萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

寧德時代在 7 月29 日,重磅釋出了他們的第一代鈉離子電池,引得行業內外無限遐想。當天,不僅是鈉離子電池概念股,甚至與儲能相關股票也幾乎漲停。

有人覺得鈉離子電池會在不久的將來代替鋰離子電池,有人稱鈉離子電池是「中國機會」,有人覺得寧德時代萬億市值會因為鈉離子電池而繼續增長。

今天我們不談自動駕駛和智慧座艙,我們來聊一聊寧德時代的初代鈉離子電池。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

首先,這款鈉離子電池的相關效能已經走在了世界前列:

寧德時代的第一款鈉離子電池能量密度已經達到了 160 Wh/kg,這是目前全球最高水平;

迴圈次數可達 3,000 次,與鋰離子電池基本相當;

具備了快充能力。在常溫下充電 15 分鐘,電量就可以達到80%;

低溫環境 90% 以上的放電保持率;

已經超越國家動力電池強標的安全要求。

寧德時代專門為這款電池舉行了一場釋出會,對其技術優勢、應用場景進行講解規劃。這讓人不禁疑問,寧德為什麼要做鈉離子電池?

鈉離子電池走進舞臺中央

我們話要從頭聊。鈉離子電池技術其實在上世紀 70、80 年代時,曾與鋰離子電池技術並存,就像最早的電動車和蒸汽機車、燃油機車並存一樣。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

但後來,鋰電池比鈉離子電池更快地實現了商業化落地。在 1991 年,索尼就釋出了首個商用鋰離子電池,用在索尼自己的攝影機中。由於沒有先例可循,索尼為自己的的電芯制定了標準:直徑為 18 mm,長度為 65 mm 的圓柱形電池,這便是 18650 電池的祖先。

索尼的商業化推廣,讓鋰離子電池,迅速得到了市場的認可,在便攜 4C 產品上獲得大量應用。而隨著新能源汽車的崛起,鋰離子又切入了汽車動力電池領域,並且憑藉著各項效能優勢併成為主流。

作為電動車型的動力來源,鋰離子電池的產量一直制約著全世界 OEM 們的整車銷量,甚至比「缺芯」問題影響得更深更大。

據 SNE Research 預測,截止至 2023 年,全球電動汽車對動力電池的需求達 406 GWh,而動力電池供應預計為 335 GWh,這個動力電池缺口約為 18%。隨著時間推移,「電池焦慮」沒有消除反而繼續增加,預測到 2025 年,缺口將擴大到 40% 左右!

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

而這其中,鋰離子電池原料的短缺,便是「罪魁禍首」。

地殼中,鋰的儲量僅有 0。0065%,且分佈極不均勻。全球生產的電池級 Li2CO3(碳酸鋰)約 70% 集中於南美洲(阿根廷、智利)。雖然中國也有鋰礦,但僅佔全球儲量的 6%,由於需求量太大,目前有約 80% 的鋰資源需要依賴進口。在逆全球化主義的推動下,確實面臨著被「卡脖子」的風險。

同樣的, 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,對鎳、鈷兩種元素的需求,也碰到了與鋰礦類似問題。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

中國鎳礦進口依賴程度超過 80%,主要從印尼、菲律賓進口。而印尼作為全世界紅土鎳礦儲量最多的國家,產量佔據全球近四成,在國際鎳礦領域佔據主導地位。2019 年 8 月,印尼宣佈不再出口鎳礦,造成鎳礦漲價,引起我國電池製造商、鋁合金企業震盪。

當然,我們的企業不會坐以待斃,除了青山控股在印尼拿下鎳礦開採權以外,寧德時代也在去年 6 月,在印尼投資建廠。

雖然大家都在朝著「低鈷」方向走,但 Roskill 預計,2021 年 NCM 和 NCA 正極仍是主流,在已售電動汽車使用的正極材料中佔 70%(按重量計算),對鈷的需求依然會繼續增長。而鈷礦資源分佈同樣不均,約一半集中在剛果(金)。

