今年5月，寧德時代給業(yè)界拋出了一個重磅炸彈：當(dāng)行業(yè)玩家們還在鋰離子電池上死磕，寧德時代卻突然宣布將在7月份左右發(fā)布鈉離子電池。
實際上，鈉離子電池并非是電池行業(yè)的全新技術(shù)路徑。只不過，鑒于是這位“動力電池一哥”提出的概念，人們還是期待它可以作為技術(shù)表率，對統(tǒng)治長達(dá)10年的鋰離子電池的江湖地位做出研判，甚至是構(gòu)建一套關(guān)于鈉離子電池的新技術(shù)設(shè)想和能源版圖。
7月29日，寧德時代成功舉行了首場線上發(fā)布會，董事長曾毓群發(fā)布了寧德時代的第一代鈉離子電池，同時，創(chuàng)新的鋰鈉混搭電池包也在發(fā)布會上首次亮相。
雖然發(fā)布會內(nèi)容僅僅持續(xù)了10分鐘左右，但事后這場發(fā)布會也一度被行業(yè)人士評為“字少事大”，“知識點按幀記”以及“每秒都價值連城”。
在技術(shù)上，寧德時代第一代鈉離子電池其單體電芯能量密度達(dá)到160Wh/kg，為全球最高水平，能量密度有所提升，但仍略低于磷酸鐵鋰電池。寧德時代稱，鈉離子電池在低溫性能和快充方面具備了更明顯的優(yōu)勢，更重要的是，寧德時代目前已啟動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。在制造工藝方面，鈉離子電池可以實現(xiàn)與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的完美兼容，產(chǎn)線可進(jìn)行快速切換。
當(dāng)動力電池一哥開始將鈉作為一個潛在的發(fā)展方向之后，對其本身以及產(chǎn)業(yè)格局究竟會產(chǎn)生什么影響？
鈉離子的前世今生實際上，市場上目前最常見的動力電池包括三元鋰、磷酸鐵鋰等，本身都是鋰離子體系的產(chǎn)物。但有關(guān)于鈉離子的研究也并非是剛剛開始。
針對鈉離子電池研究最早開始于上世紀(jì)八十年代前后。在化學(xué)元素周期表上，鈉和鋰的位置很接近，這也意味著兩者具備相同的工作原理和化學(xué)特性。鋰離子和鈉離子電池的工作方式也基本相同，在充放電過程中，鈉在兩個電極之間往返嵌入和脫出。
先普及一個簡單的概念。電池材料的不同，可以簡單理解為正負(fù)極材料的變化，最后產(chǎn)生了對能量以及密度的影響。
相比鋰離子電池，鈉離子電池與其最大的區(qū)別在于正極材料，正極材料使用鈉資源。
而鈉離子電池正負(fù)集流體均為鋁箔，磷酸鐵鋰電池中則采用銅箔，所以最后都會為鈉離子提供巨大的成本優(yōu)勢。
機(jī)構(gòu)研究報告顯示，每KWh電池中用于制作集流體的材料保守下降10%左右。而整個鈉離子電池的BOM成本相較鋰電池就又低了30%左右。
可見鈉離子的優(yōu)勢還是在于成本。但從技術(shù)上說，發(fā)展鈉離子電池本質(zhì)上是需要對正負(fù)極材料本身進(jìn)行改良。
最早期的鈉離子電池被設(shè)計開發(fā)出來的電極材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2電化學(xué)性能不理想，發(fā)展進(jìn)程緩慢。尋找合適的鈉離子電極材料是鈉離子儲能電池實現(xiàn)實際應(yīng)用的關(guān)鍵之一。
缺陷是鈉離子電池普遍能量密度較低，低于鋰離子甚至是鉛酸電池。
所以在使用鈉離子電池的最好的場景上，是那些對能量密度沒有很高要求的場景，比如兩輪電動車，正在經(jīng)歷鉛酸向鋰電的過度，但鈉離子本身具備一定的成本優(yōu)勢。再比如一些大型儲能裝置，對能量密度沒有太高要求，但對于成本本身更為敏感。
既然是這樣，電動汽車發(fā)展鈉離子電池技術(shù)還有必要嗎？
非常必要。
這里涉及到幾個大背景。據(jù)彭博新能源財經(jīng)的分析，2020年動力電池和儲能電池的市場規(guī)模已達(dá)174GWh，預(yù)測未來10年的復(fù)合增長率將超過30%。2030年交通和儲能對鋰離子電池的需求將激增至5.9Twh。鋰電池需求的激增意味著需要大量的鋰離子。
除去成本優(yōu)勢，鈉離子電池最大的影響來自于材料供應(yīng)。
智研咨詢發(fā)布的報告顯示，全球鋰消費量呈遞增趨勢。從2012年到2019年，全球鋰消費量從28300噸增長至55770噸。尤其是2015年以來，電動汽車行業(yè)快速發(fā)展帶動鋰消費進(jìn)入高速發(fā)展階段。相較于2015年33300噸的鋰消費量，2019年全球鋰消費量增長了74.85%，年均增長率達(dá)15%。中國也是鋰消費大國之一。
