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锂电池和钠离子电池并肩作战

2021-08-02 15:33
电池中国网
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撰稿丨采编部

或许,要干掉化石能源这个“碳中和”的“敌人”,仅仅靠锂离子电池还是远远不够的,如今锂电池的“战友”——钠离子电池,正迅速加入队列。

7月29日,宁德时代发布了公司第一代钠离子电池。宁德时代董事长曾毓群认为,“碳中和”催生了万亿瓦时级的电池需求,推动了新能源产业蓬勃发展,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,也将助力产业长期稳定发展。

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钠的“战斗力”

从钠离子电池的“战斗力”上来看,宁德时代给出的数据是:电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。

在正极材料方面,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。在负极材料方面,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。

据介绍,宁德时代构建了高通量材料集成计算平台,在原子级别对材料进行模拟计算和设计仿真,凭借对原理的深刻理解,借助先进的算法和强大的算力,寻找各种材料基因的结合点,开发出更适合钠离子电池的各类材料,推动其进入产业化的快速通道,并不断迭代。

在系统创新方面,宁德时代开发了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,通过BMS精准算法对不同电池体系进行均衡控制。AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能好的优势。以此系统结构创新为基础,可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。

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根据宁德时代研究院副院长黄起森的介绍,在制造工艺方面,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。目前,宁德时代已启动相应的产业化布局,2023年将形成基本产业链。

在应用方面,钠离子电池既可应用于各种交通电动化场景,尤其在高寒地区具有突出优势,又可灵活适配储能领域全场景的应用需求。曾毓群表示,宁德时代的下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。

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“并肩作战”

业内分析称,钠离子电池的研发和应用,将对我国减少锂资源对外依存度具有重要战略意义。全球锂资源主要集中于南美洲,我国仅拥有世界锂资源储量的5.93%,锂矿大多位于青藏高原地区,开采难度大,致使我国存在着被卡脖子的风险。在全球加速新能源转型的背景下,这种潜在风险正逐渐凸显。

不仅如此,随着全球电动汽车的发展,锂离子电池的需求增加,锂价格将保持上涨趋势。根据彭博财经预测,到2025年电池级锂化学品需求将达64万吨碳酸锂当量,2030年这一数据则将进一步攀升至150万吨碳酸锂当量。该机构统计称,今年以来全球碳酸锂的价格相较2020年上涨了超过30%。

中金公司发布的研报指出,发展钠离子电池,不仅有助于缓解中国锂资源80%依赖进口的窘境,维护供应链安全,同时也将延缓锂离子电池原材料上涨带来的价格提升,从而降低成本压力。

前不久,宁德时代的供货商德方纳米动力型磷酸铁锂报价大涨,面对这一“哄抬物价”的行为,曾毓群在今年的股东大会上就对外放话称:“如果谁在我们这拼命乱涨价,我们就会把他们排除在外。”而钠离子电池正是不用“锂”的。

相比于“贫乏”的锂资源,地球上钠的储量要丰富得多,且钠资源分布均匀、价格也十分低廉。锂的地表含量只有0.0065%,钠的含量则为 2.75%,是锂的400多倍,钠在全球的含量可谓是取之不尽,“大海里全都是”。

从应用上看,钠离子电池在储能领域比锂电池性价比更好。钠离子电池安全性高、体积更小、重量更轻、成本更低。据业内机构预测,钠离子电池产业化后其成本将比锂离子电池低30%,总体性能显著优于铅酸电池,但能量密度相对较低,因此不会全面取代锂电池,但极有可能在低速新能源汽车、两轮车、储能电站方面形成较大市场。

显而易见,钠离子电池的推出,让行业看到了一条锂电池之外的全新电池技术路径的可能。广发证券预计,2025年国内钠离子电池潜在应用场景需求量为123GWh,以磷酸铁锂电池价格计量,对应市场规模约为537亿元。

据电池中国了解,除了宁德时代外,目前国内外有约20家企业布局了钠离子电池产业化生产,国内企业主要包括钠创新能源、中科海钠等,国外企业则有英国FARADION、美国Natron Energy、法国NAIADES、日本岸田化学、松下、三菱等。

未来,钠离子电池将和锂离子电池“并肩作战”,共同开拓新能源广阔大蓝海。

来源:电池中国网

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