不過我們的企業同樣很爭氣,去年 12 月,洛陽鉬業從美國「銅巨頭」Freeport-McMoRan(自由港)公司手中,花費 5。5 億美元,得到了 Kisanfu 銅鈷礦 95% 的股份。這個礦不僅蘊含超過 310 萬噸鈷金屬,是目前世界上儲量最大的待開發銅鈷礦之一。而寧德時代在今年 4 月與洛陽鉬業簽署合作協議,將共同開發銅鈷資源。

鋰電池製造原料的稀缺,以及本身分佈的不均,都督促大家尋找可以補完以上不足的備選技術方案。近 10 年,鈉離子電池技術的進步,讓人們看到了另一顆「未來之星」。

鈉離子電池究竟是什麼?

「氯化鈉炒不起來,(因為)鹽很多」寧德時代董事長曾毓群,對鈉離子電池如此稱呼。確實,我們的地表富含鈉,含量達到 2。75%!而且含鈉的化學物容易開採品位高,更重要的是分佈極為廣泛,這就不存在任何卡脖子的問題了。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

鈉每公斤的價格僅為 2 元,而鋰則高達 150 元。鈉離子電池的 BOM 成本相比於鋰離子電池可降低 30-40%。

由於鈉不會和鋁發生反應,所以鈉離子電池的正負極集流體都可以使用,比鋰離子電池銅箔更便宜的鋁箔,這可以進一步降低成本 8% 左右,重量還可降低 10% 左右。

鈉元素不僅分佈廣泛、便宜,還更容易製備,且加工過程相較於鋰滷水的蒸發工藝更環保。但僅有這些生產優勢,並不足以讓鈉離子電池走入主流。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

在元素週期表中,鈉元素與鋰元素同屬於鹼金屬主族,物理化學性質非常相似,甚至可以相容鋰離子電池現有生產裝置。

而鈉離子電池的工作原理也和鋰離子電池類似,本質上都屬於濃差電池,透過氧化還原反應,讓鈉離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插,實現電能的儲存和釋放。也是由於這種離子不斷地在正負極之間穿梭來傳遞能量,所以也被形象地稱為「搖椅」式電池。

但真正讓鋰離子電池得到商業化落地可能的,還是正負極材料的技術突破,因為鈉離子電池是無法相容鋰離子電池現有的三元、四元正極材料和石墨負極的。

目前學術界認為較為典型的鈉離子電池正極材料,主要有三類:層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子、普魯士藍。

業界普遍認為普魯士藍及其類似物材料潛力較大,普魯士藍材料具有較高的容量、結構穩定性高、迴圈效能優異,並且可以相容相容水系和有機系兩種不同體系的鈉離子電池電解液。同時由於普魯士藍是鋼鐵製品的副產品,因此較低為 2 萬元/噸。

負極材料同樣需要重新敲定。因為鋰離子的半徑只有 0。076 nm,而鈉離子的半徑則要大上不少,達到 0。102 nm。所以使用鋰離子電池原有的石墨負極,會使得鋰離子在石墨層脫插困難,並且破壞石墨的層狀結構,最後導致電池罷工。

針對鈉離子的特性,在鈉離子電池負極材料上,科學家對碳基負極材料、鈦基化合物、轉化反應型化合物、金屬間化合物等均進行了測試。目前看,難以被石墨化的硬炭是比較好的鈉離子電池負極材料,但由於需要製備過程中需要 1,000 ℃ 以上的高溫工藝,所以製造成本較高,在 10 萬元/噸左右。

而對於電解液的選擇,鈉離子電池相對從容,可以從鋰離子的六氟碳酸鋰溶質轉變為六氟磷酸鈉,並且可以使用更低的濃度來實現足夠的動力效能,進一步降低了電解液溶質的成本。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

而鈉離子電池安全,也被認為是其重要優勢。

在測試環節中,經歷針刺、擠壓、過充、過放等安全專案測試中做到不起火不爆炸;並且由於鈉離子電池用穩定性更好的鋁箔做負極集流體,所以可以在運輸前將電量完全放空,保障運輸安全,又不影響後續的電池效能。