作為新電動時代的“石油”，中國的鋰消費同樣依賴進(jìn)口。全球73%的鋰資源分布在北美洲和南美洲，但亞洲鋰資源分布相對較少，占全球7%左右。
但作為替代鋰離子的鈉離子資源，在全球的供給量上可謂是取之不盡。報告顯示，鈉離子地殼豐度約為2.74%，而鋰離子約為0.0065%。這也就意味著，在鋰礦高度依賴進(jìn)口的背景下，發(fā)展鈉離子電池，其實更像是為防止“卡脖子”風(fēng)險的Plan B。
當(dāng)寧德時代開始接觸鈉看到這里，其實大家可能還是會提出一個疑問：如今電動汽車用戶們對續(xù)航這么敏感，想讓鈉離子電池上電動汽車，還是需要滿足一定的能量密度的需求。
先上一下寧德時代第一代鈉離子電池的技術(shù)參數(shù)。
在能量密度上：第一代鈉離子電池電芯單體能量密度160Wh/kg，第二代電芯單體能量密度200Wh/kg，作為對比，當(dāng)前主流的鋰離子電池能量密度大約在150-350Wh/kg的區(qū)間，而磷酸鐵鋰的能量密度大約在150-210Wh/kg區(qū)間。在這里也可以看得出來，第一代鈉離子電池能量密度已經(jīng)覆蓋到磷酸鐵鋰的能量密度區(qū)間，具備了使用前景。
在溫度性能上：在常溫下充電15分鐘電量就可以達(dá)到80%，具備了快充能力。不僅如此，甚至在零下20度低溫的環(huán)境下，仍然有90%以上的放電保持率。這意味著可以使用在像中國北方城市的寒冷冬天。
而相對于鋰離子，鈉離子其實本身也更為穩(wěn)定，安全性已經(jīng)超越了國標(biāo)安全要求。
這一系列的成果來自于寧德時代對于化學(xué)材料上的技術(shù)攻堅。
在正極材料方面，寧德時代使用了克容量較高的普魯士白和層狀氧化物兩類材料，通過構(gòu)建高通量材料集成計算平臺，創(chuàng)新性地對材料體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，解決了普魯士白在循環(huán)過程中容量快速衰減這一核心難題。
而在負(fù)極材料方面，寧德時代開發(fā)了具有獨特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料，其具有克容量高、易脫嵌、優(yōu)循環(huán)的特性。
在電解液方面，寧德時代還開發(fā)了適配這樣的正極負(fù)極材料的新型獨特電解液體系。
正是基于材料體系的一系列突破，寧德時代研發(fā)的第一代鈉離子電池具備高能量密度、高倍率充電、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、良好的低溫性能與高集成效率等優(yōu)勢。
但想要實現(xiàn)鋰離子能量密度的電池，從目前來看，確實還有差距。
為了維持高能量密度同時優(yōu)化成本，寧德時代提出了AB電池組合方案。
這更像是一個魚和熊掌兼得的方案，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實現(xiàn)鈉鋰混搭的AB電池包設(shè)計。
簡而言之，AB電池包就是通過鈉離子電池和鋰離子電池通過比例封裝的方式達(dá)到兼顧能量密度和拉低成本的綜合性能。
這本身其實是對電池管理系統(tǒng)提出一定的技術(shù)挑戰(zhàn)。寧德時代稱，通過BMS精準(zhǔn)算法進(jìn)行不同電池體系的均衡控制。AB電池系統(tǒng)解決方案既彌補了鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板，也發(fā)揮出了它高功率、低溫性能好的優(yōu)勢。換句話說，這也側(cè)面說明了寧德時代在算法領(lǐng)域的實力。
鈉和鋰的奇妙反應(yīng)之后隨著“碳中和”成為全球共識，動力電池產(chǎn)業(yè)也確實進(jìn)入到了多層次、多元化的發(fā)展階段。當(dāng)電動汽車迎來更細(xì)分的需求，相應(yīng)的電池產(chǎn)業(yè)也會繼續(xù)分層。
“動力電池一哥”早已在中高端電池供應(yīng)領(lǐng)域牢牢打下了絕對優(yōu)勢。綜合去年國內(nèi)的動力電池銷量來看，國內(nèi)電池總量63.6GWh，寧德時代的數(shù)據(jù)為31.9GWh，牢牢把握住了50.16%的市場。
對于寧德時代自己來說，發(fā)展鈉離子電池更可能會用在一些廠商的入門車型之中，有助于打開產(chǎn)品矩陣的廣度，繼續(xù)吸引更多的客戶，同時也有望繼續(xù)拉低電動汽車的車價。
換句話說，業(yè)界重新開始加快對電池基礎(chǔ)材料的研發(fā)，也正是基于更細(xì)分市場對于鈉離子電池的場景需求，這也為鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化生態(tài)化打開了窗口。
