新能源行業大震蕩?寧德時代發布鈉離子電池!新時代就要來了?

創投圈
2021
07/31
20:28
電動車公社
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今天,社長想和大家聊一聊寧德時代。

作為股價剛剛破萬億的新能源龍頭,電池一哥寧德時代已經不局限于鋰離子電池了,而是要向全新的鈉離子電池領域進軍!

而且,曾毓群董事長還親自露臉宣講了一番,這就更讓人有些浮想聯翩了。

難道電池的能量密度還能繼續突破嗎?2000 公里的電池什么時候來?鈉離子電池出來了,說明電池技術又一次革命了?

反應最迅速的,還是資本市場:哎這一下,股價啪就漲起來了,很快啊!

而且更有意思的是,這場昨天下午的線上發布會,一共只有 10 分鐘。在汽車圈里,這幾乎可以說是最短的發布會了。

不過這也應了那句話,字越少事越大。鈉離子電池,還真有可能成為未來新能源市場的一顆重磅炸彈。

那么,鈉離子電池到底是什么來頭?它又會給新能源行業和我們的生活,帶來什么樣的影響?

01. 鈉離子電池是什么?

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深究起來,對鈉離子電池的研究能追溯到 19 世紀。

但為什么過了一百多年,我們現在用的是鋰離子電池,而不是鈉離子電池、鐵離子電池呢?這就要說到這幾個元素的化學性質了。

本部分原理介紹較長,但我盡量用最通俗易懂的方式來跟大家講明白。

我們知道,由于鋰是電極電勢最負的金屬,活潑的它很容易釋放出電子。而且鋰的相對原子質量只有 7,這也讓鋰電池擁有了重量輕、能量密度高的特點。因此鋰電池最終擊敗了一大票競爭對手,成了電池界的 " 香餑餑 "。

鋰離子電池的工作原理,也正是通過鋰離子在兩側的正負極之間 " 跑來跑去 ",來實現電荷移動的。其中正極是鋰的化合物,負極一般采用碳材料。

但我們隨便翻一翻元素周期表就會發現,鈉和鋰屬于同一主族元素。他們的元素性質接近,外層也都是 1 個電子,性格都很活潑,都適合當電荷的 " 搬運工 "。

但相比之下,鈉比鋰的體積差不多要大 1 倍,鈉的重量差不多也是鋰的 3 倍,可以說是個小胖子了。這也就導致了鈉離子電池從娘胎里出來,就帶著不少的缺陷。

打個不太恰當的比喻,如果我們把正負極材料比作門縫,就會發現小巧的鋰離子很容易就能鉆來鉆去,但鈉離子這個小胖子就會 " 卡門 ",強行穿過的話就會把門縫撐大。

久而久之,門框變形破裂,鈉離子再也進不去了,電池的電量就會迅速衰減。

所以想要讓鈉離子像鋰離子一樣在正負極之間穿梭、還能有比較長的循環壽命的話,就必須用上更堅固的正負極材料,而且門縫還得做大一些。

另外由于鈉離子又大又重,又多了一個缺陷:

不管是體積還是重量,鈉離子電池的能量密度都不如鋰離子電池。

目前,鋰離子電池的能量密度最高能做到 500Wh/kg 左右,但鈉離子電池的能量密度似乎只能做到鋰離子電池的一半。體積密度的差距似乎更大,注定沒辦法搭載在高端新能源車上。

另外,鈉的電極電勢是 -2.71V,不如鋰的金屬活動性高。最近 20 年,科學家們都是在正負極的材料領域開展科學研究,努力讓鈉這個小胖子能夠靈活地跑起來,還不能讓它搞破壞。

寧德時代也是這么做的,但卻用上了看起來很高大上的研究方法:" 高通量材料計算平臺和模擬仿真技術 "。

雖然有點聽不懂,但社長簡單猜測一下,大概就是和阿爾法狗一樣用窮舉法列出所有鈉的化合物,然后再通過原子級別的模擬計算和設計仿真找到可行的材料。

最后,再用現實中的實驗進行反復驗證,得出是否可行的結論。

寧德時代在發布會上也是這么說的。他們對材料的體相結構進行了電荷重排,對材料表面進行了重新設計,負極也用上了特殊的硬碳。

總之就是把門框加固了,再也不怕電池衰減啦!

