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宁德时代

宁德时代来到“钠”时代,它只是不想成为没有5G的华为P50

眼光要放长远。

钟文

发布于 8月4日

今年5月,宁德时代给业界抛出了一个重磅炸弹:当行业玩家们还在锂离子电池上死磕,宁德时代却突然宣布将在7月份左右发布钠离子电池。

实际上,钠离子电池并非是电池行业的全新技术路径。只不过,鉴于是这位“动力电池一哥”提出的概念,人们还是期待它可以作为技术表率,对统治长达10年的锂离子电池的江湖地位做出研判,甚至是构建一套关于钠离子电池的新技术设想和能源版图。

7月29日,宁德时代成功举行了首场线上发布会,董事长曾毓群发布了宁德时代的第一代钠离子电池,同时,创新的锂钠混搭电池包也在发布会上首次亮相。 

虽然发布会内容仅仅持续了10分钟左右,但事后这场发布会也一度被行业人士评为“字少事大”,“知识点按帧记”以及“每秒都价值连城”。

在技术上,宁德时代第一代钠离子电池其单体电芯能量密度达到160Wh/kg,为全球最高水平,能量密度有所提升,但仍略低于磷酸铁锂电池。宁德时代称,钠离子电池在低温性能和快充方面具备了更明显的优势,更重要的是,宁德时代目前已启动钠离子电池产业化布局,2023年将形成基本产业链。在制造工艺方面,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容,产线可进行快速切换。

当动力电池一哥开始将钠作为一个潜在的发展方向之后,对其本身以及产业格局究竟会产生什么影响?

钠离子的前世今生

实际上,市场上目前最常见的动力电池包括三元锂、磷酸铁锂等,本身都是锂离子体系的产物。但有关于钠离子的研究也并非是刚刚开始。

针对钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后。在化学元素周期表上,钠和锂的位置很接近,这也意味着两者具备相同的工作原理和化学特性。锂离子和钠离子电池的工作方式也基本相同,在充放电过程中,钠在两个电极之间往返嵌入和脱出。

先普及一个简单的概念。电池材料的不同,可以简单理解为正负极材料的变化,最后产生了对能量以及密度的影响。

相比锂离子电池,钠离子电池与其最大的区别在于正极材料,正极材料使用钠资源。

而钠离子电池正负集流体均为铝箔,磷酸铁锂电池中则采用铜箔,所以最后都会为钠离子提供巨大的成本优势。

机构研究报告显示,每KWh电池中用于制作集流体的材料保守下降10%左右。而整个钠离子电池的BOM成本相较锂电池就又低了30%左右。

可见钠离子的优势还是在于成本。但从技术上说,发展钠离子电池本质上是需要对正负极材料本身进行改良。

最早期的钠离子电池被设计开发出来的电极材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2电化学性能不理想,发展进程缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。

缺陷是钠离子电池普遍能量密度较低,低于锂离子甚至是铅酸电池。

所以在使用钠离子电池的最好的场景上,是那些对能量密度没有很高要求的场景,比如两轮电动车,正在经历铅酸向锂电的过度,但钠离子本身具备一定的成本优势。再比如一些大型储能装置,对能量密度没有太高要求,但对于成本本身更为敏感。

既然是这样,电动汽车发展钠离子电池技术还有必要吗?

非常必要。

这里涉及到几个大背景。据彭博新能源财经的分析,2020年动力电池和储能电池的市场规模已达174GWh,预测未来10年的复合增长率将超过30%。2030年交通和储能对锂离子电池的需求将激增至5.9Twh。锂电池需求的激增意味着需要大量的锂离子。

除去成本优势,钠离子电池最大的影响来自于材料供应。

智研咨询发布的报告显示,全球锂消费量呈递增趋势。从2012年到2019年,全球锂消费量从28300吨增长至55770吨。尤其是2015年以来,电动汽车行业快速发展带动锂消费进入高速发展阶段。相较于2015年33300吨的锂消费量,2019年全球锂消费量增长了74.85%,年均增长率达15%。中国也是锂消费大国之一。

作为新电动时代的“石油”,中国的锂消费同样依赖进口。全球73%的锂资源分布在北美洲和南美洲,但亚洲锂资源分布相对较少,占全球7%左右。

但作为替代锂离子的钠离子资源,在全球的供给量上可谓是取之不尽。报告显示,钠离子地壳丰度约为2.74%,而锂离子约为0.0065%。这也就意味着,在锂矿高度依赖进口的背景下,发展钠离子电池,其实更像是为防止“卡脖子”风险的Plan B。

当宁德时代开始接触钠

看到这里,其实大家可能还是会提出一个疑问:如今电动汽车用户们对续航这么敏感,想让钠离子电池上电动汽车,还是需要满足一定的能量密度的需求。

先上一下宁德时代第一代钠离子电池的技术参数。

在能量密度上:第一代钠离子电池电芯单体能量密度160Wh/kg,第二代电芯单体能量密度200Wh/kg,作为对比,当前主流的锂离子电池能量密度大约在150-350Wh/kg的区间,而磷酸铁锂的能量密度大约在150-210Wh/kg区间。在这里也可以看得出来,第一代钠离子电池能量密度已经覆盖到磷酸铁锂的能量密度区间,具备了使用前景。

