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鈉離子電池火了! 究竟有何“過人之處” 會替代鋰電池?2021-08-04 08:07

7月29日,寧德時代預(yù)熱許久的鈉離子電池終于登場,憑借著多番優(yōu)勢,一經(jīng)發(fā)布便引發(fā)業(yè)內(nèi)嘩然,一時間,關(guān)于鈉離子電池的討論甚囂塵上,連帶鈉離子電池概念股也在寧德時代發(fā)布其鈉離子電池預(yù)告的前后幾天勢如破竹,創(chuàng)下多股漲停的不菲戰(zhàn)績。那么鈉離子電池究竟有何過人之處?它的出現(xiàn)又會對鋰離子電池產(chǎn)生什么樣的影響?且看SMM深度解析。

鈉離子電池究竟是何方神圣?

與鋰離子電池有何不同?

鈉離子電池與鋰離子電池類似,是一種二次電池(充電電池),主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作。

相比于鋰離子,鈉離子在關(guān)鍵的電化學(xué)性能能量密度方面表現(xiàn)偏弱。據(jù)公開資料顯示,鈉離子電池的工作電壓為2.8-3.5V,在現(xiàn)有材料體系下的能量密度僅為100-150WH/KG,這一數(shù)據(jù)雖然高于鉛酸 電池的2V與40-50WH/KG,但遠低于目前的鋰離子電池的工作電壓3.0-4.5V以及150-250WH/KG的能量密度。

而需要注意的是,目前大火的新能源汽車動力電池,更傾向于追求高能量密度和高續(xù)航里程的電池,因此從電化學(xué)性能能量密度這一方面來看,鈉離子電池因其能量密度低的特性,很難取代鋰離子電池成為主流路線。

此外,鈉離子的半徑也遠高于鋰離子,這同樣會成為限制鈉電池發(fā)展的重要因素。主要從三方面來看:

一是與負極材料的嵌合度。眾所周知,電池的充放電過程本質(zhì)上便是離子的脫嵌在入嵌的過程,而這也要求電池的正負極中都需要有儲存離子的材料。在鋰離子電池中,負極處大多用的都是石墨負極,而由于其本身的蜂窩狀結(jié)構(gòu),其石墨層可以很好地與鋰離子嵌合。

但是鈉離子的半徑卻遠高于鋰離子,這也意味著,鈉離子不可能完全嵌入石墨結(jié)構(gòu),而若是采用可嵌入的硬碳或其他負極材料,也會極大影響電池整體的能量密度。這對于追求高能量密度電池的新能源動力電池而言并不友好。

二是拉低電池整體的充放電性能。因為鈉離子半徑比之鋰離子更大的特點,導(dǎo)致其在電池結(jié)構(gòu)中遷移速度慢,移動速率低,這也意味著在同一規(guī)格下,鈉電池的充放電循環(huán)相對鋰離子電池而言需要更長的時間周期,拉低電池整體的充放電性能。

最后一點是影響電池循環(huán)壽命。因為鈉離子的半徑較大,其在充放電嵌出嵌入過程中相對鋰離子而言更容易導(dǎo)致電極材料體積膨脹,部分鈉離子在嵌入的過程中無法順利嵌入,導(dǎo)致不可逆的電池容量損失,電池衰減速率上升,影響電池本身的循環(huán)壽命。

不過即便鈉離子電池相對于鋰離子電池有上述諸多不敵之處,但鈉離子電池的隆重問世,就足以證明其有存在的意義。在SMM看來,鈉離子電池最大的優(yōu)勢還是在于成本。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,疊加近年來3C,小動力等領(lǐng)域需求也有所放量,鋰電池行業(yè)整體對上游資源的需求量也與日俱增,在一定程度上形成資源擠兌局面,碳酸鋰,硫酸鈷等多種原材料價格大幅上行。據(jù)SMM歷史價格顯示,僅是碳酸鋰價格,便已經(jīng)從2020年年底的51500元/噸漲至如今的89000元/噸,漲幅高達72.8%。而硫酸鈷的價格,也從年底的57500元/噸,漲至如今的81000元/噸。由此不難看出,上游原料端本身資源存儲量有限的情況,是助推價格上漲的主導(dǎo)因素。

而據(jù)了解,鋰離子的地殼豐度僅為0.0065%,且其中可經(jīng)濟開采的資源量有限,高低品質(zhì)差異較大,同時還存在嚴重的分布不均的特點,其中優(yōu)質(zhì)資源多集中的南美、澳洲等地,這也使得我國作為全球主要的鋰資源消耗國,但卻高度依賴進口原料供應(yīng)。

但與之相對的,鈉離子在地殼豐度達到了2.75%,遠高鋰離子的0.0065%,且全球分布相對廣泛,這也使得鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模之后恐在原料成本方面相對鋰而言更具有優(yōu)勢。

寧德時代鈉離子電池有何“過人之處”?