只有在不會迅速衰減的前提條件下,鈉離子電池才有了產業化的條件。

從數據上看,寧德時代公布的第一代鈉離子電池循環壽命能夠達到 3000 次,甚至比不少鋰離子電池還要長。而電芯單體的能量密度,則是做到了 160Wh/kg。

按照寧德時代公布的系統集成效率超過 80% 來算,成組后的電池包能量密度將會超過 128Wh/kg,幾乎追平了低端的磷酸鐵鋰電池。

而且新的鈉離子電池還具備快充能力,在常溫下充電 15 分鐘,電量就可以達到 80%。(雖然寧德時代并沒說明到底是從 0% 開始充還是從 30% 開始充。)

但鈉離子電池還有一個最突出的優勢,就是在零下 20°C 的低溫環境下仍然有 90% 以上的放電保持率,比鋰離子電池的不到 70% 強了太多。

畢竟目前的電池一到冬天,一是它本身的放電容量就會少一些,二是給電池包加熱也會消耗掉大量的電量。

但鈉離子電池就不會出現這種現象,冬天的續航會更扎實。

大家可以簡單理解為:寧德時代的鈉離子電池,就是低溫衰減少、充電更快的磷酸鐵鋰電池。

但要是只有這點優勢的話,寧德時代至于大費周章地深入研究嗎?鋰離子電池還有大把訂單沒做完呢,好好賺錢它不香嗎?

02. 鈉離子電池究竟好在哪?

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其實,寧德時代并不是第一個推出鈉離子電池的。

2019 年,江蘇常州就已經啟用了世界上第一個鈉離子電池儲能電站。

這個儲能電站由中科院物理研究所研究員胡勇勝帶隊研發、中科海鈉進行生產,采用了 30kW/100kWh 的鈉離子電池進行儲能,成功給中科院物理研究所的長三角物理研究中心供上了電。

這家擁有多項鈉離子電池核心專利與技術的電池企業,還在 2018 年推出了中國首輛鈉離子電池低速電動車,可以說是國內第一個 " 吃螃蟹的人 "。

為什么選擇鈉離子電池作為儲能電站呢?一是能夠對外秀一下中科院的 " 硬實力 ",二是因為鈉離子電池實在是太安全了。

由于鈉離子電池的內阻比鋰離子電池更高,所以它就算在意外的情況下短路了,瞬間發熱量也會比鋰離子電池更少,升溫不會那么快,也就不容易自燃。

從測試的角度來講,它在針刺、擠壓、過充、過放等多種安全測試項目中都能做到不起火、不爆炸,可以說是最安全的電池了。

另外從中科海鈉的名字中我們也能略知一二,鈉離子電池的原材料幾乎可以說是唾手可得。" 海 " 水中含有的大量氯化 " 鈉 ",只要通過電解排出氯氣,就能獲得鈉了!

這海水里的氯化鈉,四舍五入就是無窮多嘛。

反觀隔壁的鋰離子電池,盡管我們是全球第三大鋰資源國,但由于鋰離子電池的巨量需求占比全球 50%,目前嚴重依賴進口,某種程度上甚至比石油還緊缺。

所以我們的企業也在不顧一切地在全球進行布局,盡可能地搶占更多的鋰礦資源。

為了石油,他們可以殺很多人!為了鋰,也是!

https://mp.weixin.qq.com/s/ai2lhcJN6GymJZUaXbScHg

2019 年,我們利用自身的鋰資源加工的基礎鋰鹽僅為 6.5 萬噸,其余鋰精礦都要依賴進口。我們一共買了 172 萬噸鋰輝石精礦,且進口礦石主要都來自澳大利亞。

但澳大利亞和我們是什么關系,大家是知道的。

沒打仗的時候,我們靠人民幣買買買還勉強控制得住這些鋰礦。

一旦打起來,我們又沒有走遍全世界的航母和洲際導彈,礦老板們可是說翻臉就翻臉,到那時說什么都不好使。

唯一的結果,就是電池利潤的大頭被國外的礦老板賺了去,我們還是苦哈哈的世界工廠。用最多的排放,賺著最微薄的辛苦錢。

所以,鈉離子電池下面這項特性,就顯得十分重要了。

它的成本,要比鋰離子電池低很多!

數據顯示,鈉離子電池的材料成本構成中,正極材料及電解液占比最大均達 26%,隔膜占比 18%,負極材料占比 16%,集流體占比達 4%。

金屬鈉只要電解氯化鈉就能得到,所以成本的絕大部分都是電。按照一噸鈉耗電 13000 度、工業用電一度 1 塊錢來算,只要 2 萬塊錢左右,可以說并不算貴。

但一噸鋰的成本卻要 60 萬!兩者整整相差 30 倍!

