15分鐘充電80%,寧德時代的鈉離子電池有哪些黑科技?

7月29日,動力電池巨頭寧德時代釋出了第一代鈉離子電池。寧德時代宣稱,鈉離子電池的電芯單體能量密度達到160Wh/kg,達到全球最高水平。

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長期以來,鋰電子電池都是儲能領域的“主力軍”,隨著電動汽車及規模化儲能技術的推廣應用,鋰的需求量逐年遞增。

需求的激增,加上鋰資源的儲量問題,導致鋰電池的價格不斷上漲。在這樣的背景下,寧德時代的第一代鈉離子電池備受關注。鈉離子電池有哪些優勢?是不是真的能取代鋰離子電池?

根據中國化學與物理電源行業協會統計資料,2020年全球與中國新增電化學儲能中,鋰電池儲能佔比分別是96%和92%,行業覆蓋率佔據主導地位。可以說,鋰資源在電池儲能和電動車發展中的地位舉足輕重。

隨著便攜電子裝置和新能源電動汽車的飛速發展,鋰離子電池的生產製造達到了空前規模,並且各大鋰電池生產商都在不斷的擴大其產能,這必然導致鋰資源大量消耗和價格上漲。

然而如此重要的資源,它的儲量並不高,事實上鋰並不是一種豐富的資源,在地殼中的含量只有0。0065%,而且鋰資源分佈不均勻,70%的鋰分佈在南美洲地區。我國鋰資源不算貧瘠,但由於資源開採成本等問題,目前我國80%的鋰資源供應依賴進口。

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而與鋰處於同一主族具有相似物理化學性質的鈉資源非常豐富,其在地殼中的丰度位於第6位。更重要的是鈉分佈於全球各地,完全不受資源和地域的限制,所以鈉離子電池相比鋰離子電池有非常大的資源優勢。

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另一方面,鈉離子電池由於鈉價格低廉而具有很大的潛在價格優勢,鋰的價格為150元/kg,而鈉的價格僅為2元/kg,幾乎是鋰價格的1。3%。具體到電池材料上,鈉離子電池材料成本也比鋰離子電池低30%-40%。因此,鈉離子電池比鋰離子電池更加適合應用於低速電動車和大規模儲能等領域,比如風力電站、太陽能電站、物流車等。

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寧德時代釋出的第一代鈉離子電池,按照官方的說法,電芯單體能量密度達到160Wh/kg,這是目前全球最高水平。

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雖然這個能量密度在鈉離子電池上已經是突破,但是和鋰離子電池相比,依然有差距。目前,鋰離子電池的能量密度在150-250Wh/kg左右,高的甚至能到300Wh/kg,也就是說,鈉離子電池的能量密度僅為鋰離子電池的53%-64之間。

可以想象的是,同樣重量的一款電池,鋰離子的續航如果是500公里,那麼鈉離子電池的續航只有265-320公里。要想做到相同的續航,就必須增加電池的重量和體積,這對於寸土寸金的汽車內部空間來說就是個巨大的挑戰。

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除了能量密度外,目前鈉離子電壓的電壓和壽命也不如鋰離子電池,這會直接影響到充電速率和電池充放電次數。不過這次寧德時代的鈉離子電池,可以做到常溫下充電15分鐘,電量達到80%。雖然不知道這個資料對應的電池容量是多少,不過在快充方面,鈉離子電池已經趕上來,甚至比磷酸鐵鋰電池更加出色。在電池壽命方面,從寧德時代的提供的圖片來看,鈉離子電池似乎和磷酸鐵鋰電池相當了。

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和鋰離子電池相比,鈉離子在低溫環境下擁有更好的放電能力,根據寧德時代的資料顯示,其第一代鈉離子電池在-20℃低溫環境下,仍然有90%以上的放電保持率。這就使得電動汽車在高寒地區的高功率場景下,有更好的表現。

這麼看來,和磷酸鐵鋰電池相比,除了能量密度低之外,鈉離子電池在其他幾個重要的方面似乎已經不落下風。為了提高能量密度,寧德時代開發了AB電池解決方案,可以實現鈉離子電池和鋰離子電池的整合混合共用。

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簡單地說,就是把鈉離子電池和鋰離子電池同時整合到同一個電池系統裡,將兩種電池按一定比例和排列進行混搭,串聯、並聯、整合,透過BMS的精準演算法,進行不同電池體系的均衡控制,實現兩種電池間的取長補短。既彌補了鈉離子電池在現階段的能量密度短板,也發揮出了它的高功率、低溫效能的優勢。

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按照圖中的組合方式,如果把一個電池系統裡的三分之一鈉離子電池換成鋰離子電池,可以在純鈉離子電池的基礎上,提高15%左右的能量密度,直接增加整塊電池系統的續航。這也為鈉離子電池應用在低級別的電動汽車提供了可能性。

雖然以目前的表現來看,鈉離子電池大規模應用到電動汽車還不太可能,但是這僅僅是個開始。要知道近十年來,在旺盛市場需求下,鋰電池能量密度提升了3倍,成本下降了80%,迴圈壽命達到了16年。如果有持續的市場需要、投入和研發,鈉離子電池在未來取代鋰離子電池也不是沒有可能。

說到寧德時代,動力電池巨頭這個頭銜似乎早就被大家所接受了,畢竟在動力電池裝機量方面,寧德時代已經連續四年奪得全球冠軍了。依靠著電池方面的出色表現,寧德時代股價大漲,董事長曾毓群持股市值也水漲船高。7月8日 ,寧德時代董事長曾毓群的身家超過馬雲,成為中國第三大富豪;7月28日,又超越了馬化騰,躍升中國第二大富豪,僅次於農夫山泉董事長鍾睒睒。

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不過從去年開始,寧德時代的榜首位置來的越來越困難,原因就在於LG化學、三星SDI和SK的強勢增長。

韓國研究機構SNE Research釋出的全球動力電池裝機量市場報告顯示,2020年全年,全球動力電池市場總裝機量約為142。8 GWh,相比去年總裝機量118 GWh增長約21%。其中,寧德時代依舊排在第一位,總裝機量達34。3 GWh,同比上升5。4%,LG能源解決方案總裝機量達33。5 GWh,同比上升達到172%,僅稍稍落後於寧德時代,並且上升速度驚人。除了LG化學外,韓國三星SDI和SK的創新也實現了持續增長。

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SNE Research 7月19日釋出報告顯示,今年5月全球註冊的電動汽車電池總能量為19。7GWh,一年內增長3。3倍以上。在電池裝機量排行榜上,LG能源解決方案的裝機量躍升3。7倍至5。7GWh,擊敗寧德時代和三星SDI升至榜首,SK創新排名稍後。

今年前5個月,在全球電動汽車電池使用量方面,寧德時代雖然位居榜首,但排名第二的LG能源解決方案僅僅輸了0。4GWh。

可以預見的是,在未來很長的一段時間內,寧德時代依然是動力電池的巨頭,但是LG能源解決方案和其他對手,也會迎頭趕上甚至超越寧德時代。對於寧德時代來說,開發更有競爭力的鈉離子電池,並快速形成完整的產業鏈,獲得更多動力電池的裝機量,可能是一條不得不走的路。

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。

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