能量密度不是評(píng)判電池唯一的標(biāo)準(zhǔn)

5月下旬，寧德時(shí)代董事長曾毓群在股東大會(huì)上透露，將在7月發(fā)布鈉離子電池，一下把全行業(yè)胃口吊的老高。自那以后，寧德時(shí)代的股價(jià)，又一次坐上小火箭，從375塊直竄到如今的550塊，市值一舉跨過萬億。

雖說股價(jià)暴漲不全歸功于鈉離子電池，但外部的期待情緒，早已拉滿。不過，這一等，就等到了7月底。

期待中的寧德時(shí)代版“電池日”，篇幅只有10分鐘，把鈉離子電池的背景、技術(shù)、優(yōu)勢(shì)、計(jì)劃，一口氣倒完，便告結(jié)束，滿屏的理工直男氣息。

01

“大器晚成”的鈉離子電池

技術(shù)角度來看，鈉離子電池，新也不新。

說新是因?yàn)?，相比主流的鋰離子電池，鈉離子電池的正、負(fù)極材料及電解質(zhì)，都不一樣。最重要的，電荷載體由鋰變成了鈉，正極材料也不再依賴鈷、鎳這些稀有金屬。

用曾毓群在發(fā)布會(huì)上的話說，這是“電池化學(xué)體系”的創(chuàng)新。

說不新，是因?yàn)閮烧叩碾娀瘜W(xué)原理，基本一致，都屬于“搖椅式”電池：金屬離子通過電解液、隔膜在正負(fù)極之間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)充放電。鋰和鈉在元素周期表里睡“上下鋪”，化學(xué)性質(zhì)相近，都是優(yōu)秀的電荷搬運(yùn)工。

實(shí)際上，上世紀(jì)70年代末，關(guān)于鈉電與鋰電的研究，幾乎同步。差別在于，鋰離子小巧，更容易在各種物質(zhì)中自如穿梭；鈉離子大且重，容易讓電極材料體積膨脹或者失活，因此能量密度低、循環(huán)壽命短。

這種情況下，鋰離子電池迅速商業(yè)化，鈉離子電池陷入停滯。直到2010年后，隨著正負(fù)極材料的突破，后者才緩慢開始落地，標(biāo)準(zhǔn)的大器晚成。

按發(fā)布會(huì)介紹，本次寧德時(shí)代推出的鈉離子電池，用普魯士白和層狀氧化物做正極材料，硬碳做負(fù)極，加上適配的新型電解液，不僅提升了能量密度，更重要地，解決了鈉離子電池在循環(huán)過程中的材料衰減，攻克了產(chǎn)業(yè)化的最大障礙。

這么大費(fèi)周章，證明鈉離子電池，確實(shí)有獨(dú)到之處。

首先是成本，比起儲(chǔ)量有限且十分集中的鋰，鈉儲(chǔ)量巨大，在全球分布均勻，隨處可得。而且，鈉離子電池不需要稀有金屬，正負(fù)極集流體都能用鋁箔（而不是更貴的銅箔）。粗略計(jì)算，材料成本比鐵鋰還要低30%-40%。

再者，從電化學(xué)角度，鈉離子電池充電效率高，低溫性能好。寧德時(shí)代的鈉離子電池，常溫下充電15分鐘就能達(dá)到80%，而鋰電池一般要30-45分鐘。同時(shí)，零下20度的低溫下，還能有90%的放電保持率，吊打冬季饋電快的鋰電池尤其鐵鋰。

另外，據(jù)寧德時(shí)代介紹，鈉離子電池的熱穩(wěn)定性相當(dāng)不俗，在針刺、擠壓、過充、過放一系列測(cè)試中，不起火不爆炸。還能實(shí)現(xiàn)徹底放電，降低運(yùn)輸中的安全風(fēng)險(xiǎn)（鋰電池運(yùn)輸時(shí)要保持帶電）。

02

什么時(shí)候能上車

優(yōu)點(diǎn)有很多，缺點(diǎn)同樣明顯。

除了循環(huán)壽命上的天然劣勢(shì)，鈉離子電池最大的短板，還是能量密度。雖說全行業(yè)對(duì)高續(xù)航的追逐，近來隨補(bǔ)貼退坡和補(bǔ)能設(shè)施完善，有降溫趨勢(shì)。但續(xù)航的門檻，尤其對(duì)緊湊級(jí)往上的產(chǎn)品，卻是越來越高。鈉離子電池要上車，早晚得邁過這個(gè)坎。

按照寧德時(shí)代公布的數(shù)據(jù)，本次推出的鈉離子電池，單體電芯能量密度160Wh/kg。從技術(shù)演進(jìn)的角度，進(jìn)步不小。但參照行業(yè)水平，只能算入門。好在系統(tǒng)集成效率不錯(cuò)，據(jù)稱能達(dá)到80%，電池組能量密度不會(huì)打太多折扣。

按計(jì)劃，寧德時(shí)代的第二代鈉離子電池，能量密度將達(dá)到200Wh/kg，基本看齊鐵鋰。但在那之前，想提升能量密度，只能在結(jié)構(gòu)上多做文章。

發(fā)布會(huì)上，寧德時(shí)代公布了一種鈉、鋰離子電池集成方案，將兩種電池按比例混搭，通過BMS算法分別控制。理論上，這樣既能彌補(bǔ)鈉離子的能量密度短板，又能發(fā)揮它的高功率和低溫性能，是個(gè)不錯(cuò)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，但還需要工程及實(shí)踐檢驗(yàn)。

