碳中和的時代即將到來，而新能源汽車電池在能量密度、成本以及安全方面的問題卻遲遲得不到根本的解決。對此，小雷曾經(jīng)不止一次地吐槽過新能源車企在解決能量密度和電池安全等問題時走錯了方向。
在小雷看來，物理結(jié)構(gòu)的優(yōu)化只是治標(biāo)不治本，只能緩解消費(fèi)者對安全和續(xù)航的需求，只有從化學(xué)層面出發(fā)才能真正突破瓶頸，徹底解決目前動力電池所面臨的種種問題。
如今，寧德時代直面化學(xué)本質(zhì)的研發(fā)成果來啦！7 月 29 日，寧德時代成功舉行了首場線上發(fā)布會，其董事長曾毓群在會上發(fā)布了寧德時代的第一代鈉離子電池。同時，鋰鈉混搭電池包也在發(fā)布會上進(jìn)行了首次亮相。
■ 研發(fā)鈉離子電池有何難點(diǎn)？
人們早在 19 世紀(jì) 70 年代就開始了對鈉離子電池的研究，所以其實(shí)鈉離子電池并不算是什么高科技產(chǎn)物，而且鈉離子電池有著與鋰離子電池非常相似的工作原理，它們都是通過鈉（鋰）離子在正負(fù)極之間的嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。
只不過相較鋰離子，鈉離子的體積比較大，在材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動力學(xué)性能方面的要求更加嚴(yán)苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。然而，伴隨著鋰離子電池近二十年的應(yīng)用和推廣，人們對鈉離子電池的研究也迅猛增加，并且對其正負(fù)極材料也進(jìn)行了許多的探索。
在正極材料方面，寧德時代采用了目前具有潛在商業(yè)化價值的普魯士白以及層狀氧化物兩類材料。它通過構(gòu)建高通量材料集成計(jì)算平臺，并且對材料表面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，解決了材料在循環(huán)過程中容量快速衰減這一難題，使創(chuàng)新的材料克容量達(dá)到了 160mAh/g，與現(xiàn)有的鋰離子電池正極材料相當(dāng)，具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。
在負(fù)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穿梭，于是寧德時代開發(fā)了具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料。這種硬碳材料克容量可達(dá) 350mAh/g 以上，還具備優(yōu)異的循環(huán)性能，能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行，讓整體性能指標(biāo)與現(xiàn)有的石墨是相當(dāng)?shù)?。另外，為了適配全新研發(fā)的正負(fù)極材料，寧德時代還研發(fā)出了新型獨(dú)特的電解液體系。
按照寧德時代在發(fā)布會上的說法，第一代鈉離子電池基于材料體系的一系列突破，已經(jīng)具備高能量密度、高倍率充電、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的低溫性能與高集成效率等優(yōu)勢。
盡管寧德時代宣稱其第一代鈉離子電池的電芯單體能量密度已經(jīng)達(dá)到了 160Wh/kg，是目前全球最高水平，但是在小雷看來，這個所謂的高能量密度還要看跟誰比較。
相較于能量密度已經(jīng)能夠達(dá)到 300Wh/kg 的三元/四元鋰電池，寧德時代第一代鈉離子電池的能量密度僅僅是前者的一半而已。即便將來寧德時代的第二代鈉離子電池的能量密度會達(dá)到 200Wh/kg，那么它的能量密度相較于今天的三元鋰電池也還有一定的差距。
那么問題來了，寧德時代為什么要煞費(fèi)苦心地研發(fā)一款在能量密度方面如此雞肋的產(chǎn)品呢？下面，我們來看看第一代鈉離子電池的其它優(yōu)勢。
■ 鈉離子電池有何優(yōu)勢
續(xù)航、快充以及安全可以看做是動力電池發(fā)展的三大要素。而如今純電動汽車就經(jīng)常會因?yàn)椤俺潆姷乃俣缺热加蛙嚰佑偷乃俣嚷倍柺芟M(fèi)者詬病。
由此可見，鈉離子電池的快充性能很大程度就決定了它的發(fā)展?jié)摿Α５谝淮c離子電池在常溫下充電 15 分鐘，電池電量就可以達(dá)到 80%，快充性能比目前主流的磷酸鐵鋰電池有過之無不及。
