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清研科普 | 鈉離子電池的主要挑戰(zhàn)是什么?

2022-07-29 16:55:06·  來源:清研華科新能源研究院  作者:張抗抗  
 
自寧德時代2021年發(fā)布鈉離子電池之后,小編一直很激動。因為鈉離子電池可以讓電動車的成本更低、安全性更高。雖然續(xù)航短點,但對小編來說能買得起是最重要的,至

自寧德時代2021年發(fā)布鈉離子電池之后,小編一直很激動。因為鈉離子電池可以讓電動車的成本更低、安全性更高。

雖然續(xù)航短點,但對小編來說能買得起是最重要的,至于續(xù)航,夠用就行。

小編也一直很擔(dān)心,鈉離子電池能不能于2023年投入使用呢?發(fā)展的路上還有哪些挑戰(zhàn)?帶著這個問題,小編去請教了研究院的電池專家。專家微微一笑,仔細(xì)給我講解起來:

相對于三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池避免了鎳、鈷等金屬元素的制約,卻躲不過鋰元素的制約。

鋰元素相關(guān)礦產(chǎn)價格飛漲[1]:

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疫情期間原材料價格受影響波動較大 [1]


長期來看,鋰礦產(chǎn)并不會短缺[2],但中短期的巨幅波動對產(chǎn)業(yè)鏈的影響還是很大,特別是對行業(yè)龍頭寧德時代的影響最大。這種情況下,就需要有應(yīng)對措施,那就是不需要鋰元素的鈉離子電池:

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元素周期表中,鈉元素正好在鋰元素的正下方,化學(xué)性質(zhì)相似。最關(guān)鍵的是,儲量很足! 下面是地殼中的元素豐度圖[3]:鈉元素占比2.27%,是鋰元素占比0.0018%的1000多倍!

聽說過鋰元素漲價,沒聽說過食鹽(氯化鈉)漲價吧?說句夸張的,去樓下超市多買幾包鹽,就足夠一個電池包的鈉元素用量了!

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地殼元素豐度圖 [3]


從性能來看,鈉離子電池的主要弱點在于能量密度,但在成本、低溫、快充、熱穩(wěn)定性等方面表現(xiàn)更好。

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寧德時代第一代鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池對比[4]


粗算一下,BOM成本比磷酸鐵鋰電池低30-40%[4]:

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鈉離子電池、鋰離子電池對比[4]


從儲能的角度來,鈉離子電池較有優(yōu)勢。此外,中低續(xù)航的電動車上,也可以應(yīng)用鈉離子電池。

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鈉離子適用場景分析


關(guān)于成本的估算,文獻(xiàn)[5]也有相似的觀點:

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鈉離子的特性與優(yōu)勢 [5]


對于用在電動汽車上,早期技術(shù)的鈉離子電池能量密度可能還是太低了。寧德時代提出了AB電池的混搭使用方案:在更高能量密度的鈉離子電池量產(chǎn)之前,第一代鈉離子電池至少能夠以AB電池混搭的方案上車,讓鈉離子電池與鋰離子電池優(yōu)勢互補。

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那鈉離子電池應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)是什么呢?從以下幾個方面來看:

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Vol.1/   規(guī)模成本

理論上說鈉離子電池可以降低成本,那是指產(chǎn)業(yè)成熟、規(guī)?;蟆>同F(xiàn)在來說,鈉離子電池的成本還是高于鋰離子電池的。

走向產(chǎn)業(yè)成熟的過程中,先行企業(yè)要付出代價。以什么樣的節(jié)奏發(fā)展進(jìn)一步走向產(chǎn)業(yè)成熟才是最合理的,也是一個不可忽視的問題。

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Vol.2/   技術(shù)配套

鈉離子電池有一些優(yōu)秀特性,比如過放電壓是0V、熱安全性更好。這就意味著可以降低對當(dāng)前電池管理技術(shù)的要求,從而削弱能量密度上的劣勢。


但顯然,這類技術(shù)配套研究還處于非常早期的階段。

#

Vol.3/   產(chǎn)業(yè)鏈

從礦產(chǎn)到動力電池,這是一個很長的產(chǎn)業(yè)鏈。電池企業(yè)上游,也涌現(xiàn)了不少上市公司,共同組成了產(chǎn)業(yè)鏈,使得整個流程運轉(zhuǎn)有效率。

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中國LiB電池供應(yīng)鏈概覽

鈉離子電池對礦產(chǎn)的需求不同、對工藝的要求不同,也需要時間來形成一個新的產(chǎn)業(yè)鏈,才能運轉(zhuǎn)有效率、才能真正達(dá)到降低成本的目標(biāo)。

#

Vol.4/   技術(shù)原理改進(jìn)

鈉離子的正極材料、負(fù)極材料、電解液都不同,這都需要研發(fā)。

不過這部分不屬于技術(shù)難關(guān)了,現(xiàn)在已經(jīng)可以用了,就是正常的迭代改進(jìn),從工程上達(dá)到降低成本的目標(biāo)。除了寧德時代之外,還有很多公司都在投入其中[6]:

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全球主要鈉離子電池生產(chǎn)廠家性能對比 [6]

參考文獻(xiàn):

[1] The Lithium Ion (EV) battery market and supply chain. Part 1 : Market drivers and emerging supply chain risks. 2022.3.3

[2]https://www.zhihu.com/question/524618092/answer/2418462302

[3] Naoki Nitta, Feixiang Wu, Jung Tae Lee and Gleb Yushin. Li-ion battery materials: present and future. Materials Today Volume 18. Number 5. June 2015.

[4]鈉離子電池研究報告. 蓋斯特管理咨詢有限責(zé)任公司. 2021.8.6

[5]中國鋰電行業(yè)發(fā)展. 德勤觀察2.0“電池風(fēng)云”. 2022.4

[6]五礦證券. 動力電池深度:從芯出發(fā),回歸技術(shù)本源、聚焦發(fā)展主線。

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