宁德时代推出钠离子电池 抢占新能源TWh时代的战略要塞

　　“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。”

　　7月29号，宁德时代钠离子电池发布会上，宁德时代董事长曾毓群表示。这场发布会仅历时10分钟时间，其不仅宣告了该公司一款全新电池产品的问世，也向行业展示了一家龙头企业雄厚的技术底蕴。

　　过去数年，锂离子电池遭遇能量密度上升的瓶颈，各家电池公司几乎都在发力配方和结构改良，而对于底层技术的探索却鲜见踪迹。“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。”曾毓群对这一现状如此总结。

　　但显然，宁德时代打破了这个桎梏，其推出的第一代钠离子电池，单体能量密度达到160Wh/kg。虽然比磷酸铁锂略低，但在低温性能和快充能力上，则都优于磷酸铁锂。

黄起森博士 宁德时代研究院副院长

　　宁德时代黄起森博士公布的信息显示：

　　第一代钠离子电池在常温下充电15分钟，电量就可以达到80%，具备了快充能力；

　　不仅如此,在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率；

　　同时在系统集成效率方面，也可以达到80%以上；

　　此外，钠离子电池优异的热稳定性，也超越了国家动力电池强标的安全要求。

　　宁德时代同时宣布，在第二代钠离子电池中，也会快速补齐能量密度短板，有望达到200Wh/kg。

　　全球碳中和、碳达峰的背景下，新能源产业在蓬勃发展，电池行业正跑步进入TWh时代，钠离子电池也将如同30年前的锂离子电池一样，开辟出一条新的商业化电池路线。

抢占战略要塞

　　全球能源结构正在进行巨大转变，煤炭、石油、天然气三大化石能源的储量已经不可再生，取而代之的可再生能源发电。在这个链条上，电池成为最关键的能源介质。

　　在储能及动力电池需求高速增长拉动下，锂离子电池的需求已经呈现爆发式增长。彭博新能源财经曾发布过一组预测数据，2020年动力电池和储能电池的市场规模已达174GWh，而其预测未来10年的复合增长率将超过30%，到2030年，交通和储能对锂离子电池的需求将激增至5.9TWh。也就是说，10年间，锂电池的需求要正价超过33倍。

　　这对能源行业来说是空前巨大的机遇，但也会形成新的产业，新的能源秩序也在形成。电池技术就是这其中的关键要塞。

　　锂离子电池仍然是当下应用最广泛的电池类型，但锂矿资源储量有限，素有“白色石油”之称。高工锂电曾发布预测数据，全球目前的锂储量为14Mt，当下每年的需求为32.5kt，随着储能和出行领域的需求爆发，到2050年，Li的需求预计为3-35Mt，也就是说，到2030年，锂资源的供求关系就将日趋紧绷。

　　何况，从锂矿资源分布来看，锂资源主要掌握在澳大利亚和智利手中，两国合计掌控了全世界75%的锂矿资源，我国锂资源超85%分布于西部山区和盐湖地区，开采难度大，导致我国80%的锂资源供应依赖进口，也让我国成为全球锂资源第一进口国。各国摆脱对锂资源依赖的途径，只能是开辟新的技术路线。

　　相比之下，钠资源分布在地壳中的储量丰富，地壳元素含量排名第6，储量0.36%），是锂的1000倍以上。而且钠的化学性质、电池工作原理都和锂非常相似，两者在元素周期表里属于同一主族，电池工作原理都是摇椅式（电池）。因此，钠也被认为是可利用的电池关键原料，在全球范围内成为新一代电池研究热点。

　　更为关键的是，储量大，也让钠电池成本具有结构化的优势。数据显示，工业级钠的价格约为2万元/吨，且保持平稳，而碳酸锂/氢氧化锂价格分别达8.6/9.3万元/吨，年初以来增幅分别为62%/71%，钠离子电池具有成本优势。

　　据鑫椤锂电分析，钠离子电池的BOM（物料清单）成本约0.25元/Wh，而磷酸铁锂电池BOM成本超0.35元/Wh，理论上钠离子电池材料成本比磷酸铁锂电池低30%-40%左右。而随着产业链逐步完善、制备工艺成熟，这其中的成本差距显然也会映射在产业落地上。

　　在需求量巨大、能量密度要求不高的储能领域，钠离子电池有望与磷酸铁锂结合，替代铅酸电池，例如，数据中心、备用电源、基站电源、电力储能、智能电网等。

　　国家发展改革委、国家能源局也在不久前，正式发布关于加快推动新型储能发展的指导意见，该指导意见是国家层面首次明确提出量化的储能发展目标，即到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，新型储能装机规模达3000万千瓦以上。到2030年，实现新型储能全面市场化发展，新型储能装机规模基本满足新型电力系统相应需求，成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。

　　意见中就指出，坚持储能技术多元化，推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用，实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期，加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范，以需求为导向，探索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。

