“金屬鈉漂浮在水面上，不規(guī)則地四處游動，很快熔成閃亮的小球，同時發(fā)出嘶嘶的響聲?！碧崞疴c離子，你會不會想起初中化學(xué)實驗課上的這一幕。
老師會告訴你，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能源焦慮的的“使命”——7月29日，寧德時代正式發(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化的全新解決方案，為推動“碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)邁出了全新的一步。
隨著“鈉離子”風(fēng)暴的席卷而來，這會是“碳中和”風(fēng)口下的一大創(chuàng)舉，就此改變動力電池產(chǎn)業(yè)格局？還是說，這僅僅是一個迷人耳目的噱頭？
一切都要從頭說起。
電池屆的“六邊形”戰(zhàn)士來了？
打開元素周期表，你會發(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，可以說是一對“兄弟”。
1870年，法國作家儒勒·凡爾納所著的知名科幻小說《海底兩萬里》中，鈉電池就已經(jīng)作為一個概念由凡爾納首次提出。
在新能源汽車動力電池中，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在正負(fù)極之間嵌入、脫出實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生能量，那么鈉元素同樣也可以。
這點很早就有人想到過，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。
此次寧德時代發(fā)布的第一代鈉離子電池，宣告通過鋰鈉混搭電池包的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方式，將其應(yīng)用在新能源汽車上，打破了業(yè)內(nèi)此前對鈉離子電池不適合應(yīng)用在電動汽車上的認(rèn)知。
根據(jù)寧德時代發(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)超國家強(qiáng)標(biāo)的安全要求。
事實上，寧德時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)寧德時代研究院副院長黃起森介紹，在正極材料方面，寧德時代目前選擇具有潛在商業(yè)化價值的有普魯士白和層狀氧化物兩類材料。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，寧德時代對這一材料的體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，對材料表面進(jìn)行重新設(shè)計，解決了材料在循環(huán)過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，由于鈉離子無法像鋰離子一樣在石墨層間自由的穿梭，寧德時代開發(fā)了具有獨特孔隙結(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，寧德時代還開發(fā)了適配這樣的正極負(fù)極材料的新型獨特電解液體系。
電池系統(tǒng)集成方面也在創(chuàng)新。寧德時代開發(fā)了AB電池解決方案?？梢詫崿F(xiàn)鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用，通過BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行均衡控制。
在黃起森看來，這樣一來可以實現(xiàn)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。
比如磷酸鐵鋰電池害怕低溫，低于零下5℃時充電效率低，不適用于我國北方場景；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。
按照寧德時代在發(fā)布會上的說法，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。
這儼然就是電池屆的馬龍（中國男子乒乓球選手）——“六邊形”戰(zhàn)士。
多元化技術(shù)路線攻克“卡脖子”難題
但外界還是難免好奇，寧德時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？
其實仔細(xì)觀察，寧德時代此舉與國家政策的指導(dǎo)方向一致。
7月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，其中既提到，將推動鋰離子電池等相對成熟的新型儲能技術(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，其還表示將開展鈉離子電池技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用示范。
在全球的能源焦慮之中，鋰電池作為未來的“白色石油”，其應(yīng)用不僅在動力電池領(lǐng)域，對國家來說是一種戰(zhàn)略資源。
據(jù)SNE Research預(yù)測，截止至2023年，全球電動汽車對動力電池的需求達(dá)406GWh，而動力電池供應(yīng)預(yù)計為335 GWh，動力電池缺口約為18%。預(yù)測到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。
地殼中，鋰的儲量為0.0065%，且分布極不均勻。中國也有鋰礦，但僅占全球儲量不足6%，由于需求量太大，目前有約80%鋰資源需要依賴進(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，國內(nèi)對鎳、鈷兩種元素的需求，也與鋰礦類似。
中國鎳礦進(jìn)口依賴程度超過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，鈉離子電池技術(shù)的進(jìn)步，讓寧德時代打開另一個更為豐富的儲能空間，用多元化技術(shù)路線攻克那些卡脖子的資源難題，從而保障國家能源安全。
“氯化鈉炒不起來，（因為）鹽很多”。寧德時代董事長曾毓群這樣表示。確實，我們的地表鈉含量達(dá)到2.75%，而且含鈉的化學(xué)物容易開采品位高，更重要的是分布極為廣泛。
同時，鈉每公斤的價格僅為2元，而鋰則高達(dá)150元。據(jù)測算，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)。鈉離子電池其實并非那么完美，相較于以上兩類鋰電池，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百，而近十年來隨著規(guī)模化商用，其能量密度提升了三倍，這才讓人們有了關(guān)于“電氣化”時代的展望。
寧德時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，我們樂此不疲地探索著其中的奧秘?！被诖?，他提出下一代鈉離子電池能量密度研發(fā)目標(biāo)是200Wh/kg以上。同時他在發(fā)布會上介紹道，“我們有超過5000名的研發(fā)人員聚精會神地在搞科研?！?
萬億市值之上還有萬億市場需求
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)布會上，寧德時代研究院副院長黃起森介紹，制造工藝方面，鈉離子電池可以實現(xiàn)與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的完美兼容，產(chǎn)線可進(jìn)行快速切換，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。
“奇妙的電化學(xué)世界為能量的使用帶來了無限的可能，微觀世界的探索和突破會推動宏觀世界的發(fā)展和進(jìn)步?！秉S起森說道。
從宏觀世界來看；2020年，全球新能源汽車銷量達(dá)324萬輛，多家分析機(jī)構(gòu)認(rèn)為，截至2025年，這個數(shù)字會增長到1600萬輛。
隨著全球多家車企在今年宣布禁售燃油車時間表，“電氣化”時代帶來的動力電池市場的爆發(fā)，已經(jīng)無人質(zhì)疑。
作為全球鋰電池領(lǐng)域的巨頭，創(chuàng)下萬億市值神話的寧德時代，動力電池業(yè)務(wù)仍是營收的基本盤。據(jù)寧德時代2020年年報顯示，動力電池銷售業(yè)務(wù)為寧德時代貢獻(xiàn)了78.35%的營收。
但他們沒有滿足。2020年末，寧德時代董事長曾毓群提出了三大戰(zhàn)略方向，其中“以可再生能源和儲能為核心的固定式化石能源替代”將寧德時代的定位從汽車供應(yīng)商變成了能源公司。
放眼國際，LG算得上是寧德時代未來幾年的一個對手。以LG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)路線上不斷發(fā)力渴望突破。在未來，也許我們會看到一場“鈉鋰之爭”，競爭勢必會催生科技更強(qiáng)勢的前進(jìn)，這對于消費者而言無疑是個利好，而寧德時代搶先一步發(fā)布鈉離子電池，已經(jīng)在這場世界級的能源技術(shù)大戰(zhàn)中拔得頭籌，獲取了下一步競爭的有力武器。
這也正符合曾毓群的遠(yuǎn)大設(shè)想，“碳中和”催生了萬億瓦時級的電池需求，推動了新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新的應(yīng)用場景不斷產(chǎn)生，給了不同技術(shù)施展的舞臺。多元化的技術(shù)路線，也將助力產(chǎn)業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展。
由此可見，此次寧德時代發(fā)布鈉離子電池，預(yù)示著這也許這會是劃時代的一步，對于勇敢的開拓者而言，一個小小的鈉元素儼然成為一把鑰匙，即將啟動能源的魔方。
