锂电池是大部分电动汽车的首选,但无奈锂电池的成本过高,锂辉石的矿储存含量也有限,研究新的电池是势在必行的事情。


最近宁德时代发布了全球第一代钠离子电池,据悉这种钠离子电池的电芯单体能量密度达到160Wh/kg。可以在正常情况下,充电15分钟,汽车电量就可以达到80%,已经初步具备快充功能。钠离子电池也可以解决目前新能源汽车续航焦虑的问题。 


宁德时代正式发布了第一代钠离子电池,同时,创新的锂钠混搭电池包也首次亮相。

突破钠离子电池技术瓶颈


钠离子电池有着与锂离子电池相似的工作原理,主要通过钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。

然而,相较锂离子,钠离子体积较大,在材料结构稳定性和动力学性能方面要求更严苛,这也成为钠离子电池迟迟难以商用的瓶颈。
宁德时代多年来深耕钠离子化学体系材料的研发:在正极材料方面,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料,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。


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。

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

其电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。


第一代钠离子电池既可应用于各种交通电动化场景,尤其在高寒地区具有突出优势,又可灵活适配储能领域全场景的应用需求。


四大创新支撑三大方向


材料与化学体系的基础研究是关键。宁德时代董事长曾毓群表示,有人认为电池的化学体系已很难创新,只能在物理结构上做些改进。但我们认为,电化学的世界,就像能量魔方,未知远远大于已知,我们乐此不疲地探索着其中的奥秘。”


曾毓群介绍,宁德时代构建了高通量材料集成计算平台,在原子级别对材料进行模拟计算和设计仿真,凭借对原理的深刻理解,借助先进的算法和强大的算力,寻找各种材料基因的结合点,开发出更适合钠离子电池的各类材料,推动其进入产业化的快速通道,并不断迭代。下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。

在系统创新方面,宁德时代在电池系统集成方面另辟蹊径,开发了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,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。以此系统结构创新为基础,可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。


多维布局推动钠离子电池产业化


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,宁德时代已启动相应的产业化布局,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。


宁德时代的危与机


由于新能源汽车的火爆,催生了动力电池巨大的市场。

据SNE Research预测,到2023年,全球电动汽车对动力电池的需求达406GWh,而动力电池供应预计为335GWh,缺口约18%。而到2025年,这一缺口将扩大到约40%。动力电池行业出现了供需结构严重失衡的现象。


另外,根据SNE Research 7月29日发布的最新数据,2021年上半年,宁德时代以29.9%的市占率排名第一;韩国电池三巨头——LG能源、三星SDI和SK创新上半年全球动力电池装机量市占率合计达34.9%,分列第二、第五和第六;松下和比亚迪分别以15%和6.9%的市占率位列第三与第四。

尽管已经成为电池行业当之无愧的龙头企业,但宁德时代或许从未感到过轻松。对手们穷追不舍,宁德时代的老大地位还不够牢固。


在6月18日举办的“中国汽车论坛”上,LG新能源亚洲营销总经理朴镇庸表示,LG能源研发的采用高镍四元(NCMA)作为正极材料的新一代动力电池将在其南京基地投产。


特斯拉率先向LG能源递出橄榄枝。据外媒报道,特斯拉准备在中国制造的 Model Y 车型中使用 LG 能源的 NCMA 四元锂电池,宁德时代或将受到冲击。


比亚迪凭借刀片电池也开始在中国市场攻城略地,目前,一汽集团、长安福特、现代和丰田等车企均表示与比亚迪洽谈过刀片电池合作。
7月14日,长春市政府、中国一汽集团、比亚迪共同签署新能源动力电池投资合作协议,意味着一汽或将加大比亚迪动力电池的配套比重。

不过随着钠离子电池的发布,宁德时代或许将发起一波反攻。


比亚迪的刀片电池和LG能源的四元锂电池均主打安全性能,这与宁德时代第一代钠离子电池的优势不谋而合,但与前两者相比,低成本将是宁德时代争抢市场的一把利刃。


上海有色网报价显示,今年以来,电池级碳酸锂及电池级氢氧化锂报价已分别大涨66.04%和96.97%。上游关键材料价格不断攀升,这让市场急于寻找锂的替代品。


安信证券指出,由于与锂离子电池的生产过程类似,因此钠离子电池可以直接使用现有的锂离子电池生产线,只需对原产线略加改造即可,给予了钠离子电池较强的替代性以及较大发展空间。

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