宁德时代钠电池产业化或将于2023年实现，揭秘钠电池的真正价值

2022-07-06 17:07:07  信息编号：K222383  浏览次数：111

当汽车加速电气化发展之后，原本属于发动机、变速箱等传统“三大件”部分的注意力，迅速被动力电池给抢走。作为纯电动车成本的重要组成部分，以及普及电动车最核心的技术需求之一。如何在满足续航、安全等消费端需求的前提下，让动力电池的成本降下来，这在近年来供应链价格大幅抬头的背景下，就显得更有现实意义。

而在动力电池领域，我们听到最多当属锂电池，其中又主要细分为磷酸铁锂以及三元锂电池。不过在工信部等职能部门为钠电池的发展背书，以及华为、宁德时代纷纷下场布局的背景下，钠电池似乎有将市场主流的锂电池拉下马的趋势。其中，宁德时代更是在近日表示，正致力于推进钠离子电池在2023年实现产业化。那么从技术角度来说，钠电池真的有可能替代锂电池吗？钠电池的使用和推广对于普通消费者到底有什么影响？钠电池的真正价值是啥？

钠离子电池发展历程：

钠离子电池（Sodium-ion battery），是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。

钠离子电池起步并不晚，1976年Whittingham研究发现TiS2能够进行Li的嵌入和脱出，同时也能够进行Na的嵌入和脱出，但是由于采用并不稳定的金属锂作为负极，因此这一体系的电池最终并未商业化。

随着后来锂离子电池的商用，钠离子电池的研究就被搁置了。

21世纪以来，随着锂矿的资源的欠缺，大家又开始逐步研究钠离子电池，随之而来的就是，这项技术的飞速发展，

世界第一家钠离子电池公司英国Faradion公司于2011年成立，并于2015年首次将所生产的层状氧化物体系钠离子电池运用到电动自行车中，当时钠离子电池能量密度仅在80Wh/kg左右。

在2021年7月29日，宁德时代新能源科技股份有限公司举行首场线上发布会，宁德时代董事长曾毓群博士发布了宁德时代的第一代钠离子电池。

钠离子电池的优势：

第一：原材料资源丰富。

我国钠资源储量丰富，光盐湖储钠量储量就高达500多亿吨，2020年全世界出产的钠在16.05万吨左右，中国就出产的钠含量就占82.55%，钠资源开采水平世界领先。

全球锂资源储量并不丰富，在地壳中含量仅0.0065%，且在地理分布方面也较为不均匀。我国目前80%的锂资源供应依赖进口，是全球锂资源第一进口国。

第二：安全性高。

钠离子电池电化学性能相对稳定，热失控过程中容易钝化失活，安全实验表现较锂离子电池更好。

第三：成本更低。

虽然钠离子电池材料成本上有优势，但在现阶段，钠离子电池产业链并不完善，导致前期电芯价格比锂电还要高，目前大约是1元/Wh，但是如果进行规模化生产后，理论成本有望达到0.2-0.4元/Wh。

第四：耐低温。

相比其他传统锂离子电池，钠离子电池在高寒地区更具优势。宁德时代第一代钠离子电池电芯耐得住零下20度的低温，有90%以上的放电保持率。

钠电池不会取代锂电池

钠电池取代不了锂电池的地位，这是自然法则。聊这一点之前，我们有必要复习一下，为什么电池技术发展至今，最终选择了锂。一个最直观的因素，只要翻开元素周期表就能知道。排行越靠前，其原子质量越小，更有潜力造出高能量密度的动力电池。同时，越靠后的元素，其金属性一般也是越强，即越不容易释放出电子。简单来说，将电池的正负极比作货运线路的固定两点，那么我们就需要效率更高，载货能力更强的货车（元素）。

而符合这一需求的，也只有氢、锂、铍、钠、镁、铝等寥寥几个选项而已。而如何运用氢，目前还是一个长远的课题，铍又是极为稀有的金属，后面的钠、镁、铝在效率和运载能力上又难与前面的大佬比肩。最后锂也就当仁不让的成为动力电池发展至今的主流选择。

