离子电池无疑是站在更高的起点上。再造一个宁德时代,也不是完全没可能。

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责任编辑:陈志杰

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