在温度性能上:在常温下充电15分钟电量就可以达到80%,具备了快充能力。不仅如此,甚至在零下20度低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率。这意味着可以使用在像中国北方城市的寒冷冬天。

而相对于锂离子,钠离子其实本身也更为稳定,安全性已经超越了国标安全要求。

这一系列的成果来自于宁德时代对于化学材料上的技术攻坚。

在正极材料方面,宁德时代使用了克容量较高的普鲁士白和层状氧化物两类材料,通过构建高通量材料集成计算平台,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。

而在负极材料方面,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。

在电解液方面,宁德时代还开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系。

正是基于材料体系的一系列突破,宁德时代研发的第一代钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。

但想要实现锂离子能量密度的电池,从目前来看,确实还有差距。

为了维持高能量密度同时优化成本,宁德时代提出了AB电池组合方案。

这更像是一个鱼和熊掌兼得的方案,通过结构创新实现钠锂混搭的AB电池包设计。

简而言之,AB电池包就是通过钠离子电池和锂离子电池通过比例封装的方式达到兼顾能量密度和拉低成本的综合性能。

这本身其实是对电池管理系统提出一定的技术挑战。宁德时代称,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。AB电池系统解决方案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、低温性能好的优势。换句话说,这也侧面说明了宁德时代在算法领域的实力。

钠和锂的奇妙反应之后

随着“碳中和”成为全球共识,动力电池产业也确实进入到了多层次、多元化的发展阶段。当电动汽车迎来更细分的需求,相应的电池产业也会继续分层。

“动力电池一哥”早已在中高端电池供应领域牢牢打下了绝对优势。综合去年国内的动力电池销量来看,国内电池总量63.6GWh,宁德时代的数据为31.9GWh,牢牢把握住了50.16%的市场。

对于宁德时代自己来说,发展钠离子电池更可能会用在一些厂商的入门车型之中,有助于打开产品矩阵的广度,继续吸引更多的客户,同时也有望继续拉低电动汽车的车价。

换句话说,业界重新开始加快对电池基础材料的研发,也正是基于更细分市场对于钠离子电池的场景需求,这也为钠离子电池的产业化生态化打开了窗口。

钠离子的产业化水平到底怎么样?

在发布会上,宁德时代研究院副院长黄起森博士介绍,在制造工艺方面,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。目前,宁德时代已启动钠离子电池产业化布局,2023年将形成基本产业链。

宁德时代表示,欢迎相关研究机构、上游材料供应商和下游电池应用端一起参与,共同加速钠离子电池产业链的完善和发展。

宁德时代董事长曾毓群认为,“碳中和”催生了万亿瓦时级的电池需求,推动新能源产业蓬勃发展,新的应用场景不断产生,给了不同技术施展的舞台。多元化的技术路线,也将助力产业长期稳定发展。

看到这里大概明白,宁德时代推出钠离子电池,促成的原因应该有很多。

如此宏观大环境下,全球锂电池材料供应紧张,保证原材料的供应安全是每家企业必须要重视的核心问题。况且发展钠离子电池一定程度上对锂离子的供应端也会产生一定的侧面影响。

一家真正的“一哥”、抗打击的巨头从来不会一条腿走路,多技术并存就可能抵御极端的风险。

刷新宁德时代

国家发展改革委、国家能源局日前发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,提及在储能领域加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范,这对于钠离子电池未来的发展是一个很好的方向。

与此同时,发展钠离子电池的宁德时代的市场定位也发生了历史性的转变,这意味着,它将从一家“锂离子动力电池公司”,正式变身成“新能源创新科技公司”。

在发布会上,宁德时代确定了三大战略方向:一是,以可再生能源发电和储能,替代固定式化石能源;二是,以动力电池助力电动车发展,替代移动式化石能源;三是以电动化+智能化的集成应用创新,加快各领域的新能源替代进程。

我们如果把眼光放得更开一些。在宁德时代发展钠离子电池这个技术上,有一个很好的参考对象,那就是华为。

就在最近一周,华为因无法使用5G芯片而被迫推出4G手机登上了热搜。华为拥有完善的5G产业技术,但无法国产化手机主板中重要组成部分——“射频芯片”。目前,国际上的射频芯片市场是由美国和日本占据,国产化难度很大。

换到锂和钠的供应上同理,“射频芯片”就是必须要进口的“锂离子”,发展钠离子则是“内循环”的有力保证。当动力电池乃至新能源汽车上升到国际竞争,每家拥有绝对领先技术的企业都会思考自己会不会是第二个“华为”。

最近中共中央政治局召开会议也要求,要支持新能源汽车加快发展,引导企业加大技术改造投资。要强化科技创新和产业链供应链韧性,加强基础研究,推动应用研究,开展补链强链专项行动,加快解决“卡脖子”难题。

电动汽车会因为采用了新的钠离子电池继续降低更亲民的价格吗?中国可以成为钠离子技术强国吗?

仅仅十分钟的发布会,关于钠离子电池的讨论还不够。就像曾毓群说的那样:电化学的世界就像能量魔方,未知远远大于已知。

但已知的是,如今我们得用一种新的视角审视宁德时代这家公司了。

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钟文

这家伙很懒,什么也没留下,却只想留下你!

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