續(xù)航里程、充電效率、循環(huán)壽命、溫度敏感．．．甭管是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池,都逃不過(guò)這些痛點(diǎn)。同時(shí),這也是卡住新能源汽車(chē)脖子的重要瓶頸。

七月二十九日,CATL正式公布第一代鈉離子電池,并公布詳細(xì)正極、負(fù)極、電解液的相關(guān)細(xì)節(jié)以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)。除此之外,CATL有關(guān)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化布局,關(guān)于上游材料供應(yīng)和下游消費(fèi)市場(chǎng)預(yù)計(jì)也會(huì)出現(xiàn)深遠(yuǎn)影響。

今天,我們就來(lái)好好聊聊啥是鈉離子電池,它的出現(xiàn)又會(huì)對(duì)新能源汽車(chē)發(fā)展出現(xiàn)什么影響?

一切從元素周期表說(shuō)起

任何高新技術(shù)的基礎(chǔ)都是材料特性的合理應(yīng)用,半導(dǎo)體(芯片)是這樣,電池也不例外。元素周期表上有數(shù)百種金屬/非金屬元素,什么能用來(lái)做化學(xué)電池已經(jīng)被前人測(cè)試過(guò)無(wú)數(shù)次,其中氫(燃料動(dòng)力電池)、鋰(鋰電池)、鈉(鈉離子電池)脫穎而出,成為最有潛力的選擇。

而電池的本質(zhì)其實(shí)就是讓電子/離子規(guī)規(guī)矩矩的定向移動(dòng),電子的尺寸/質(zhì)量無(wú)限接近于零,不要給TA準(zhǔn)備工作所需的"辦公室",所以,離子大小/質(zhì)量就成了決定電池能量密度的最重要因素。就電池微觀結(jié)構(gòu)來(lái)看,作為11號(hào)元素的鈉(11個(gè)質(zhì)子/11個(gè)中子)在能量密度方面天生相比3號(hào)元素的鋰(3個(gè)質(zhì)子/3個(gè)中子)就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是,鈉離子們作為胖子要更大空間的"辦公室"進(jìn)行嵌入和脫出工作,這樣一來(lái),相同的"辦公大樓"能入駐的員工就會(huì)比瘦子少一些。即,沒(méi)有那么多離子參和工作,所以容量小、功率低。

CATL第一代鈉離子電池能做到160kWh/kg單體能量密度,雖然還達(dá)不到大量使用鈷、鎳、錳稀有元素的三元鋰電池得高度,但已經(jīng)基本和磷酸鐵鋰電池持平,這無(wú)疑已經(jīng)相當(dāng)了不起。

達(dá)到這樣的能量密度是不是有些反直覺(jué)?這是因?yàn)橛绊戨姵厝萘康倪h(yuǎn)不止胖子VS瘦子的關(guān)系。

限制電池能量密度的重要是正極材料,而CATL第一代鈉離子電池使用的是普魯士白、層狀氧化物,相比于使用磷酸鐵正極的刀片電池,這種正極材料塑造的"大房間"結(jié)構(gòu)更可靠耐用,且可以讓鈉離子這個(gè)胖子更靈活穿梭于電解液、正/負(fù)極。

你可以理解為,胖子們雖然占了更大"辦公室",但出勤率很高,而且房子壽命長(zhǎng),工作體驗(yàn)好,離職率低,能使整個(gè)部門(mén)長(zhǎng)久保持戰(zhàn)斗力。帶來(lái)的好處就是,鈉離子電池充放電效率更高,并且循環(huán)壽命更長(zhǎng)。

和此同時(shí),鑒于胖子比瘦子更耐寒的特點(diǎn),鈉離子電池對(duì)環(huán)境溫度也不那么敏感。按照官方給出的數(shù)據(jù),第一代鈉離子電池在-20°的環(huán)境下依舊能保持90%的放電保持率,相比鋰電池更適用于高寒地區(qū)/高功率用車(chē)場(chǎng)景。

鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)

成本,一直是制約動(dòng)力鋰電池發(fā)展得重要因素,在新能源汽車(chē)上電池?zé)o疑占了造車(chē)成本的大頭。而這種情況在鈉離子電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后會(huì)有顯著改善。

現(xiàn)役動(dòng)力鋰電池所需的鋰元素,其在地殼中的含量約為0．0065%,其儲(chǔ)量在元素周期表中極為靠后,目前鋰礦輸出最多的是南美的智利,價(jià)格高,且供不應(yīng)求。光這一項(xiàng)就讓很多電池制造商受不了,更別提三元電池所需的鈷(0．001%),就更金貴了。

再看看鈉離子電池,鈉離子這玩意人我們天天接觸——食鹽(氯化鈉),元素在地殼中含量高達(dá)2．32%,排行老六。并且這玩意兒不是以礦石方式存在的,鹽湖中到處都是粗鹽,沒(méi)啥開(kāi)采和提純難度。正是鈉元素"爛大街"的屬性,充分奠定了第一代鈉離子電池低成本的基礎(chǔ)。

