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“金屬鈉漂浮在水面上，不規則地四處游動，很快熔成閃亮的小球，同時發出嘶嘶的響聲。”提起鈉離子，你會不會想起初中化學實驗課上的這一幕。 老師會告訴你，鈉離子是鹽的組成元素之一，它影響著人體新陳代謝，維持水分分布與酸堿平衡。 如今，鈉離子又被賦予解決人類能源焦慮的“使命”——7月29日，寧德時代正式發布了第一代鈉離子電池，將其視為能源清潔化和交通電動化的全新解決方案，為推動“碳中和”目標的實現邁出了全新的一步。 隨著“鈉離子”風暴的席卷而來，這會是“碳中和”風口下的一大創舉，就此改變動力電池產業格局？還是說，這僅僅是一個迷人耳目的噱頭？ 一切都要從頭說起。 電池屆的“六邊形”戰士來了？ 打開元素周期表，你會發現“鋰”和“鈉”緊挨著同列分布，這意味著它們具有相似的化學特性，屬同一主族，最外層電子數相同，可以說是一對“兄弟”。 1870年，法國作家儒勒·凡爾納所著的知名科幻小說《海底兩萬里》中，鈉電池就已經作為一個概念由凡爾納首次提出。 在新能源汽車動力電池中，以鋰電池為主的二次電池既是主流也是標配。既然鋰元素可以通過在正負極之間嵌入、脫出實現電荷轉移從而產生能量，那么鈉元素同樣也可以。 這點很早就有人想到過，只是鈉離子體積較大，鈉離子半徑比鋰離子大70%，在材料結構穩定性和動力學性能方面要求更嚴苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。 此次寧德時代發布的第一代鈉離子電池，宣告通過鋰鈉混搭電池包的結構創新方式，將其應用在新能源汽車上，打破了業內此前對鈉離子電池不適合應用在電動汽車上的認知。 根據寧德時代發布的數據，第一代鈉離子電池電芯單體能量密度可達160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上；在-20°C低溫環境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統集成效率可達80%以上；熱穩定性遠超國家強標的安全要求。 事實上，寧德時代能夠讓鈉離子電池突破大規模商業化應用的瓶頸，存在各種創新。 據寧德時代研究院副院長黃起森介紹，在正極材料方面，寧德時代目前選擇具有潛在商業化價值的有普魯士白和層狀氧化物兩類材料。它們的克容量已經達到了160mAh/g，與現有的鋰離子電池正極材料相當。 而且，寧德時代對這一材料的體相結構進行電荷重排，對材料表面進行重新設計，解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題，讓創新材料具備了產業化的條件。 在負極材料方面，由于鈉離子無法像鋰離子一樣在石墨層間自由的穿梭，寧德時代開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料，這種硬碳材料克容量可達350mAh/g以上，還具備優異的循環性能。使整體性能指標與現有的石墨相當。 在電解液方面，寧德時代還開發了適配這樣的正極負極材料的新型獨特電解液體系。 電池系統集成方面也在創新。寧德時代開發了AB電池解決方案。可以實現鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用，通過BMS的精準算法進行均衡控制。 在黃起森看來，這樣一來可以實現取長補短，既彌補了鈉離子電池在現階段的能量密度短板，也發揮出了它高功率、低溫性能的優勢。 比如磷酸鐵鋰電池害怕低溫，低于零下5℃時充電效率低，不適用于我國北方場景；而三元鋰電池雖不懼低溫，但在高溫下穩定性不足。所以在內部短路、電池外殼損壞的情況下，很容易引發燃燒和爆炸事故。 按照寧德時代在發布會上的說法，第一代鈉離子電池基于材料體系等一系列突破，已經具備高能量密度、高倍率充電、優異的熱穩定性、良好的低溫性能與高集成效率等優勢。 這儼然就是電池屆的馬龍（中國男子乒乓球選手）——“六邊形”戰士。 多元化技術路線攻克“卡脖子”難題 但外界還是難免好奇，寧德時代作為全球鋰電池制造巨頭，為什么要將目光轉向鈉離子電池？ 其實仔細觀察，寧德時代此舉與國家政策的指導方向一致。 7月23日，國家發展改革委、國家能源局發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，其中既提到，將推動鋰離子電池等相對成熟的新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用。值得注意的是，其還表示將開展鈉離子電池技術的規模化應用示范。 