鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池嗎?

鋰電池上游原材料價(jià)格上漲，鈉離子電池替代需求擴(kuò)大，目前，包括寧德時(shí)代、中科海鈉在內(nèi)多家公司已經(jīng)提出2022-2023年實(shí)現(xiàn)中試、產(chǎn)能落地的目標(biāo)，從儲(chǔ)能到動(dòng)力，鈉離子電池需求擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈加速布局;近期鈉甚至有投資者放話(huà)鈉離子電池未來(lái)定能取代今時(shí)今日的鋰離子電池成為新能源電池的主流，那鈉離子電池是否真的會(huì)鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池呢，下面我們來(lái)一起看看吧!

一、鈉離子電池為什么這么少見(jiàn)?

鈉離子電池其實(shí)在電池界其實(shí)不是新技術(shù)，在上個(gè)世紀(jì)七十年代就已經(jīng)提出，諸多科研機(jī)構(gòu)開(kāi)始了對(duì)鈉離子電池的研究工作，其工作原理與鋰離子電池類(lèi)似，利用鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過(guò)程實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程，但研究成果并不理想，主要原因就是因?yàn)殁c離子本身體積較大，所以在充放電過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)會(huì)耗費(fèi)更多的能量，為了增加能量密度就又必須同一時(shí)間內(nèi)增加更多的鈉離子密度，對(duì)于正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)是極大的挑戰(zhàn)，因此現(xiàn)在很少看到鈉離子電池。

二、為什么要重新推出鈉離子電池?

1、安全性和高低溫性能優(yōu)異

眾所周知，鋰離子電池內(nèi)阻較低，因此高溫工作狀態(tài)下容易發(fā)熱升溫影響電池效率，在低溫情況下會(huì)損失大量能量。與鋰離子電池相反，鈉離子電池內(nèi)阻較高，瞬時(shí)發(fā)熱量較低，甚至鈉三元熱箱絕熱測(cè)試400℃才釋放氧氣，比鋰三元高出快200℃。此外，鈉離子電池能夠在-40℃到80℃的溫度區(qū)間內(nèi)工作，高低溫表現(xiàn)優(yōu)于鋰離子電池。

2、超高的充放電倍率

鈉離子電池結(jié)構(gòu)是開(kāi)放式的3D結(jié)構(gòu)，且鈉離子在電解液中的溶劑化程度低，具備更高的離子導(dǎo)電率和正負(fù)極界面處更高的遷移效率，因此在同樣的溫度條件下，充放電倍率要比鋰離子更高，且在低溫環(huán)境下鈉離子同樣可以保持高倍率充放電，能夠適應(yīng)響應(yīng)型儲(chǔ)能和規(guī)模供電。

3、成本因素

成本因素，近年來(lái)受下游新能源汽車(chē)銷(xiāo)量的大幅增長(zhǎng)以及外圍因素影響，鋰離子電池原材料的價(jià)格也呈現(xiàn)高速增長(zhǎng)的狀態(tài)。以碳酸鋰為例，價(jià)格已從年初的27.5萬(wàn)元/噸上漲至今日的46.9萬(wàn)元/噸，同時(shí)鋰資源的全球儲(chǔ)量有限，鋰元素在地殼中的含量?jī)H為0.0065%，當(dāng)前全球都在瘋狂高價(jià)爭(zhēng)奪鋰礦資源。預(yù)計(jì)未來(lái)全球鋰資源供應(yīng)緊張將長(zhǎng)期持續(xù)，高鋰價(jià)將是未來(lái)行業(yè)常態(tài)。與此相反的是鈉資源儲(chǔ)量豐富，地殼豐度為2.64%，是鋰資源的440倍，且鈉資源分布廣泛、提煉簡(jiǎn)單。寧德時(shí)代推出第一代鈉離子電池，更多的也是希望鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化能幫助其在面對(duì)上游鋰礦時(shí)有更多的話(huà)語(yǔ)權(quán)。

三、鈉離子電池會(huì)取代鋰離子電池嗎?