其次，單純以國內(nèi)的用車環(huán)境來看，由于目前的動力電池低溫性能表現(xiàn)普遍較差，導(dǎo)致了純電動汽車并不受北方的消費(fèi)者待見，而寧德時代的第一代鈉離子電池即便是在零下 20°C 低溫的環(huán)境下，也仍然有 90% 以上的放電保持率，低溫性能要遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰電池。
寧德時代的第一代鈉離子電池在系統(tǒng)集成效率方面，也可以達(dá)到 80% 以上，更加方便進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化。在安全方面，它優(yōu)異的熱穩(wěn)定性已經(jīng)超越了國家動力電池強(qiáng)標(biāo)的安全要求。
值得一提的是，鈉離子電池雖然在能量密度方面不如三元鋰電池，但是它在材料成本方面卻要遠(yuǎn)低于三元鋰電池。根據(jù)中科海納數(shù)據(jù)顯示，從資源儲備上來看，鈉資源在全球各地都有分布，并且國內(nèi)就有豐富的鈉資源儲備，價格在 2 元/kg 左右；而全球約 75% 鋰資源都分布在美洲，價格高達(dá) 150 元/kg 左右。
為了盡可能降低整車售價，提升競爭力，降本就成為了大多數(shù)車企的主要手段。為了降低電池成本，如今已經(jīng)有不少新能源車企在其低配車型上裝配成本更低的磷酸鐵鋰電池。而鈉離子電池得益于鈉材料的成本更低，所以它的成本通常會比鋰離子電池還要低 30%-40%。
▲ 數(shù)據(jù)來源：中科海納官網(wǎng) 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理
總體來看，寧德時代的第一代鈉離子電池除了在能量密度方面低于目前的三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池之外，它無論是在快充性能、低溫性能、系統(tǒng)集成效率還是電池成本方面都具有明顯的優(yōu)勢。
然而，動力電池作為新能源汽車的核心部件之一，任何短板都有可能成為它發(fā)展的攔路石。那么，寧德時代又是如何規(guī)避鈉離子電池能量密度不足這塊短板的呢？
■ 鋰鈉混搭，取長補(bǔ)短
為了規(guī)避鈉離子電池在能量密度方面的不足，最大程度的發(fā)揮它的低溫性能、快充性能以及成本優(yōu)勢，寧德時代在電池系統(tǒng)集成方面還開發(fā)了 AB 電池解決方案。這套集成方案可以實(shí)現(xiàn)鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用。
寧德時代將鈉離子電池與鋰離子電池同時集成到同一個電池系統(tǒng)里，并且將兩種電池按一定的比例和排列進(jìn)行混搭，串聯(lián)、并聯(lián)集成，然后通過 BMS 的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制。
這套 AB 電池解決方案既可以在鈉離子電池與鋰離子電池之間取長補(bǔ)短。既彌補(bǔ)了鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板，也發(fā)揮出了它高功率、低溫性能的優(yōu)勢，這樣的鋰-鈉電池系統(tǒng)，就能適配更多應(yīng)用場景。
另外，根據(jù)寧德時代研究院副院長黃起森博士介紹，鈉離子電池在制造工藝方面可以實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的完美兼容，生產(chǎn)線可進(jìn)行快速切換，能夠完成產(chǎn)能快速布局。目前，寧德時代已啟動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023 年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。
■ 總結(jié)
在小雷看來，鈉離子電池除了能夠以“配料”的形式與鋰離子電池相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)之外，成本低，但是能量密度不高的特性或許能讓它在低速電動車上發(fā)光發(fā)熱。要知道，低速電動車對電池能量密度的要求并不高，并且還降本高手。當(dāng)?shù)退匐妱榆囌胶戏ɑ螅牧铣杀灸芰喝囯姵?，多方面的性能又能碾壓磷酸鐵鋰電池的鈉離子電池的發(fā)展前景也將不可限量。
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