“金屬鈉漂浮在水面上，不規(guī)則地四處游動(dòng)，很快熔成閃亮的小球，同時(shí)發(fā)出嘶嘶的響聲。”提起鈉離子，你會(huì)不會(huì)想起初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上的這一幕。
老師會(huì)告訴你，鈉離子是鹽的組成元素之一，它影響著人體新陳代謝，維持水分分布與酸堿平衡。
如今，鈉離子又被賦予解決人類(lèi)能源焦慮的的“使命”——7月29日，寧德時(shí)代正式發(fā)布了第一代鈉離子電池，將其視為能源清潔化和交通電動(dòng)化的全新解決方案，為推動(dòng)“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)邁出了全新的一步。
隨著“鈉離子”風(fēng)暴的席卷而來(lái)，這會(huì)是“碳中和”風(fēng)口下的一大創(chuàng)舉，就此改變動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局？還是說(shuō)，這僅僅是一個(gè)迷人耳目的噱頭？
一切都要從頭說(shuō)起。
電池屆的“六邊形”戰(zhàn)士來(lái)了？
打開(kāi)元素周期表，你會(huì)發(fā)現(xiàn)“鋰”和“鈉”緊挨著同列分布，這意味著它們具有相似的化學(xué)特性，屬同一主族，最外層電子數(shù)相同，可以說(shuō)是一對(duì)“兄弟”。
1870年，法國(guó)作家儒勒·凡爾納所著的知名科幻小說(shuō)《海底兩萬(wàn)里》中，鈉電池就已經(jīng)作為一個(gè)概念由凡爾納首次提出。
在新能源汽車(chē)動(dòng)力電池中，以鋰電池為主的二次電池既是主流也是標(biāo)配。既然鋰元素可以通過(guò)在正負(fù)極之間嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生能量，那么鈉元素同樣也可以。
這點(diǎn)很早就有人想到過(guò)，只是鈉離子體積較大，鈉離子半徑比鋰離子大70%，在材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)性能方面要求更嚴(yán)苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。
此次寧德時(shí)代發(fā)布的第一代鈉離子電池，宣告通過(guò)鋰鈉混搭電池包的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方式，將其應(yīng)用在新能源汽車(chē)上，打破了業(yè)內(nèi)此前對(duì)鈉離子電池不適合應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)上的認(rèn)知。
根據(jù)寧德時(shí)代發(fā)布的數(shù)據(jù)，第一代鈉離子電池電芯單體能量密度可達(dá)160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達(dá)80%以上；在-20°C低溫環(huán)境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上；熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)超國(guó)家強(qiáng)標(biāo)的安全要求。
事實(shí)上，寧德時(shí)代能夠讓鈉離子電池突破大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的瓶頸，存在各種創(chuàng)新。
據(jù)寧德時(shí)代研究院副院長(zhǎng)黃起森介紹，在正極材料方面，寧德時(shí)代目前選擇具有潛在商業(yè)化價(jià)值的有普魯士白和層狀氧化物兩類(lèi)材料。它們的克容量已經(jīng)達(dá)到了160mAh/g，與現(xiàn)有的鋰離子電池正極材料相當(dāng)。
而且，寧德時(shí)代對(duì)這一材料的體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，對(duì)材料表面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，解決了材料在循環(huán)過(guò)程中容量快速衰減這一世界性的難題，讓創(chuàng)新材料具備了產(chǎn)業(yè)化的條件。
在負(fù)極材料方面，由于鈉離子無(wú)法像鋰離子一樣在石墨層間自由的穿梭，寧德時(shí)代開(kāi)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。使整體性能指標(biāo)與現(xiàn)有的石墨相當(dāng)。
在電解液方面，寧德時(shí)代還開(kāi)發(fā)了適配這樣的正極負(fù)極材料的新型獨(dú)特電解液體系。
電池系統(tǒng)集成方面也在創(chuàng)新。寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)了AB電池解決方案?？梢詫?shí)現(xiàn)鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用，通過(guò)BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行均衡控制。
