鈉電池車(chē)要來(lái)了，幾乎克服了純電動(dòng)車(chē)的所有傳統(tǒng)缺陷

電動(dòng)車(chē)發(fā)展勢(shì)頭正佳，而關(guān)于三元鋰和磷酸鐵鋰的路線之爭(zhēng)也從未消停，刀片電池、彈匣電池等名頭，無(wú)不向世人傳遞出一個(gè)信號(hào)：我才是動(dòng)力電池的未來(lái)。但結(jié)果真的會(huì)如此嗎?答案是未必。

最近，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群對(duì)外透露，將于今年7月前后發(fā)布鈉電池。

按照專(zhuān)家的說(shuō)法，鈉電池是一種“不依賴(lài)資源”的新型電池，不會(huì)像鋰電池那樣受上游原材料的供應(yīng)以及價(jià)格變化影響，未來(lái)不存在發(fā)展瓶頸。

于是，吃瓜群眾們不僅好奇：鈉電池究竟是個(gè)啥?跟鋰電池相比，鈉電池的優(yōu)點(diǎn)和不足又是什么?到底誰(shuí)才是動(dòng)力電池的未來(lái)?

鈉電池是什么?

跟鋰電池的命名方式一樣，鈉電池的全稱(chēng)叫做“鈉離子電池”，其工作原理，就是通過(guò)鈉離子在電極之間的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電過(guò)程。

兩者工作原理略有不同的是，鋰電池是通過(guò)鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)、轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)充放電，而鈉電池是由鈉離子在正負(fù)極之間的嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。

 ▲鈉離子電池基本工作原理

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這不就是將鋰離子換成了鈉離子么?是的。而且，跟鋰電池類(lèi)似的是，鈉電池在正負(fù)極材料的選用上也比較多元化，不同的電極材料能在電池能量密度方面帶來(lái)不同的表現(xiàn)。

關(guān)于鈉電池最早的研究，始于上世紀(jì)70年代的第一次石油危機(jī)期間，只是沒(méi)有像鋰電池那樣進(jìn)展迅速，此后相關(guān)研究越來(lái)越少，直到2010年之后，鈉離子電池才與太陽(yáng)能等可再生能源一起同步發(fā)展，以豐富儲(chǔ)能體系。在這方面，歐美起步稍早，大概在2011年和2012年分別有公司涉足相關(guān)領(lǐng)域，美國(guó)能源部對(duì)此也有一定支持。

2012年，日本豐田曾發(fā)布一種鈉離子電池正極材料，在當(dāng)時(shí)就已經(jīng)能將電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程提升到500-1000公里。

 ▲各類(lèi)高倍率性能鈉離子電池正極材料的設(shè)計(jì)策略

在我國(guó)，包括中科院在內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)也在開(kāi)展鈉電池的研究，科技部2016年為此專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)，今年4月，國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家能源局發(fā)文，提出要支持儲(chǔ)能多元化發(fā)展，以及加快鈉離子電池開(kāi)展規(guī)?；?。

從產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)速度和專(zhuān)利布局來(lái)看，目前我國(guó)在鈉電池領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

鈉電池各項(xiàng)性能如何?

既然大家都重視，那鈉電池理應(yīng)比鋰電池更有優(yōu)勢(shì)才對(duì)。

可是，至少在目前看起來(lái)，跟如今應(yīng)用最廣泛的兩種動(dòng)力電池(磷酸鐵鋰、三元鋰)相比，鈉電池的主要性能指標(biāo)其實(shí)并不具備明顯優(yōu)勢(shì)，甚至在消費(fèi)者十分看重的能量密度方面還處于劣勢(shì)。

具體來(lái)看，如今三元鋰量產(chǎn)裝車(chē)已經(jīng)做到180-200Wh/kg的水平，中短期目標(biāo)是做到300Wh/kg;磷酸鐵鋰目前量產(chǎn)裝車(chē)最高的為140Wh/kg，中短期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)180-200Wh/kg;而國(guó)內(nèi)鈉離子電池目前能量密度最高為145Wh/kg，中短期目標(biāo)是160-200Wh/kg，比三元鋰差了不少，跟磷酸鐵鋰在相近水平(中科院物理所研發(fā)的鈉電池，理論能量密度已經(jīng)達(dá)到180 Wh/kg)。

雖然能量密度指標(biāo)并不占優(yōu)，但鈉電池在充電速度方面卻有不小的優(yōu)勢(shì)。眾所周知，即便采用大功率直流快充，三元鋰電池一般是半個(gè)小時(shí)能從20%充到80%，磷酸鐵鋰充電費(fèi)時(shí)更久，而鈉電池只要10分鐘就能干到90%，也就相當(dāng)于我們給車(chē)加個(gè)油的時(shí)間。

另外，在充放電循環(huán)壽命方面，鈉電池可以做到4500次，三元鋰只有兩三千次，這方面磷酸鐵鋰優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)做到6000次，據(jù)稱(chēng)鋰電池循環(huán)壽命最高可以超過(guò)上萬(wàn)次。

低溫性能方面，鈉電池在零下40攝氏度都可以正常工作，跟三元鋰差不多，比磷酸鐵鋰更能適應(yīng)冬季以及高寒地區(qū)。

而在電動(dòng)車(chē)用戶普遍關(guān)注的安全性方面，鈉電池也比三元鋰更令人放心。這一方面是因?yàn)槠潆娊庖悍€(wěn)定性高，另一方面就是因?yàn)槟芰棵芏鹊?，使得鈉電池在高溫性能方面比三元鋰電池更好。

最后，鈉電池還有一個(gè)所有鋰電池都不具備的優(yōu)勢(shì)，就是它不像鋰電池一樣擔(dān)心會(huì)過(guò)放電，所以鈉電池允許徹底放電到0伏——這對(duì)于一般電動(dòng)車(chē)用戶好像沒(méi)什么實(shí)質(zhì)性意義，但對(duì)于儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用就更值得推廣了。

為什么要發(fā)展鈉電池?