鈉離子或是「彎道超車」新路徑

對於鈉離子電池的研究,國內外已有不少公司,我大概找了幾家給大家看看。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

包括於 2011 年成立的全世界第一家鈉離子電池公司 FARADION。他們走的是鎳層狀氧化物正極、硬碳負極和有機電解液的技術路線,鈉離子電池的能量密度在 150Wh/kg~160Wh/kg,80% DOD 迴圈壽命 1,000 次。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

ALTRIS 一家來自瑞士的鈉離子電池公司,選擇了普魯士藍正極和水系電解液,其產品可以能量密度 140Wh/kg,可以實現 25 次迴圈容積保持率為 94%。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

而剛才我們提到的中科海鈉,則是國內鈉離子電池行業的泰斗。最早從 2010 年就開始研究鈉離子電池,由中國工程院院士、中國科學院物理研究所研究員,陳立泉創立;中科院物理所研究員胡勇勝擔任董事長兼 CTO。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

2018 年 6 月,中科海鈉推出了全球首輛鈉離子電池(72 V•80 Ah)驅動的低速電動車;2019 年 3 月釋出了世界首座 30 kW/100 kWh 鈉離子電池儲能電站;2021 年 6 月末,中科院物理所與中科海鈉在山西太原綜改區聯合推出了全球首套 1 MWh 鈉離子電池光儲充智慧微網系統。

中科海鈉旗下的產品鈉離子電池採用銅層狀氧化物正極,煤基碳負極和有機電解液體系,能量密度 145 Wh/kg,迴圈壽命 4,000 次。可以說在電池效能上,已經走在世界前列了。

很多人可能看這個陳立泉院士面熟,沒錯,他就是曾毓群的博導。所以說寧德時代搞鈉離子,也算是和中科海鈉師出同門了。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

而此次釋出的寧德時代第一代鈉離子電池,在各項引數上,已經達到並超越以上鈉離子電池廠商的產品,走在行業前列。並且使用了不少新材料與新配方:

在正極材料方面,寧德時代選擇了具有潛在商業化價值的普魯士白和層狀氧化物兩類材料。它們的克容量已經達到了 160 mAh/g,與現有的鋰離子電池正極材料基本相當。針對普魯士白,選擇對材料體相結構進行電荷重排,以解決普魯士白在迴圈過程中容量快速衰減的問題。

在負極材料方面,寧德時代開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料,克容量可達 350 mAh/g以上,具備易脫插和優秀的迴圈性。整體效能與鋰離子電池中的石墨負極相當。

中科院物理所研究員胡勇勝,在自己的文章中寫道:

這預示著,中國鈉離子電池在未來有很大機會在鈉離子電池的應用領域登陸國外市場,並藉助先進的技術和成熟的商業化體系,獲得優勢地位。

寧德時代是一家「新能源科技」公司

對於鈉離子電池的應用方向,根據其特性,業界大多將其使用在儲能、電動兩輪車領域。自從寧德時代董事長曾毓群在 5 月的股東大會上,表示要在 7 月份釋出鈉離子電池後,業界普遍猜測寧德在佈局儲能領域。

其實寧德時代給自己定了三大戰略發展方向,早就不是單純的電池供應商了:

以可再生能源發電和儲能,替代固定式化石能源;

以動力電池助力電動車發展,替代移動式化石能源;

以電動化+智慧化的整合應用創新,加快各領域的新能源替代程序。

所以,儲能這個事情猜對了一半。但我們要知道寧德時代是一家「新能源科技」公司。

陳立泉院士對我國儲能行業的現狀做了詳細分析,並肯定了未來儲能領域的廣闊市場前景,寧德時代自然會先將初代鈉離子電池佈局在它最適合的儲能領域。

根據彭博新能源財經的分析,2020 年動力電池和儲能電池的市場規模已達 174 GWh,預測未來 10 年的複合增長率將超過 30%。2030 年交通和儲能對鋰離子電池的需求將激增至 5。9 Twh!