據(jù)寧德時代發(fā)布會公布的電池性能信息來看,這款電池可謂亮點頗多:

1. 能量密度方面,據(jù)寧德時代數(shù)據(jù)顯示,其第一代鈉離子電芯的單體能量密度將達到驚人的160Wh/kg,為全球最高水平,相對于當前鈉離子電池行業(yè)普遍能量密度的120-130wh/kg提升了約30%。

2. 優(yōu)異的快充性能,該電池在常溫下快充15分鐘能夠充至電量的80%,同時低溫性能優(yōu)異,在零下20度的低溫環(huán)境下,同時熱穩(wěn)定性優(yōu)異,容量保持率在90%以上。

3. 該電池的系統(tǒng)集成效率可達80%以上,同時可以與鋰離子的電池混合通用,將兩種不同的電池混搭,串聯(lián),并通過BMS實現(xiàn)精準控制。

4. 制造工藝:當前鈉離子的制造工藝鋰離子電池類似,其設(shè)備可通用。同時,這一數(shù)據(jù)已經(jīng)接近當前磷酸鐵鋰的能量密度水平,遠超鉛酸電池的50wh/kg。

鈉離子在未來可能會應(yīng)用于哪些場景?

首先是兩輪車電池端,雖然寧德時代發(fā)布的鈉離子電池遠超行業(yè)平均水平,但是距離磷酸鐵鋰與三元鋰電池仍有一定的差距,在其能量密度獲得突破性進展之前,在汽車端較難進行大規(guī)模應(yīng)用。不過對于主要定位于進行中短距離移動,且終端客戶對價格極為敏感的兩輪車電池而言,鈉離子電池或許是一個不錯的選擇。

二是在高緯度地區(qū)的應(yīng)用。這點要涉及到鋰離子電池在低溫環(huán)境下性能降低的特點,據(jù)悉,鋰離子電池由于其自身特性原因,在寒冷的場景下極易發(fā)生活性降低,內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率變慢,容量保持率大幅降低的情況,因此,在高緯度地區(qū),鋰離子電池的應(yīng)用受到極大限制。但反觀鈉離子,有數(shù)據(jù)顯示,鈉離子電池在-20℃的環(huán)境下仍有90%的放電容量保持率,在-38℃仍可以正常使用,同時無需進行特殊優(yōu)化,成本也將得到有效的控制,該特性在一定程度上拓寬了電池的使用場景,填補該領(lǐng)域的空白。

三是儲能領(lǐng)域。相比于此前儲能領(lǐng)域如5G基站多采用鉛酸電池的情況,兼具能量密度高,循環(huán)壽命長,安全性能高,成本較低等優(yōu)點的鈉離子電池,在全生命周期成本的角度優(yōu)于鉛酸電池,有望成為儲能領(lǐng)域鉛酸電池的優(yōu)質(zhì)替代品。而其具有的優(yōu)秀低溫性能與混搭特性可讓廠商依據(jù)當?shù)氐臏囟拳h(huán)境,發(fā)電量用電量,使用場景等進行靈活的選擇。

四是換電領(lǐng)域,在當前國家大力發(fā)展換電模式,各大車企也多有向該方向布局的情況下,鈉離子具有的低成本的特性在一定程度上可以降低換電站的建設(shè)成本,在總投資不變的情況下提高換電站平均電池儲備量,同時其相對鋰離子電池更為優(yōu)秀的快充性能縮短充電所耗時間,提高電池的周轉(zhuǎn)率與換電站的日服務(wù)能力,便于廠商縮短投資回收期,加快換電服務(wù)進程。而這一點對于兩輪車換電領(lǐng)域也是同樣適用。

鈉離子電池是否會取代鋰離子電池的地位?

機構(gòu)評論:

在寧德時代首次宣布將發(fā)布鈉離子電池后,針對業(yè)內(nèi)關(guān)于“鈉離子電池是否會取代鋰離子電池”的疑問,中泰證券表示,鈉離子電池不改鋰中長期高景氣。中泰證券認為,鋰離子電池仍是新能源電池主流技術(shù)路線。

國泰君安證券表示,我國鋰資源70%都需要進口,鈉離子電池是對鋰離子電池的支撐和保障。發(fā)展鈉離子電池的主要場景是基站、電動自行車等對能量密度需求不高的領(lǐng)域,未來有望具備成本低、安全性好等優(yōu)勢,是三元高鎳技術(shù)路線的很好補充。

華金證券認為,鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期,產(chǎn)業(yè)化之后有望實現(xiàn)對部分低能量密度的動力鋰電池市場和儲能市場實現(xiàn)替代。

東北證券則認為,鈉離子電池與新能源車電池需求匹配度低,暫無替代鋰電池成為動力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性。

華安證券也表示,鈉離子電池的低能量密度及循環(huán)性能對應(yīng)更多的輔材消耗以及更高的度電成本。除去規(guī)?;蛩刂?,鈉離子電池的降本之路仍然面臨重重阻礙。

另,平安證券稱,鑒于鈉離子電池本身能量密度較低且提升空間有限的情況,因此其在行業(yè)內(nèi)更多地扮演新能源細分領(lǐng)域替代者的角色,有望率先在對能量密度要求不高、成本敏感性較強的儲能、低速交通工具以及部分低續(xù)航乘用車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用,對中高端乘用車市場影響十分有限。

SMM獨家評論

考慮到鈉離子的種種特點,SMM認為,當前,鈉離子電池雖然還仍處于產(chǎn)業(yè)化初期階段,但就目前寧德時代公布的信息來看,鈉離子電池優(yōu)點較為突出,即便其在能量密度方面依舊與鋰離子電池有一定的差距,暫時無法應(yīng)用于對能量密度要求較高的新能源汽車領(lǐng)域,但不可否認的是,其具有的成本優(yōu)勢,快充性能,低溫性能等使其可以與鋰離子電池實現(xiàn)差異化定位,在兩輪車,儲能,換電,及部分高緯度場景有望實現(xiàn)對鋰離子電池的部分替代。

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