材料方面,負(fù)極使用的是硬碳材料,其能量密度可以達(dá)到350mAh/g+,不是電池容量的瓶頸;特制的新型電解液重要都是技術(shù)工藝成本,也不會(huì)被上游的材料卡脖子。

除此之外,同樣是正極+負(fù)極+電解液的電池工藝,就電池制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備而言,鈉離子電池也能完全兼容現(xiàn)役的鋰電池的生產(chǎn)線。換句話說(shuō),從生產(chǎn)鋰電池到生產(chǎn)鈉離子電池不要針對(duì)設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模的改裝就行,又少了"建廠"這項(xiàng)大開(kāi)支。這和鈉氫作為員工的燃料動(dòng)力電池有著本質(zhì)差異。

實(shí)際上,鈉離子電池和鋰電池都是同一種工作方式,本身就不是什么高新技術(shù),再加上從材料到工藝的低成本特性,一旦實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,就能最大限度發(fā)揮其電池本身的特性?xún)?yōu)勢(shì):穩(wěn)定可靠、安全性好、容量衰減小、充放電功率高。

鈉離子電池的應(yīng)用前景

當(dāng)然,我們還是要清醒認(rèn)識(shí)鈉離子電池的低能量密度特性,這玩意兒在高端純電汽車(chē)領(lǐng)域沒(méi)多大發(fā)展前景,畢竟,續(xù)航里程目前仍舊是新能源汽車(chē)的首要價(jià)值指標(biāo)。

未來(lái)的高端純電汽車(chē)重點(diǎn)還是要攻堅(jiān)動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)能密度的問(wèn)題,例如固態(tài)電池、超級(jí)電容等都是發(fā)展方向。

但在像五菱宏光MINIEV、奇瑞小螞蟻這樣的微型純電汽車(chē)上,鈉離子電池的應(yīng)用無(wú)疑會(huì)進(jìn)一步壓縮成本,其價(jià)格也有望進(jìn)一步下探。按照官方給出的數(shù)據(jù),下一代鈉離子電池的目標(biāo)是200kWh/kg+,且兼容大功率快充也會(huì)更容易,潛力還是很大的。

至于20萬(wàn)左右的主流家用車(chē)市場(chǎng),CATL準(zhǔn)備的是"混合電池"應(yīng)用方法。即,把三元鋰電池和鈉離子電池以固定比例進(jìn)行陣列化的組裝,在保證基礎(chǔ)電容量的同時(shí),也能更好發(fā)揮鈉離子電池低溫環(huán)境大功率輸出,直流快充速度的優(yōu)勢(shì)。

直白點(diǎn)說(shuō)就是,搭載這種混合電池的車(chē)子不會(huì)被電池組的輸出功率限制其性能,電機(jī)功率可以做到更大。就拿TSLA舉例,0-100km/h雖然很猛,但超過(guò)這個(gè)速度其加速能力相比大排量跑車(chē)就會(huì)明顯衰減,但使用復(fù)合電池組再配上更大功率的電機(jī)就可以很好改善這個(gè)問(wèn)題。

而實(shí)際上,假如真的實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的超強(qiáng)產(chǎn)量,使其成為白菜價(jià),想必不光是新能源汽車(chē)會(huì)向CATL拋出橄欖枝,核電、風(fēng)電以及各種重工業(yè)耗電大戶(hù)都會(huì)朝聞風(fēng)而動(dòng)。

原因很簡(jiǎn)單,一天24小時(shí)的用電量存在峰谷電價(jià)之分。像核電、風(fēng)電這種24小時(shí)工作的產(chǎn)電大戶(hù),就能在深夜這種用電低谷依舊能馬力全開(kāi),然后把電能通過(guò)低成本的電池陣列儲(chǔ)存起來(lái),到了用電高峰再用。相應(yīng)的,廠也可以在深夜用更便宜的電價(jià)給電池充電,從而節(jié)約開(kāi)支。

總結(jié)

從技術(shù)角度看,鈉離子電池算是鋰電池的一個(gè)補(bǔ)充,并不能徹底改變新能源汽車(chē)的發(fā)展方向,但對(duì)目前的市場(chǎng)格局會(huì)有一定沖擊。但更低成本的鈉離子電池?zé)o疑更加有規(guī)劃化、產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用前景,這對(duì)目前國(guó)內(nèi)工業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)都會(huì)出現(xiàn)深遠(yuǎn)影響。

試想一下,假如跟存大米相同,每個(gè)中小型廠有能力儲(chǔ)存一周的用電量,每個(gè)家庭有能力儲(chǔ)存半年的用電量,這會(huì)對(duì)人的生活方式帶來(lái)什么革命性變化?