儲能的需求市場,會成為寧德時代的下一個利潤增長極。但寧德時代對鈉離子電池的期待,其實不僅限於儲能電池。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

他們期望在第二代鈉離子電池上,實現 200 Wh/kg 的能量密度,已經超越了磷酸鐵鋰 180 Wh/kg,滿足了動力電池的需求。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

在 2023 年,寧德時代的鈉離子電池將形成基本產業鏈,到時候磷酸鐵鋰的位子可能要挪一挪了。未來加速鈉離子電池產業鏈的完善和發展, 寧德時代研究院副院長黃起森,還在直播中直接對研究機構、上游的材料供應商和下游的電池應用端發起邀請。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

為了儘快讓鈉離子電池進入動力電池市場,寧德時代開發了 AB 電池解決方案。將鈉離子電池與鋰離子電池放在一個 PACK 中整合混用。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

不同電池的混用,對 BMS 的要求非常高。但鈉鋰的搭配,明顯比「磷酸鐵鋰三元」電池更具優勢。初代鈉離子電池能量密度,在這種組合中被鋰離子電池拉昇,同時還能發揮出了它高功率、低溫效能好的優勢。以此係統結構創新為基礎,可為鋰鈉電池系統拓展更多應用場景。

寧德時代目前已經在與車企以及儲能領域的客戶,就第一代鈉離子電池的使用進行接洽了。

曾毓群將鈉離子電池與鋰離子電池的關係稱作「相互相容互補」。鈉離子電池更多的是對鋰離子電池短板的補齊,將進入更細分的領域,與鋰離子電池共同填補儲能和動力電池市場的空缺。

最後

SNE Research 同樣在 7 月 29 日,公佈了 2021 年上半年全球動力電池市場份額佔比,寧德時代以 34。1 GWh 的裝機量拿走 29。9% 的份額,佔據行業龍頭地位。

作為一家新能源科技公司,寧德時代不會僅滿足於當前在動力電池的領域的榜首位置。站在萬億的市值前,曾毓群需要另闢一條「成熟」的蹊徑,為寧德時代創造新的賽道。

鈉離子電池之於寧德時代,有歷史的必然性和偶然性。

我國由於本土能源結構少汽缺油,是全世界最大的石油、天然氣進口國。同時由於煤炭的大量使用,我國的二氧化碳排放是世界第一。這樣的頭銜,可不是什麼好事兒,能源不在自個兒手裡,時刻受到地緣政治、單邊主義的影響,降低對進口能源的依賴,提升能源安全勢在必行。

不約而同的是,世界各地都在追逐鈉離子電池技術。2020 年,美國能源部公佈了對電池研究計劃的佈局,明確將鈉離子電池作為儲能電池的發展體系;歐盟儲能計劃 「電池2030」 專案公佈了包括鋰離子電池、非鋰離子電池和未來新型電池的未來電池發展體系,其中鈉離子電池被列在非鋰離子電池體系的首位。歐盟「地平線 2020 研究和創新計劃」更是將「鈉離子材料作為製造用於非汽車應用耐久電池的核心元件」重點發展專案(資助 800 萬歐元)。

鈉離子電池不像鋰離子電池那樣,有成本高築且需要進口的原材料,且中國在鈉離子電池技術研發、專利數量、產業佈局上均有優勢。寧德時代選擇鈉離子電池,可以說是「時代的召喚」。

萬億市值後,寧德時代為什麼要做鈉離子電池?

好巧不巧,也是在在 7 月 29 日,華為的旗艦手機 P50 由於晶片「卡脖子」原因延遲 4 個月後終於發售,但全系沒有 5G。

讓人感嘆的是,華為消費電子業務在受到制裁後,已經從第一跌出前五。華為掌握了晶片的設計能力,但沒有掌握最核心的晶片製造能力,甚至國內都沒有一家可以提供高精度光刻機的公司。

也許是因為這樣的前車之鑑,寧德時代選擇主動革新電池物理化學技術,扛起鈉離子電池的大旗,頗有自建「光刻機」,避免「卡脖子」的果斷勇氣和前瞻智慧。

本文來源於汽車之家車家號作者,不代表汽車之家的觀點立場。

頂部