1、能量密度是硬傷

在同樣攜帶1個(gè)電荷的情況下，鈉離子的質(zhì)量是鋰離子的將近4倍，這就對(duì)能量密度有所影響;鈉離子半徑較大，其脫嵌過(guò)程又會(huì)造成較大的體積變化，對(duì)電池壽命又有一定的影響。要獲取高能量密度需要同一時(shí)間內(nèi)釋放更多的鈉離子，這又會(huì)對(duì)電池質(zhì)量和電池正負(fù)極材料提出挑戰(zhàn)。目前寧德時(shí)代推出的第一代鈉離子電池理論能量密度為160Wh/kg，低于自家磷酸鐵鋰電池174Wh/kg的單體能量密度，更不及比亞迪第二代刀片電池180Wh/kg的能量密度，況且鈉離子電池實(shí)際應(yīng)用能量密度肯定低于理論值。對(duì)于當(dāng)下新能源電池需求最高的新能源汽車(chē)而言，高續(xù)航里程才是首要標(biāo)準(zhǔn)。

寧德時(shí)代為了解決鈉離子電池能量密度不足的問(wèn)題，創(chuàng)造性提出了AB電池的混搭使用方案，也就是在單個(gè)電池包中同時(shí)集成了鈉離子電池和鋰離子電池，然后通過(guò)BMS的精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制，這樣可以實(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)?；蛟SAB電池方案是當(dāng)下鈉離子電池發(fā)展的有效路徑之一，但同時(shí)也對(duì)BMS的精準(zhǔn)算法和實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性提出了更高的要求，而且最終電池pack的能量密度天花板明顯，只能算是當(dāng)下的一個(gè)過(guò)渡方案而非鈉離子電池的發(fā)展趨勢(shì)。

2、鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化道路漫漫

雖然我國(guó)在鈉離子電池的研究道路上一直處于世界前列，目前多家公司包括龍頭企業(yè)寧德時(shí)代都在研究并推出鈉離子電池，且鈉離子電池與鋰離子電池結(jié)構(gòu)相似，看似能夠隨時(shí)切入鋰離子電池的生產(chǎn)線(xiàn)，但是實(shí)際上當(dāng)前鈉離子電池目前仍然偏實(shí)驗(yàn)階段，尚未建立起像鋰離子電池那樣成熟的上下游產(chǎn)業(yè)鏈條，要知道從礦產(chǎn)到動(dòng)力電池是一個(gè)很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈，需要上千家公司經(jīng)過(guò)近三十年的研發(fā)和努力才形成當(dāng)前成熟而有效的供應(yīng)體系。況且鈉離子電池對(duì)于當(dāng)前鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)影響巨大，尤其是正極負(fù)極材料完全不同，生產(chǎn)工藝也不一致，無(wú)法直接嵌入當(dāng)前的生產(chǎn)供應(yīng)體系。當(dāng)下的鈉離子電池所處階段大概類(lèi)似于十年前的鋰離子電池，但并沒(méi)有足夠多供應(yīng)商形成快速有效的發(fā)展體系，因此粗略判斷鈉離子電池未來(lái)的發(fā)展路徑不會(huì)像鋰離子電池這樣快速。

3、與其說(shuō)那離子電池會(huì)不會(huì)替代鋰離子電池，不如說(shuō)鈉離子電池與鋰離子電池可以互補(bǔ)

鈉離子電池雖然能量密度較低且產(chǎn)業(yè)化道路漫長(zhǎng)，不適宜規(guī)模應(yīng)用于中高端乘用車(chē)市場(chǎng)，但這無(wú)法抹殺其低成本、高低溫表現(xiàn)和高充放倍率等優(yōu)異性能，所以鈉離子電池在對(duì)于快充能力要求較高的儲(chǔ)能領(lǐng)域有著強(qiáng)大的天然優(yōu)勢(shì)，而鋰離子電池則可以專(zhuān)注于高速車(chē)和高端乘用車(chē)領(lǐng)域，雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成各自專(zhuān)注應(yīng)用領(lǐng)域的合理競(jìng)爭(zhēng)局面，共同瓜分新能源市場(chǎng)這塊大蛋糕。

另一方面鋰離子電池減少應(yīng)用場(chǎng)景，更加聚焦新能源汽車(chē)領(lǐng)域，也更有利于下游電池廠(chǎng)商擁有更多的話(huà)語(yǔ)權(quán)和議價(jià)權(quán)，倒逼上游鋰礦等原材料價(jià)格的穩(wěn)定與趨緩，新能源汽車(chē)的價(jià)格也有望下降，這才是惠及消費(fèi)者的好事，也是電池行業(yè)推動(dòng)鈉離子電池發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>