鈉離子的產(chǎn)業(yè)化水平到底怎么樣？
在發(fā)布會上，寧德時代研究院副院長黃起森博士介紹，在制造工藝方面，鈉離子電池可以實現(xiàn)與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝的完美兼容，產(chǎn)線可進(jìn)行快速切換，完成產(chǎn)能快速布局。目前，寧德時代已啟動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，2023年將形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。
寧德時代表示，歡迎相關(guān)研究機(jī)構(gòu)、上游材料供應(yīng)商和下游電池應(yīng)用端一起參與，共同加速鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的完善和發(fā)展。
寧德時代董事長曾毓群認(rèn)為，“碳中和”催生了萬億瓦時級的電池需求，推動新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，新的應(yīng)用場景不斷產(chǎn)生，給了不同技術(shù)施展的舞臺。多元化的技術(shù)路線，也將助力產(chǎn)業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展。
看到這里大概明白，寧德時代推出鈉離子電池，促成的原因應(yīng)該有很多。
如此宏觀大環(huán)境下，全球鋰電池材料供應(yīng)緊張，保證原材料的供應(yīng)安全是每家企業(yè)必須要重視的核心問題。況且發(fā)展鈉離子電池一定程度上對鋰離子的供應(yīng)端也會產(chǎn)生一定的側(cè)面影響。
一家真正的“一哥”、抗打擊的巨頭從來不會一條腿走路，多技術(shù)并存就可能抵御極端的風(fēng)險。
刷新寧德時代國家發(fā)展改革委、國家能源局日前發(fā)布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提及在儲能領(lǐng)域加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼炇痉叮@對于鈉離子電池未來的發(fā)展是一個很好的方向。
與此同時，發(fā)展鈉離子電池的寧德時代的市場定位也發(fā)生了歷史性的轉(zhuǎn)變，這意味著，它將從一家“鋰離子動力電池公司”，正式變身成“新能源創(chuàng)新科技公司”。
在發(fā)布會上，寧德時代確定了三大戰(zhàn)略方向：一是，以可再生能源發(fā)電和儲能，替代固定式化石能源；二是，以動力電池助力電動車發(fā)展，替代移動式化石能源；三是以電動化+智能化的集成應(yīng)用創(chuàng)新，加快各領(lǐng)域的新能源替代進(jìn)程。
我們?nèi)绻蜒酃夥诺酶_一些。在寧德時代發(fā)展鈉離子電池這個技術(shù)上，有一個很好的參考對象，那就是華為。
就在最近一周，華為因無法使用5G芯片而被迫推出4G手機(jī)登上了熱搜。華為擁有完善的5G產(chǎn)業(yè)技術(shù)，但無法國產(chǎn)化手機(jī)主板中重要組成部分——“射頻芯片”。目前，國際上的射頻芯片市場是由美國和日本占據(jù)，國產(chǎn)化難度很大。
換到鋰和鈉的供應(yīng)上同理，“射頻芯片”就是必須要進(jìn)口的“鋰離子”，發(fā)展鈉離子則是“內(nèi)循環(huán)”的有力保證。當(dāng)動力電池乃至新能源汽車上升到國際競爭，每家擁有絕對領(lǐng)先技術(shù)的企業(yè)都會思考自己會不會是第二個“華為”。
最近中共中央政治局召開會議也要求，要支持新能源汽車加快發(fā)展，引導(dǎo)企業(yè)加大技術(shù)改造投資。要強化科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性，加強基礎(chǔ)研究，推動應(yīng)用研究，開展補鏈強鏈專項行動，加快解決“卡脖子”難題。
電動汽車會因為采用了新的鈉離子電池繼續(xù)降低更親民的價格嗎？中國可以成為鈉離子技術(shù)強國嗎？
僅僅十分鐘的發(fā)布會，關(guān)于鈉離子電池的討論還不夠。就像曾毓群說的那樣：電化學(xué)的世界就像能量魔方，未知遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知。
但已知的是，如今我們得用一種新的視角審視寧德時代這家公司了。
