钠离子电池元年,新能源如虎添翼?

对电动车来说,什么样的电池才算是好电池?

它安全素质要好,高温不自燃、碰撞不起火、遇水不短路;它能量密度要高,用有限的空间和质量提供尽可能长的续航;它充电速度要快,最好充电5分钟,续航满一周;它使用寿命要长,电池衰减最好避免,回收利用也无压力;它成本控制要好,油电同价是基础,物超所值是目标。

上述这些因素,只满足一个还远远不够,要能在方方面面都占据领先,再逢天时地利人和,才可能有大规模应用的机会。

结果有目共睹,虽然还有诸多不足和可提升之处,但锂离子电池依然成为了主流选择。根据工信部数据,2022年我国锂离子电池产量达750GWh,行业总产值突破1.2万亿元。

不过在2023年,曾经不受待见的钠离子电池好像也迎来了曙光。

2021年7月,宁德时代花10分钟发布了钠离子电池,不算是前无古人,却也在当时掀起了很大反响。体现在资本市场,锂电板块出现震荡、宁德时代连续走高。

进入2023年,宁德时代再发声,说钠离子电池供应链将更加成熟,说2023年将实现钠离子电池产业化,同时将持续升级产品性能。

宁德时代副总经理、董事会秘书蒋理表示:“公司的第一代钠离子电池既可应用于各种交通电动化场景(包括二轮车),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。”

对于钠离子电池,如果说宁德时代还是以概念为主,那也有人已经落到了实处。

2月23日,在“第二届全国钠电池研讨会”上,中科海钠与思皓新能源联合打造的行业首台钠离子电池试验车公开亮相。

原型车是花仙子,一款微型纯电动车。在采用蜂窝技术的钠离子电池后,25kWh的容量可提供252km的续航里程,能量密度为140Wh/kg,快充时间为15-20分钟。

思皓判断,钠离子电池在新能源汽车市场的应用将从A00级电动车开始,待离子电池技术和性能进一步成熟后,则可以顺势应用在中大型电动车上。

不局限于汽车的话,钠离子电池在两轮电动车行业也已落地。

3月17日,雅迪极钠S9发布,搭载雅迪旗下华宇新能源科技公司的第一代钠离子电池——极钠1号,能量密度超145Wh/kg,循环寿命达3000次,最快10分钟即可充满80%,即使在-40℃的低温环境下,也能达到最大85%的电池容量保持率。

华宇研究院院长陈建则判断,两轮电动车电池市场将会受钠电产业技术影响,钠电市场占有率会迅速增加,2025年预计铅酸、锂电和钠电占有率大约为50%、15%和35%。

而除了宁德时代、中科海钠等之外,还有弗迪电池、孚能科技、亿纬锂能、欣旺达等多家动力电池企业都布局了钠离子电池业务。

有机构预测,2023年全球钠离子电池需求量为5.9GWh。海通证券、中金公司等预测,到2025年全球钠离子电池需求规模约为67.4GWh。

另有国联证券、东吴证券、伊维经济研究院、中国电池产业研究院等多家机构分析,2023年或将成为钠离子电池量产元年。

说“曾经不受待见”,是因为钠离子电池的研究几乎与锂离子电池同期启动,它们都被认为适合用于电池正极材料,最终却由于各种原因没能发展起来。

回顾一下初中化学知识。在元素周期表中,一横行称为一个周期,一纵列称为一个主族,原子半径从左到右依次减小,从上到下依次增大。

锂和钠,就属于同一主族。相比锂离子,钠离子的半径更大、质量更重,不容易击穿电池隔膜,电池成品的能量密度较低、循环寿命较差。

在新能源高涨的需求面前,锂离子电池日新月异,而钠离子电池实在是难讨人喜欢。

不过近几年来,随着锂电池原材料价格飙升以及钠电池技术更迭,曾经不受待见的钠离子电池又迎来了发展机会。

相比锂,钠资源更加丰富。首先是储量大,目前地壳中钠储量达2.74%,而锂储量仅0.0065%,二者相差约421倍。

体现在价格上,根据上海钢联数据,目前电池级碳酸锂均价报24.5万元/吨,而碳酸钠价格仅约为3000元/吨。

如此悬殊的对比,已经是碳酸锂价格“暴跌”之后的差异,虽然并不代表最终的电池成本,但一定程度上也能说明问题。

其次,钠资源的分布相对更加均匀,全球各国雨露均沾,而可开采的锂矿资源主要分布在南美的玻利维亚、阿根廷、智利等地。

尤其对中国来说,锂资源储量仅占全球的7%左右,而且品质不高、开采难度大,对外依赖程度较高。换言之,发展锂电池,我们依然面临“卡脖子”风险。

从工作原理来说,钠离子电池与锂离子电池基本一致,由正极、负极、电解液、隔膜等组成,利用钠离子充放电时在正负材料之间反复嵌入、脱出,发生可逆的氧化还原反应。

从技术路线来说,目前钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝(白)类化合物、聚阴离子化合物三种,负极材料则以硬碳为主,软碳为辅。

相比锂电池,钠电池安全性更高,短路情况下瞬间发热量少、温升较低。针对锂电池的各种试验,如过充、过放、短路、针刺、挤压等,截至目前均没有让钠电池起火或爆炸。

其次,钠电池的温度适应性更好,在-40°C 低温下电池容量保持率达到70%,在80°C高温下也可循环充放使用。

再次,钠电池支持较高的充放电倍率,可以提升充电速度、也可以提升车辆功率,而且还没有过放电特性。但,充得快,放得也快。

在锂电池之外,钠电池是目前最好的、有可能制衡锂电的选项,其它类型电池都难堪大任。但能量密度低和循环寿命差这两个短板,又无时无刻不在限制钠电池的发展。

有专家表示:从学术角度的观点来看,钠电最开始的目标是进军储能市场,但随着能量密度的提高,动力电池领域也将有望替代锂电池。

正如上文提及的案例那样,以目前发展来看,钠电池要在动力电池领域代替锂电池,尚且会局限在两轮车市场、至多是低端电动车市场。

一个比较可行的方案是,将钠离子电池与锂离子电池混搭,既弥补钠电池能量密度的短板,又发挥其高功率、宽泛温度适应性的优点。

按照目前业内规划,钠离子电池产业化还处于前期阶段。2023可能会是量产元年,但未来的路依旧很长、很远。