寧德時(shí)代表示，目前正進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化布局，預(yù)計(jì)2023年形成產(chǎn)業(yè)鏈。實(shí)際上，就制造環(huán)節(jié)而言，鈉離子電池與鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝完美兼容，無縫銜接。當(dāng)下需要的，更多是上下游協(xié)同。以寧德時(shí)代如今的號(hào)召力，不說一呼百應(yīng)，起碼不會(huì)冷場(chǎng)。

不過，即便順利落地，鈉離子電池要在汽車行業(yè)分杯羹，多半還得從龍?zhí)鬃銎稹?/p>

最現(xiàn)實(shí)的，首先是兩輪市場(chǎng)。鈉離子電池能量密度和循環(huán)壽命，不算出色，但降維打擊鉛酸電池，綽綽有余。2020年國內(nèi)新增3800萬輛電動(dòng)自行車，對(duì)應(yīng)裝機(jī)量至少40Gwh，這塊蛋糕其實(shí)不小。

至于四輪的，等工藝成熟，有了規(guī)模，成本潛力兌現(xiàn)，鈉離子電池登上A00和A0級(jí)電動(dòng)車，不是難事。商用車對(duì)電池成本敏感但沒那么在乎能量密度，也有想象空間。

另外，別忘了，還有儲(chǔ)能這一大片藍(lán)海。跑通低碳經(jīng)濟(jì)，能源結(jié)構(gòu)肯定要變，可再生發(fā)電比例勢(shì)必提高，配套的儲(chǔ)能規(guī)模，未來十分可觀。鈉離子電池的成本優(yōu)勢(shì)和充放電特性，對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)吸引力十足。

政策層面的利好已經(jīng)釋放。7月15日，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中，點(diǎn)名要加快鈉離子電池的“規(guī)模化試驗(yàn)示范”。

登堂入室，看來只是時(shí)間問題。

03

普及電動(dòng)車的希望？

回到汽車，隨著鈉離子電池入場(chǎng)，動(dòng)力電池的江湖，愈發(fā)熱鬧。

對(duì)高能量密度、長續(xù)航的追求，雖然降了溫，仍然是行業(yè)主流。只不過，依賴現(xiàn)有的鋰電池化學(xué)體系，突破的難度越來越大，成本越來越高。

目前，市面上可量產(chǎn)的單體電芯，最高能量密度在300Wh/kg。按官方的動(dòng)力電池發(fā)展規(guī)劃，2025年要達(dá)到400Wh/kg，2030年要達(dá)到500Wh/kg。顯然，技術(shù)層面沒有大的革新，只靠目前的三元體系，實(shí)現(xiàn)難度很大。

近來，各種層出不窮的新概念，比如廣汽的石墨烯電池，蔚來的半固態(tài)電池，上汽智己的摻硅補(bǔ)鋰，紛紛喊出1000公里續(xù)航，本質(zhì)都是基于三元體系，對(duì)正負(fù)極和電解質(zhì)做局部改進(jìn)，外加一定程度的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，進(jìn)一步壓榨三元鋰的潛能。

與續(xù)航并行的另一大命題，是安全。自從刀片電池橫空出世，給行業(yè)“撥亂反正”，對(duì)安全的關(guān)注與日俱增。后續(xù)的彈匣電池、果凍電池、大禹電池等等，名字千奇百怪，但主旨一致：把起火燃耗的概率，降到最低。

只是，最近比亞迪漢在碰撞試驗(yàn)后起火，引發(fā)輿論風(fēng)波，預(yù)計(jì)能讓借安全玩噱頭的熱潮，稍微降降溫。

可以預(yù)想，鈉離子電池加入戰(zhàn)局后，有希望把成本，提到與續(xù)航、安全同等的高度。

業(yè)內(nèi)共識(shí)，電動(dòng)車要普及，抹平與燃油車的成本差異，是前提之一。比如，近兩年，成本更低的鐵鋰電池復(fù)蘇后，對(duì)新能源市場(chǎng)的刺激效應(yīng)，有目共睹。

按國內(nèi)外普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電池成本降到100美元/kWh，電動(dòng)車才能在成本上抗衡燃油車。但2020年鋰離子電池平均成本，仍在150美元/kWh上下，有很大距離。

關(guān)鍵是，隨著鋰電路線陷入技術(shù)瓶頸，電池成本受基礎(chǔ)材料的影響，將越來越大?？纯磧r(jià)格飛漲的鋰和稀有金屬，降本談何容易。

這種背景下，比鐵鋰成本還低至少30%的鈉離子電池，就來得很是時(shí)候。

等產(chǎn)業(yè)化落地，同時(shí)能量密度上再進(jìn)一步，往鐵鋰靠攏，憑借成本和性能優(yōu)勢(shì)，鈉離子電池有很大潛力，統(tǒng)治中低端市場(chǎng)，為電動(dòng)車的普及，再添一把火。

至于取代鋰電，肯定言過其實(shí)。鈉離子的電化學(xué)極限，擺在那里。但未來與三元（還有基于三元的各種改進(jìn)形態(tài)）、鐵鋰一起，形成高中低的布局，大可以暢想。

再怎么說，一個(gè)行業(yè)要穩(wěn)定發(fā)展，多幾條技術(shù)路線互補(bǔ)互促，總是好事一樁。

所以，別老盯著能量密度那點(diǎn)事。往上探索能量密度的極限，固然重要；往下探索成本和性能平衡的極限，對(duì)行業(yè)來說，何嘗不也是一種突破。

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