這個差距,大概是麥當勞和釣魚臺國賓館的區別 ……

按照興業證券的預測,2025 年鋰鹽需求或達到 138 萬噸 LCE,年均復合增速或接近 29%。

在未來畸形的供需關系下,鋰價只會越來越貴,噸價突破百萬也不是沒有可能。

而且三元鋰電池的正極材料中,鈷要接近 40 萬一噸,鎳也要 14 萬。鋁和錳稍便宜一些,2 萬左右。

目前,三元鋰電池的度電成本還是在 1000 塊錢上下,并沒有隨著技術發展明顯降低。

磷酸鐵鋰電池稍好一些,差不多 600 塊錢左右。

根據中科海鈉和光大證券研究所測算的數據,鈉離子電池的正極材料成本僅為磷酸鐵鋰電池正極材料成本的 40%,負極的集流體也能用鋁箔代替銅箔。

單是這兩點,就能讓電池的價格降低 20% 以上。

雖然寧德時代在這場發布會上并沒有說明到底用了什么正負極材料,但粗略估算一下就能發現,一塊 60kWh 的電池包只要 2 萬多塊錢,比三元鋰電池能便宜一半還多!

到了這時,鈉離子電池的地位,似乎開始變得有些微妙了。

03. 鈉離子電池的未來

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在前幾天碳中和的文章里,社長也寫到了關于降低二氧化碳排放,是全球已經達成的共識。

想要降低二氧化碳排放,我們需要盡量少地使用化石能源。汽油車和柴油車的油耗必須壓低,新能源也必須迅速發展起來。

而且必須用大規模的可再生能源、也就是風能和光能,來替換掉不環保的火力發電。

幸運的是,借助于國家和產業的前瞻性,全球十大風能公司我們獨占六家,而十大光能公司幾乎全是我們的!

在化石能源時代被發動機和變速箱卡脖子的我們,可以用可再生能源技術去卡別人了

但隨之而來的,也有新問題出現。

我們知道,火力發電可以通過估算用電量來調整發電量,盡量避免多發電用不完造成的浪費。

但光伏在晚上是沒法發電的,晚上又恰巧是用電高峰!

靠風力發電來補充也不太靠譜,萬一當天刮的風小,就真要停電了。

想把供給端和需求端匹配上,就要靠儲能裝置來進行調控。它就像一個水庫,上游的水先到水庫存著。下游用水多了水庫放水,下游用水少了水庫存水,完美。

這時候,鈉離子電池就可以作為儲能設施出馬了。它在電池里的造價是最低的,對于需要大批量鋪設的儲能電站來說,能節約非常多的成本。

咱們之前也提到了它不容易自燃,做儲能設施會更加安全。

而且風能和光能豐富的地區,都在東北、西北和華北北部,三北地區在冬天氣溫都很低。

鈉離子電池零下 20 ℃還能有 90% 放電保持率的特性,即使是在冬天也無需耗費能量去升溫,循環壽命也強于現階段的鋰離子電池。

總的來說,最適合做儲能的就是鈉離子電池了。

其次,就是應用于廉價新能源車。

" 國民神車 " 五菱宏光 MINI EV,它的 120km 續航版車型電池能量密度是 100Wh/kg。而 170km 續航版車型能量密度則是 110Wh/kg,鈉離子電池完全能夠滿足。

鈉離子電池的體積大一點,其實也不是問題。它可以和車身做成一體式結構,用電池殼體來加強車身強度,還能提升安全性。

最主要的,是它能讓一臺賣 3 萬塊錢的小車再便宜 2 千塊 ……這對于那些手頭不富裕的車主來說,分分鐘又省下了一部手機

再次,還記得前幾天兩輪電動車爆燃的新聞嗎?

我們先不討論車主是否私自購買了不合格的鋰電池、也不討論電池廠商是不是小作坊。為什么有人希望能把自家兩輪車的鉛酸電瓶換成鋰電池?因為輕啊!

