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钠离子电池会取代锂离子电池吗?

2022-07-25

澳门新葡8455最新网站上游原材料价格上涨,钠离子电池替代需求扩大,目前,包括宁德时代、中科海钠在内多家企业已经提出2022-2023年实现中试、产能落地的目标,从储能到动力,钠离子电池需求扩大,产业链加速布局;近期钠甚至有投资者放话钠离子电池未来定能取代今时今日的锂离子电池成为新能源电池的主流,那钠离子电池是否真的会钠离子电池会取代锂离子电池呢,下面大家来一起看看吧!

钠离子电池

一、钠离子电池为什么这么少见?

钠离子电池其实在电池界其实不是新技术,在上个世纪七十年代就已经提出,诸多科研机构开始了对钠离子电池的研究工作,其工作原理与锂离子电池类似,利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电过程,但研究成果并不理想,主要原因就是因为钠离子本身体积较大,所以在充放电过程中的运动会耗费更多的能量,为了增加能量密度就又必须同一时间内增加更多的钠离子密度,对于正负极材料结构是极大的挑战,因此现在很少看到钠离子电池。

二、为什么要重新推出钠离子电池?

1、安全性和高低温性能优异

众所周知,锂离子电池内阻较低,因此高温工作状态下容易发热升温影响电池效率,在低温情况下会损失大量能量。与锂离子电池相反,钠离子电池内阻较高,瞬时发热量较低,甚至钠三元热箱绝热测试400℃才释放氧气,比锂三元高出快200℃。此外,钠离子电池能够在-40℃到80℃的温度区间内工作,高低温表现优于锂离子电池。

2、超高的充放电倍率

钠离子电池结构是开放式的3D结构,且钠离子在电解液中的溶剂化程度低,具备更高的离子导电率和正负极界面处更高的迁移效率,因此在同样的温度条件下,充放电倍率要比锂离子更高,且在低温环境下钠离子同样可以保持高倍率充放电,能够适应响应型储能和规模供电。

3、成本因素

成本因素,近年来受下游新能源汽车销量的大幅增长以及外围因素影响,锂离子电池原材料的价格也呈现高速增长的状态。以碳酸锂为例,价格已从年初的27.5万元/吨上涨至今日的46.9万元/吨,同时锂资源的全球储量有限,锂元素在地壳中的含量仅为0.0065%,当前全球都在疯狂高价争夺锂矿资源。预计未来全球锂资源供应紧张将长期持续,高锂价将是未来行业常态。与此相反的是钠资源储量丰富,地壳丰度为2.64%,是锂资源的440倍,且钠资源分布广泛、提炼简单。宁德时代推出第一代钠离子电池,更多的也是希翼钠离子电池的产业化能帮助其在面对上游锂矿时有更多的话语权。

锂离子电池

三、钠离子电池会取代锂离子电池吗?

1、能量密度是硬伤

在同样携带1个电荷的情况下,钠离子的质量是锂离子的将近4倍,这就对能量密度有所影响;钠离子半径较大,其脱嵌过程又会造成较大的体积变化,对电池寿命又有一定的影响。要获取高能量密度需要同一时间内释放更多的钠离子,这又会对电池质量和电池正负极材料提出挑战。目前宁德时代推出的第一代钠离子电池理论能量密度为160Wh/kg,低于自家磷酸铁澳门新葡8455最新网站174Wh/kg的单体能量密度,更不及比亚迪第二代刀片电池180Wh/kg的能量密度,况且钠离子电池实际应用能量密度肯定低于理论值。对于当下新能源电池需求最高的新能源汽车而言,高续航里程才是首要标准。

宁德时代为了解决钠离子电池能量密度不足的问题,创造性提出了AB电池的混搭使用方案,也就是在单个电池包中同时集成了钠离子电池和锂离子电池,然后通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制,这样可以实现取长补短,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、低温性能的优势。或许AB电池方案是当下钠离子电池发展的有效路径之一,但同时也对BMS的精准算法和实际运行的稳定性提出了更高的要求,而且最终电池pack的能量密度天花板明显,只能算是当下的一个过渡方案而非钠离子电池的发展趋势。

2、钠离子电池产业化道路漫漫

虽然我国在钠离子电池的研究道路上一直处于世界前列,目前多家企业包括龙头企业宁德时代都在研究并推出钠离子电池,且钠离子电池与锂离子电池结构相似,看似能够随时切入锂离子电池的生产线,但是实际上当前钠离子电池目前仍然偏实验阶段,尚未建立起像锂离子电池那样成熟的上下游产业链条,要知道从矿产到动力电池是一个很长的产业链,需要上千家企业经过近三十年的研发和努力才形成当前成熟而有效的供应体系。况且钠离子电池对于当前锂离子电池产业链各个环节影响巨大,尤其是正极负极材料完全不同,生产工艺也不一致,无法直接嵌入当前的生产供应体系。当下的钠离子电池所处阶段大概类似于十年前的锂离子电池,但并没有足够多供应商形成快速有效的发展体系,因此粗略判断钠离子电池未来的发展路径不会像锂离子电池这样快速。

3、与其说那离子电池会不会替代锂离子电池,不如说钠离子电池与锂离子电池可以互补

钠离子电池虽然能量密度较低且产业化道路漫长,不适宜规模应用于中高端乘用车市场,但这无法抹杀其低成本、高低温表现和高充放倍率等优异性能,所以钠离子电池在对于快充能力要求较高的储能领域有着强大的天然优势,而锂离子电池则可以专注于高速车和高端乘用车领域,双方优势互补,形成各自专注应用领域的合理竞争局面,共同瓜分新能源市场这块大蛋糕。

另一方面锂离子电池减少应用场景,更加聚焦新能源汽车领域,也更有利于下游电池厂商拥有更多的话语权和议价权,倒逼上游锂矿等原材料价格的稳定与趋缓,新能源汽车的价格也有望下降,这才是惠及消费者的好事,也是电池行业推动钠离子电池发展的主要动力。

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