在全球的能源焦慮之中，鋰電池作為未來的“白色石油”，其應用不僅在動力電池領域，對國家來說是一種戰略資源。 據SNE Research預測，截止至2023年，全球電動汽車對動力電池的需求達406GWh，而動力電池供應預計為335 GWh，動力電池缺口約為18%。預測到2025年，缺口將進一步擴大到40%左右。 而這其中，鋰離子電池原料的短缺，便是缺口不斷擴大的“卡脖子”風險。 地殼中，鋰的儲量為0.0065%，且分布極不均勻。中國也有鋰礦，但僅占全球儲量不足6%，由于需求量太大，目前有約80%鋰資源需要依賴進口。 NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）作為目前主流的鋰離子電池正極材料，國內對鎳、鈷兩種元素的需求，也與鋰礦類似。 中國鎳礦進口依賴程度超過80%，主要從印尼、菲律賓進口。而鈷礦資源分布同樣不均，約一半集中在剛果（金）。 鋰電池制造原料的稀缺，以及本身分布的不均，都讓尋找多元化技術方案成為必走之路。近10年來，鈉離子電池技術的進步，讓寧德時代打開另一個更為豐富的儲能空間，用多元化技術路線攻克那些卡脖子的資源難題，從而保障國家能源安全。 “氯化鈉炒不起來，（因為）鹽很多”。寧德時代董事長曾毓群這樣表示。確實，我們的地表鈉含量達到2.75%，而且含鈉的化學物容易開采品位高，更重要的是分布極為廣泛。 同時，鈉每公斤的價格僅為2元，而鋰則高達150元。據測算，鈉離子電池的BOM成本比鋰離子電池也可降低30%-40%。 也有人提出，電池的化學體系已很難創新，只能在物理結構上做些改進。鈉離子電池其實并非那么完美，相較于以上兩類鋰電池，能量密度還是略遜一籌。 比如，磷酸鐵鋰電池能達到180Wh/kg左右，而鈉電池能量密度目前的技術普遍在90-140Wh/kg之間，僅優于鉛酸電池。 然而，技術永遠在發展。鋰電池也是通過不斷更新換代、技術日趨成熟才達到今日的能量密度。 要知道，第一代鋰電池能量密度剛剛過百，而近十年來隨著規模化商用，其能量密度提升了三倍，這才讓人們有了關于“電氣化”時代的展望。 寧德時代第一代鈉離子電池單體能量密度達到了160Wh/kg，接近磷酸鐵鋰的水準，與三元鋰電池尚有差距。 但曾毓群表示，“電化學的世界，就像能量魔方，未知遠遠大于已知，我們樂此不疲地探索著其中的奧秘。”基于此，他提出下一代鈉離子電池能量密度研發目標是200Wh/kg以上。同時他在發布會上介紹道，“我們有超過5000名的研發人員聚精會神地在搞科研。” 萬億市值之上還有萬億市場需求 而第一代納離子電池作為年輕科學家們最新的研究成果，又是一次展示和試煉。 在發布會上，寧德時代研究院副院長黃起森介紹，制造工藝方面，鈉離子電池可以實現與鋰離子電池生產設備、工藝的完美兼容，產線可進行快速切換，完成產能快速布局。 寧德時代研究院副院長黃起森博士 目前，寧德時代已啟動鈉離子電池產業化布局，2023年將形成基本產業鏈。 “奇妙的電化學世界為能量的使用帶來了無限的可能，微觀世界的探索和突破會推動宏觀世界的發展和進步。”黃起森說道。 從宏觀世界來看；2020年，全球新能源汽車銷量達324萬輛，多家分析機構認為，截至2025年，這個數字會增長到1600萬輛。 隨著全球多家車企在今年宣布禁售燃油車時間表，“電氣化”時代帶來的動力電池市場的爆發，已經無人質疑。 作為全球鋰電池領域的巨頭，創下萬億市值神話的寧德時代，動力電池業務仍是營收的基本盤。據寧德時代2020年年報顯示，動力電池銷售業務為寧德時代貢獻了78.35%的營收。 但他們沒有滿足。2020年末，寧德時代董事長曾毓群提出了三大戰略方向，其中“以可再生能源和儲能為核心的固定式化石能源替代”將寧德時代的定位從汽車供應商變成了能源公司。 放眼國際，LG算得上是寧德時代未來幾年的一個對手。以LG化學為代表的日韓頭部電池企業，都在多元化的技術路線上不斷發力渴望突破。在未來，也許我們會看到一場“鈉鋰之爭”，競爭勢必會催生科技更強勢的前進，這對于消費者而言無疑是個利好，而寧德時代搶先一步發布鈉離子電池，已經在這場世界級的能源技術大戰中拔得頭籌，獲取了下一步競爭的有力武器。 這也正符合曾毓群的遠大設想，“碳中和”催生了萬億瓦時級的電池需求，推動了新能源產業蓬勃發展，新的應用場景不斷產生，給了不同技術施展的舞臺。多元化的技術路線，也將助力產業長期穩定發展。 由此可見，此次寧德時代發布鈉離子電池，預示著這也許這會是劃時代的一步，對于勇敢的開拓者而言，一個小小的鈉元素儼然成為一把鑰匙，即將啟動能源的魔方。 來源：澎湃新聞 |
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