一塊原廠 8 公斤的鋰電池抱上樓去充電,重量勉強能接受。但是如果是原廠的鉛酸電瓶,重量要接近 20 公斤。如果是身材稍微弱小一些的女士,拆卸和上樓都是個大問題。

輕便,其實是人民的需求。

但輕便、安全和廉價,三者只能同時存在兩者。絕大多數人抱著僥幸心理,最先放棄的是卻是最不該放棄的安全。這也是兩輪電動車自燃頻發最大的原因。

但有了鈉離子電池,這三者之間,似乎就能取到一個完美的平衡了——

它雖然比鋰電池重,但比鉛酸電池輕。它和鉛酸電池一樣安全,又有著作坊式鋰電池的低價格。

這對許多騎電瓶車上下班的人來說,可是太香了。

最后,社長大膽預言一下,鈉離子電池最好的歸宿,是商用車。

許多人知道比亞迪出口過電動大巴,卻不知道比亞迪還出口過負載超過 30 噸、續航 150 公里的電動重卡。

寧德時代也曾和福田攜手推出過換電重卡,電池包電量 281.91kWh,續航 200 公里。

大運、東風、華菱、解放等重卡廠家,也都推出過類似的電動重卡。

然而這些商用車,都不約而同地選擇了磷酸鐵鋰電池,而非三元鋰電池。

究其原因,還是動輒 300 多度電的電池包用上三元鋰電池,是真的天價。而且在高功率和快充的使用工況下,三元鋰電池的衰減速度會非常快,安全性也難以保障。

那作為低溫衰減少、快充更快、價格還能更低的新款 " 磷酸鐵鋰電池 ",鈉離子電池很大概率會受到商用車企們的青睞,而且還附送高功率輸出的特性,剛好匹配商用車的功率需求。

或者換一種思路,也可以說它是能量密度加強版的鈦酸鋰電池。

04. 寧德時代的殺手锏

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說得那么好,那到底什么時候能大規模量產?

寧德時代的原話是,目前已經開始進行鈉離子電池的產業化布局,計劃于 2023 年形成基本產業鏈。

翻譯一下就是,等我們先把上游的材料供應商和下游的電池應用端對接好,能賺錢了就馬上搞。

所以真正大規模量產的時間,肯定要在 2023 年之后了。

一個十分鐘的發布會,就這?寧德又放煙霧彈騙股民投錢了吧?

還真不是。

寧德時代在這次發布會上,拿出了一則重磅消息:

在電池系統集成方面,他們開發出了了 AB 電池解決方案。

說人話就是,能讓鈉離子電池和鋰離子電池集成起來,混合共用!

既然這兩種電池的原理相同、結構也差不多,那么將它們會按照一定的比例和排列進行混搭,或串聯或并聯,就能做成一種特殊的新型電池包了。

只要通過 BMS 的算法來控制集成電池的電量均衡,不就能讓兩種電池互相取長補短了嗎!

舉個例子,鈉離子電池的能量密度低沒關系,我們和鋰離子電池平均一下。社長和馬斯克平均一下手里的錢,社長也能混它不知道多少個億,大家都能有錢花。

而冬天天氣太冷,三元鋰電池發揮不出來效果,先去旁邊熱身,鈉離子電池頂上。

等到電池包熱起來了,三元鋰電池再發力,把多出來的 SOC 消耗掉,鈉離子電池去旁邊喝茶看報。

需要高功率輸出的時候也是同樣的道理,鈉離子電池優先放電,避免三元鋰電池過放導致電池衰減,隨后三元鋰電池再跟上發力。

據說這個混用電池中,最難的突破點就是 BMS,因為很難精確計算每一顆電芯的剩余電量。放電時兩者怎么協同工作,也是一個世紀難題。

從發布會的效果來看,寧德時代已經攻克了技術上的難關。

而且寧德時代還在最后放出豪言:下一代鈉離子電池的能量密度將突破 200Wh/kg。這個數字已經接近磷酸鐵鋰電池的上限,三元鋰電池的下限了。

再結合這個史上最短的發布會 …… 果然是社會我寧德,人狠話不多。

05. 寫在最后

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最讓社長感動的,還是發布會上曾毓群董事長的一番肺腑之言。

" 我們認為,電化學的世界就像能量魔方,未知遠遠大于已知。我們樂此不疲地探索其中的奧秘。"

" 創新是寧德時代的基因,也是寧德時代加速發展的動力。"

" 碳中和時代的到來,意味著人類社會生產力深刻的變革,將給各行各業帶來深層次的影響。能源,是人類社會發展的物質基礎。所以能源的歷史,也是人類社會發展的歷史。"

" 為人類新能源事業做出卓越貢獻,是我們寧德時代的使命。"

來源:電動車公社

THE END
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