綜上，就實(shí)際應(yīng)用而言，由于能量密度偏低，鈉電池目前還難言?xún)?yōu)勢(shì)，但鑒于其能量密度基本跟磷酸鐵鋰看齊，以及在其他性能方面還有自己的特色，其量產(chǎn)價(jià)值其實(shí)已經(jīng)不小。

但這就是世界上主要國(guó)家發(fā)展鈉電池的根本原因嗎?其實(shí)不然。鈉電池之所以能得到重視，最重要的原因，正是我們?cè)诒疚拈_(kāi)頭提出的——不依賴(lài)資源，這需要從兩個(gè)方面來(lái)理解。

首先，論在地球上的儲(chǔ)量，鈉遠(yuǎn)比鋰要豐富得多。

資料顯示，鋰在地殼中的含量?jī)H為0.0065%，即便是把地球上所有的鋰元素都用來(lái)生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)，大概只夠生產(chǎn)15億輛特斯拉。而且，大部分已探明鋰資源都在南美洲(主要是玻利維亞、智利、阿根廷等)，集中于當(dāng)?shù)氐柠}湖中，但該區(qū)域政局不穩(wěn)，所以引起碳酸鋰價(jià)格經(jīng)常大幅波動(dòng)。此外，國(guó)內(nèi)鋰提取技術(shù)目前也沒(méi)有規(guī)?；?，我們80%的鋰從澳大利亞進(jìn)口，但當(dāng)前的中澳關(guān)系并不利于維持這種貿(mào)易需求。

反觀鈉，分布就明顯廣泛的多，鈉資源約占地殼元素儲(chǔ)量的2.64%——也就是說(shuō)，鈉的儲(chǔ)量是鋰的406倍。其中，光是我國(guó)已探明的鈉鹽儲(chǔ)量，早在六七年前就已經(jīng)超過(guò)1.4萬(wàn)億噸，而且，如今全球的金屬鈉產(chǎn)能，也正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移。

 ▲鹽湖中豐富的鈉鹽

其次，鈉電池成本更低。

寧德時(shí)代之所以要發(fā)布鈉電池，核心原因是鋰電池的原材料漲價(jià)太兇猛(從去年下半年至今已經(jīng)漲了多次)，而鈉電池則絲毫不存在這方面的壓力，原因有三：

一、鈉鹽因?yàn)閮?chǔ)量巨大，原材料價(jià)格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本能降低一半;

二，鈉鹽的特性允許使用低濃度電解液(同樣濃度的電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右)，這樣就能進(jìn)一步降低成本;

三，鈉離子不會(huì)跟鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，此舉可以進(jìn)一步降低成本8%左右，降低重量10%左右。

幾大主料都能大幅節(jié)省生產(chǎn)成本，也就不難理解為啥電池企業(yè)愿意開(kāi)辟這條新的道路了。有數(shù)據(jù)顯示，目前國(guó)內(nèi)鈉電池的材料成本加上制造成本，大概在0.36元/Wh左右，這已經(jīng)比鋰電池低了，只不過(guò)，鈉電池目前還處于推廣初期，其整體商業(yè)成本短期內(nèi)會(huì)比鋰電池高，這一點(diǎn)寧德時(shí)代也有簡(jiǎn)單提及。

最后說(shuō)說(shuō)

不僅僅是寧德時(shí)代，包括深圳華創(chuàng)電新、遼寧星空鈉電等多家企業(yè)都對(duì)鈉電池提前進(jìn)行了布局?？梢?jiàn)，雖然鈉電池的能量密度是個(gè)較為明顯的短板，但業(yè)內(nèi)對(duì)其趕超磷酸鐵鋰依然充滿信心，有企業(yè)稱(chēng)“鈉電池能量密度超越150Wh/kg的進(jìn)度將比磷酸鐵鋰快”，更重要的是，鈉電池雖然還處于第一代產(chǎn)品階段，但已經(jīng)能看到第三代產(chǎn)品的雛形了。

更重要的是，鈉電池在充電速度、循環(huán)壽命、低溫性能、安全性能方面都有可圈可點(diǎn)之處，所以其市場(chǎng)前景值得期待。

而鈉電池的出現(xiàn)，首先就將挑戰(zhàn)磷酸鐵鋰的江湖地位，因?yàn)樗鼈兌际亲叩男詢(xún)r(jià)比路線。當(dāng)然，磷酸鐵鋰和鈉電池究竟誰(shuí)能更勝一籌，從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)還無(wú)法給出預(yù)判，畢竟，這兩種電池，在不同電極材料和輔料的作用下，其能量密度天花板各不相同。

由此可見(jiàn)，未來(lái)，不僅僅是儲(chǔ)能行業(yè)會(huì)有鈉電池的一席之地，電動(dòng)車(chē)勢(shì)必也會(huì)形成鋰電池和鈉電池并行的局面，而且那一天已經(jīng)可以預(yù)見(jiàn)了。