在黃起森看來(lái)，這樣一來(lái)可以實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)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(shì)。
比如磷酸鐵鋰電池害怕低溫，低于零下5℃時(shí)充電效率低，不適用于我國(guó)北方場(chǎng)景；而三元鋰電池雖不懼低溫，但在高溫下穩(wěn)定性不足。所以在內(nèi)部短路、電池外殼損壞的情況下，很容易引發(fā)燃燒和爆炸事故。
按照寧德時(shí)代在發(fā)布會(huì)上的說(shuō)法，第一代鈉離子電池基于材料體系等一系列突破，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(shì)。
這儼然就是電池屆的馬龍（中國(guó)男子乒乓球選手）——“六邊形”戰(zhàn)士。
多元化技術(shù)路線(xiàn)攻克“卡脖子”難題
但外界還是難免好奇，寧德時(shí)代作為全球鋰電池制造巨頭，為什么要將目光轉(zhuǎn)向鈉離子電池？
其實(shí)仔細(xì)觀察，寧德時(shí)代此舉與國(guó)家政策的指導(dǎo)方向一致。
7月23日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，其中既提到，將推動(dòng)鋰離子電池等相對(duì)成熟的新型儲(chǔ)能技術(shù)成本持續(xù)下降和商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。值得注意的是，其還表示將開(kāi)展鈉離子電池技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用示范。
在全球的能源焦慮之中，鋰電池作為未來(lái)的“白色石油”，其應(yīng)用不僅在動(dòng)力電池領(lǐng)域，對(duì)國(guó)家來(lái)說(shuō)是一種戰(zhàn)略資源。
據(jù)SNE Research預(yù)測(cè)，截止至2023年，全球電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的需求達(dá)406GWh，而動(dòng)力電池供應(yīng)預(yù)計(jì)為335 GWh，動(dòng)力電池缺口約為18%。預(yù)測(cè)到2025年，缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大到40%左右。
而這其中，鋰離子電池原料的短缺，便是缺口不斷擴(kuò)大的“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。
地殼中，鋰的儲(chǔ)量為0.0065%，且分布極不均勻。中國(guó)也有鋰礦，但僅占全球儲(chǔ)量不足6%，由于需求量太大，目前有約80%鋰資源需要依賴(lài)進(jìn)口。
NCM（鎳鈷錳）和NCA（鎳鈷鋁）作為目前主流的鋰離子電池正極材料，國(guó)內(nèi)對(duì)鎳、鈷兩種元素的需求，也與鋰礦類(lèi)似。
中國(guó)鎳礦進(jìn)口依賴(lài)程度超過(guò)80%，主要從印尼、菲律賓進(jìn)口。而鈷礦資源分布同樣不均，約一半集中在剛果（金）。
鋰電池制造原料的稀缺，以及本身分布的不均，都讓尋找多元化技術(shù)方案成為必走之路。近10年來(lái)，鈉離子電池技術(shù)的進(jìn)步，讓寧德時(shí)代打開(kāi)另一個(gè)更為豐富的儲(chǔ)能空間，用多元化技術(shù)路線(xiàn)攻克那些卡脖子的資源難題，從而保障國(guó)家能源安全。
“氯化鈉炒不起來(lái)，（因?yàn)椋}很多”。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群這樣表示。確實(shí)，我們的地表鈉含量達(dá)到2.75%，而且含鈉的化學(xué)物容易開(kāi)采品位高，更重要的是分布極為廣泛。
同時(shí)，鈉每公斤的價(jià)格僅為2元，而鋰則高達(dá)150元。據(jù)測(cè)算，鈉離子電池的BOM成本比鋰離子電池也可降低30%-40%。
也有人提出，電池的化學(xué)體系已很難創(chuàng)新，只能在物理結(jié)構(gòu)上做些改進(jìn)。鈉離子電池其實(shí)并非那么完美，相較于以上兩類(lèi)鋰電池，能量密度還是略遜一籌。
比如，磷酸鐵鋰電池能達(dá)到180Wh/kg左右，而鈉電池能量密度目前的技術(shù)普遍在90-140Wh/kg之間，僅優(yōu)于鉛酸電池。
然而，技術(shù)永遠(yuǎn)在發(fā)展。鋰電池也是通過(guò)不斷更新?lián)Q代、技術(shù)日趨成熟才達(dá)到今日的能量密度。
要知道，第一代鋰電池能量密度剛剛過(guò)百，而近十年來(lái)隨著規(guī)?；逃?，其能量密度提升了三倍，這才讓人們有了關(guān)于“電氣化”時(shí)代的展望。
寧德時(shí)代第一代鈉離子電池單體能量密度達(dá)到了160Wh/kg，接近磷酸鐵鋰的水準(zhǔn)，與三元鋰電池尚有差距。
但曾毓群表示，“電化學(xué)的世界，就像能量魔方，未知遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知，我們樂(lè)此不疲地探索著其中的奧秘?！被诖耍岢鱿乱淮c離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上。同時(shí)他在發(fā)布會(huì)上介紹道，“我們有超過(guò)5000名的研發(fā)人員聚精會(huì)神地在搞科研?！?