　　实际上，除了储能领域，在两轮车以及中低端电动汽车等出行市场，钠离子电池也会有直接需求。据宁德时代信息，钠离子的集成效率可达80%，以160Wh/kg的单体能量密度算，系统能量密度有望达到128Wh/kg，而从工信部公告的产品信息看，目前的A00级车型，甚至Model 3、小鹏P7等爆款车型，电池系统能量密度也都在这个水平线上。

　　在回应媒体时，宁德时代方面也表示：“第一代钠离子电池已经开始了与车企和储能客户进行商业化合作。”

　　按照宁德时代的目标，钠离子电池将在2023年形成基本产业链。钠离子电池的大规模应用，显然将缓解锂资源短缺引发的电池发展受限问题，以多元化的技术路线，提升我国新能源发展过程中的竞争力。

为什么是宁德时代？

　　“我们有超过5000名的研发人员聚精会神地在搞科研。”宁德时代董事长曾毓群在发布会上直言。这句话也揭示了宁德时代能推出钠离子电池的核心原因。

　　钠离子电池成本低，性能较优，对产业链有积极的优化、补充作用，但前提是完成大量的技术攻关，达到产业应用标准。

　　与小巧的锂离子相比，钠离子是一个大胖子。更大，也就意味着在电池的运行过程中，钠离子在材料中的嵌入和脱出中，对材料的结构稳定性和动力学提出了更高的要求。

　　国信汽车发表的观点也认为，钠离子电池的工作原理及结构与锂离子电池相似，因此发展钠离子电池技术的关键，同样在于探寻合适的正、负极材料以及电解液。

　　在正极材料上，宁德时代采用了目前具有潜在商业化价值的有普鲁士白和层状氧化物两类材料，克容量已经达160mAh/g，与现有的锂离子电池正极材料相当。

　　宁德时代还构建了高通量材料集成计算平台，能够在原子级别上对材料进行了模拟计算和设计仿真，对材料的体相结构进行电荷重排，对材料表面进行重新的设计，解决了材料在循环过程中容量快速衰减的难题，使创新的材料具备产业化的条件。

　　在负极材料方面，由于钠离子无法像锂离子一样在石墨层间自由的穿梭，宁德时代开发了能够让大量的钠离子存储和快速通行，具有独特孔隙结构的硬碳材料，这种硬碳材料克容量可达350mAh/g以上，并具备优异的循环性能，整体性能指标与现有的石墨相当。

　　在电解液方面，主要包括钠盐+溶剂，除钠盐之外，溶剂与锂离子电池差别不大，因此，宁德时代也开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系，在制造工艺方面可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。

　　同样重要的是，在制造工艺方面，钠离子电池可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。宁德时代提出了2023年形成基本产业链的目标，制造工艺的相兼容十分重要，这会大幅降低产业落地门槛。

　　当然，钠离子电池的产业落地，宁德时代打了多手牌。除了化学体系的技术突破，在系统集成上，宁德时代也开发出了AB电池解决方案，可以实现钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用。

钠离子原理动图

　　具体来说，在钠离子的能力树上，有成本低、可快充、低温性能好、热稳定性优异，几乎唯一的短板就是能量密度低，而宁德时代的AB电池方案，是可以将钠离子电池与锂离子电池同时集成到同一个电池系统里，取长补短，用系统能力弥补钠离子电池的个体短板。

　　“将两种电池（钠离子和锂离子电池）按一定的比例和排列进行混搭，串联、并联集成，通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制，这样可以实现取长补短，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、低温性能的优势。”宁德时代黄起森博士在发布会上表示，“这样的锂-钠电池系统，就能适配更多应用场景。”

　　清洁能源的能源转型，已经是全球共识。伴随着新能源科技的创新发展，一场以清洁能源替代化石能源的革命，正加速到来。而每一次技术突破和落地，都将影响未来的行业格局。

　　事实上，作为一项成本低、性能优的新电池技术，钠离子电池已经城为各国新的角逐阵地。其中，美国已经将钠离子电池作为储能电池的发展体系，2020年美国能源部在其公布的对电池研究计划的布局中已经在储能电池的发展体系中对钠离子电池有所涉及。

　　欧盟储能计划“电池2030”项目也公布了包括锂离子电池、非锂离子电池和未来新型电池的未来重点发展的电池体系，其中又将钠离子电池列在非锂离子电池体系首位；欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将“钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件”重点发展项目。

　　这难免让人想到与宁德时代同天发布P50系列手机的华为。这款手机在性能、颜值、快充、屏幕等方面也都是行业顶级的水平，但遗憾的是，因为5G芯片技术受到制裁，华为P50系列仅支持4G。甚至在一年前，华为手机市场份额还位列全球手机行业前列，但如今已经跌出前五，原因正是高制程的芯片制造能力不足，甚至缺乏一家高精度光刻机设备公司。

　　而作为新能源产业下的能源介质，电池的角色几乎与光刻机相当。宁德时代率先推出钠离子电池，也是作为头部企业，自建“光刻机”，避免卡脖子的行业担当和顶层视野。

转载文章，不代表本站观点。