宁德时代“新秀”钠离子电池,技术路线及产业化分析!

时间2021-05-31


众所周知,目前全球电动汽车使用的主流电池仅有两种,一种是磷酸铁锂电池,另一种是三元锂电池,这两种电池是目前能量密度最高、性能最优秀、技术最成熟的电池。可是,磷酸铁锂和三元锂的地位有可能不保了。


近日,宁德时代董事长曾毓群在公司股东大会上透露,将于今年7月份左右发布钠电池。曾毓群表示,由于是新兴的电池技术,钠离子电池不是刚推出来就很便宜,因为目前的供应链规模还很小,不够成熟,钠离子电池可能比锂离子电池贵一些。


去年比亚迪刚推出了磷酸铁锂刀片电池,特斯拉也推出了一款全新的4680无极耳电池,刚刚广汽埃安又推出了弹匣电池,给宁德时代增加了不少压力。可谓风水轮流转,如今宁德时代即将推出钠离子电池,比亚迪、特斯拉和广汽埃安推出的两款电池会不会面临压力?而风口浪尖上的钠离子电池又是什么来头呢?

图片



什么是钠离子电池?


钠离子电池即将普通的锂离子电池中的锂离子换成了钠离子,其工作原理也与锂离子电池类似,就是通过钠离子在电极之间移动来实现放电过程。与锂离子电池的不同之处在于,锂离子电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现放电过程,而钠离子电池是通过钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现放电。


图片

▲钠离子电池产业链


钠离子电池优势


相比锂离子电池而言,钠离子电池最大的优势还是在成本以及充电时间上优势明显。物以稀为贵,锂离子电池之所以原材料成本高主要还是锂元素太过稀有,锂在地壳中的含量仅为0.0065%,而钠在地壳中的含量高达2.64%,在我们的日常生活中,钠离子也是非常常见,我们常见的食盐就是氯化钠。所以,钠离子电池在成本上远低于锂离子电池。


除此之外,在充电时间上,钠离子电池也有着明显的优势。现在市面上常见的三元锂电池即便是在直流快充的加持下,将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间,磷酸铁锂电池则充电时间则更长,要45分钟左右。而钠离子电池的充电时间只需要10分钟,彻底解决了电动车充电时间过长的问题。


但即便是看似完美的钠离子电池也有着很大短板,那就是能量密度低。目前钠离子电池的平均能量密度在90-150Wh/kg,相比锂电池的250Wh/kg有着很大差距,能量密度低也就意味着续航里程不足。但也正是钠离子电池能量密度低,相比三元锂电池来说有着更高的安全性。



钠离子电池技术路线及产业化情况


严格上来讲钠离子电池并非新技术,早在上世纪70年代就有钠离子电池的研究,我国在2017年就已经将钠离子电池投入到5G基站领域和低速车的实际应用中。目前,部分钠离子电池体的产品处于产业化前期,但产品性能、成本控制以及适配应用场景有待进一步检验。


国内外有近二十家企业对钠离子电池进行产业化相关布局,主要包括英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、美国Aquion Energy公司、法国NAIADES计划团体、日本岸田化学、松下、三菱以及我国的中科海钠、钠创新能源、星空钠电等公司。其中欧洲因其锂、钴等重要锂电上游资源缺乏,相对重视钠离子电池的发展。各国产业化的钠离子电池体系存在较大差异,目前无相对明确清晰的路线:


电池体系主要包括水系电池和有机体系电池;
正极材料主要包括层状铜铁锰和镍铁锰三元氧化物材料、聚阴离子型化合物氟磷酸钒钠和普鲁士蓝类材料等;
负极材料体系主要包括软碳、硬碳以及软硬复合无定形碳等;
电解液体系主要包括有机溶剂电解液和凝胶聚合物电解液。


各路线主要针对锂离子电池成本和安全性两大痛点问题谋求差异化发展,产业化产品参数、优势以及不足如下图:


图片



钠离子电池应用场景


由于体系能量密度低,在安全性上较同类别的锂离子电池体系具备一定优势,在以下对电池能量密度需求小的场景中具备应用潜力:

5.1 分布式电网储能

针对西藏、青海、新疆等人口密度低、地质环境差的地区,建设电网难度大、成本高,以储能电池搭配可再生能源发电的方式,是解决当地用电需求的理想解决方案。同时对于东南亚、非洲等电网基础设施差的区域,该解决方案具备海外市场需求。

5.2 工程机械/低速类电源

对于叉车等工程机械设备,电动化是必然发展趋势。现阶段电动工程机械以铅酸电池为主,锂离子电池为辅。对于电动工程机械,由于需要配重,对能量密度需求较小,同时钠离子电池相较于铅酸电池具备锂离子电池相当的快充和低温性能,可扩展电动机械的应用场景,具备应用潜力。


5.3 通信基站、监控摄像头等固定设施电源


现阶段该类设施电源以铁锂电池和铅酸电池应用为主,钠离子电池将提供更多的选择空间。


小结


钠离子电池体系路线多样,目前尚无统一的标准体系及第三方检测认证机构,性能参数需要具体甄别判断。安全性和低成本是技术路线选择的核心指标,安全性方面需要规避各类电极材料或反应机理涉及钠单质或金属的技术路线,低成本方面不能仅参考BOM成本,需要根据实际生产成本分析核算技术路线未来的降本空间。具体有待进一步观察。