萬(wàn)億市值之上還有萬(wàn)億市場(chǎng)需求
而第一代納離子電池作為年輕科學(xué)家們最新的研究成果，又是一次展示和試煉。
在發(fā)布會(huì)上，寧德時(shí)代研究院副院長(zhǎng)黃起森介紹，制造工藝方面，鈉離子電池可以實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的完美兼容，產(chǎn)線(xiàn)可進(jìn)行快速切換，完成產(chǎn)能快速布局。
目前，寧德時(shí)代已啟動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。
“奇妙的電化學(xué)世界為能量的使用帶來(lái)了無(wú)限的可能，微觀世界的探索和突破會(huì)推動(dòng)宏觀世界的發(fā)展和進(jìn)步?！秉S起森說(shuō)道。
從宏觀世界來(lái)看；2020年，全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)324萬(wàn)輛，多家分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，截至2025年，這個(gè)數(shù)字會(huì)增長(zhǎng)到1600萬(wàn)輛。
隨著全球多家車(chē)企在今年宣布禁售燃油車(chē)時(shí)間表，“電氣化”時(shí)代帶來(lái)的動(dòng)力電池市場(chǎng)的爆發(fā)，已經(jīng)無(wú)人質(zhì)疑。
作為全球鋰電池領(lǐng)域的巨頭，創(chuàng)下萬(wàn)億市值神話(huà)的寧德時(shí)代，動(dòng)力電池業(yè)務(wù)仍是營(yíng)收的基本盤(pán)。據(jù)寧德時(shí)代2020年年報(bào)顯示，動(dòng)力電池銷(xiāo)售業(yè)務(wù)為寧德時(shí)代貢獻(xiàn)了78.35%的營(yíng)收。
但他們沒(méi)有滿(mǎn)足。2020年末，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群提出了三大戰(zhàn)略方向，其中“以可再生能源和儲(chǔ)能為核心的固定式化石能源替代”將寧德時(shí)代的定位從汽車(chē)供應(yīng)商變成了能源公司。
放眼國(guó)際，LG算得上是寧德時(shí)代未來(lái)幾年的一個(gè)對(duì)手。以L(fǎng)G化學(xué)為代表的日韓頭部電池企業(yè)，都在多元化的技術(shù)路線(xiàn)上不斷發(fā)力渴望突破。在未來(lái)，也許我們會(huì)看到一場(chǎng)“鈉鋰之爭(zhēng)”，競(jìng)爭(zhēng)勢(shì)必會(huì)催生科技更強(qiáng)勢(shì)的前進(jìn)，這對(duì)于消費(fèi)者而言無(wú)疑是個(gè)利好，而寧德時(shí)代搶先一步發(fā)布鈉離子電池，已經(jīng)在這場(chǎng)世界級(jí)的能源技術(shù)大戰(zhàn)中拔得頭籌，獲取了下一步競(jìng)爭(zhēng)的有力武器。
這也正符合曾毓群的遠(yuǎn)大設(shè)想，“碳中和”催生了萬(wàn)億瓦時(shí)級(jí)的電池需求，推動(dòng)了新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新的應(yīng)用場(chǎng)景不斷產(chǎn)生，給了不同技術(shù)施展的舞臺(tái)。多元化的技術(shù)路線(xiàn)，也將助力產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。
由此可見(jiàn)，此次寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池，預(yù)示著這也許這會(huì)是劃時(shí)代的一步，對(duì)于勇敢的開(kāi)拓者而言，一個(gè)小小的鈉元素儼然成為一把鑰匙，即將啟動(dòng)能源的魔方。