在动力电池的正、负极，以及电解液和隔膜四大板块中，锂通常以金属氧化物的形式，使用在正极材料中。比如磷酸铁锂以及部分低镍正极电池材料中大量运用的碳酸锂，以及高镍正极的三元电池需要运用的氢氧化锂等等。而镍越高的三元锂电池，其能量密度也越高。以宁德时代已经能下线装车的NCM811动力电池为例，其电池最大单体能量密度可以达到245Wh/kg。而磷酸铁锂方面，目前电池单体能量密度也大体可以保持在160Wh/kg水平以上。

而说回钠离子电池，就算是宁德时代发布的数据，其电芯单体能量密度也不过160Wh/kg，即刚刚逼近磷酸铁锂电池的水平。可是在此之外，锂离子电池还具有循环寿命更长等优势。特别是磷酸铁锂电池，目前已经能够实现循环寿命3000-6000次的水平，而钠离子电池往往还徘徊在1000多次。

那么明明锂离子电池性能更好，而且三元锂电池与磷酸铁锂电池在个性上也构成了不错的产品互补，为什么现在又感觉钠电池要迎头赶上了呢？其中最大的原因还是在成本，而且是全方位的成本优势。

首先是原材料方面，锂矿价格近年来可谓坐上了火箭。在2020年末，碳酸锂价格当时仅为5万元左右/吨，而今年3月份，其价格一度突破50万元/吨。而且锂矿资源不仅少，而且还比较集中在南美洲地区。相较之下，钠资源的地壳丰富程度是锂的400多倍，且分布更为均匀，当然价格也就更加便宜。据悉，金属钠的价格，也不过2万元左右/吨。

而在电池制造过程中，由于钠离子不会与铝发生反应，所以电池的负极可以采用铝做集流体，而相对的，锂电池只能用铜。包括负极材料也没必要使用石墨，而是由其它软碳材料替代。甚至在正极材料中，钠电池也可以使用更为廉价的金属，比如铁、锰、镍等。最后，由于钠电池的工作原理与锂电池极为接近，所以在生产设备上与锂电池有很强的兼容性。总之，就是从材料、原理到制造，钠电池都能一省再省。据相关推算，钠离子电池最终的成本或许可以做到比锂离子电池少30-40%的水平。再加上，根据目前纯电动车的成本构成，动力电池大约要占到整车成本的三分之一左右。叠加下来，一台纯电动车的成本应该可以减少15%左右。

此外，采用钠电池还有一些“意外的收获”。比如钠显然没有锂那么活跃，所以无论是快充场景，还是使用过程中，钠电池都会表现的更为稳定，所以钠电池也具备更强的快充潜力。甚至由于钠的熔点更低，所以钠电池理论上也很适合做固态电池。所以这也决定了钠电池路径并非是心血来潮，或者仅仅是图便宜。某种程度上，它在技术上也具有很强的发展潜力。

但最后不得不补充一下，钠电池在效率低、寿命短、放电快等方面的天然劣势，与新能源车在消费端日益增长的高品质需求，是难以匹配的。这点无论是对比三元锂电池还是磷酸铁锂电池都是如此。钠电池更多扮演了锂电池身后的补充角色，毕竟此前的铅酸电池肯定无法在动力电池板块大展拳脚。当新能源车能够在终端带来更多廉价产品的时候，有关汽车电气化转型的争议或许就只剩水到渠成了。

钠电池的真正价值：“补充”而非“替代”

业内普遍认为，钠离子电池与锂离子电池是“补充”而非“替代”关系。因钠离子电池能量密度较低，更适合应用在中低速电动车和大规模储能领域。

此前，工信部明确，锂离子电池、钠离子电池等新型电池是“推动新能源产业发展的压舱石”，预计随着产业加大投入、技术走向成熟、产业链逐步完善，高性价比的钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域具有良好的发展前景。近年来，多项国家政策频频鼓励钠离子电池发展，为产业发展注入了强心剂。

胡勇胜认为，对电池的要求主要分为更高容量、更快充电速度、更安全和更低成本等维度。在他看来，除了更高容量暂时无法满足外，其他方面都是钠离子电池的优势所在。现阶段钠离子电池产品将主要应用于150瓦时/千克以下应用场景，可在一定程度上缓解由于锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。

“钠离子电池的规模化量产没有明显瓶颈，在特定市场会凭借自身特色迅速抢占市场。”胡勇胜认为，钠离子电池的定位是最具经济性的高安全储能电池，规模化后将以铅酸电池的价格，实现锂离子电池的性能。