如何看待宁德时代发布钠离子电池？

文丨 汽车电子设计

作者/朱玉龙

宁德时代7月29日的钠离子发布会特别简短，等了2天，实际只看了10分钟，就此简单谈一谈看法。

一、钠离子电池

首先要回答一个问题，什么是钠离子电池？是指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。上个世纪七十年代末期起，钠离子电池几乎与锂离子电池同时开展研究。从最终的成熟度和应用范围来看，锂离子电池占据了很好的地位，当下，钠离子电池主要的潜在应用领域是在储能方面。

图1 锂电池和钠电池的对比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）

对于产业链还没完全成熟的钠离子电池，它的优缺点都较为明显。首先，体积能量密度及质量能量密度都比较有限；但和铅酸电池相比，其成本优势明显，能量密度、循环寿命、高低温性能以及倍率性能均较好，所以它早期的定位还是比较确定的。

二、这次宁德时代发布了什么？

我整理的发布会要点如下：

（1）钠离子正极材料方面，目前具有潜在商业化价值的，有普鲁士白和层状氧化物两类材料。克容量已经达到了160mAh/g，与现有的锂离子电池正极材料相当。宁德时代的工作，主要是对材料的体相结构进行电荷重排，对材料表面进行重新设计，解决了材料在循环过程中容量快速衰减这一世界性的难题，使创新的材料具备了产业化条件。在负极材料方面，开发了能够让大量的钠离子存储和快速通行的独特孔隙结构的硬碳材料。在电解液方面，开发了适配这样的正极负极材料的新型独特电解液体系。在制造工艺方面，可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备相兼容。

备注说明：也就是在现有锂电池的封装、产线上能做到最大可能的复用。

（2）从产品来看，宁德时代开发的第一代钠离子电池的性能指标如下：

• 电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg；
• 常温下充电15分钟 电量就可以达到80%，具备了快充能力；
• 在零下20°C低温的环境下有90%以上的放电保持率；
• 在系统集成效率方面，也可以达到80%以上；
• 优异的热稳定性，已经超越了国家动力电池强标的安全要求。

图2 宁德时代发布的内容

上图是在直播中给出的信息，从我个人的感受来看，可能宁德时代是准备走两种产品的应用路线，一是大型圆柱钠电池，这是基于原有的大圆柱铁锂的路线来走的。

图3 大圆柱钠电池和方壳钠电池

另外一种就是尝试在现有的方壳电池下做产品，在这里特意提到了在电池系统集成方面的创新。

我们之前看到宁德时代提出的磷酸铁锂电芯+三元电池AB电池解决方案，在这次的发布会上，我们看到了钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用的方案。这个原理，其实和LFP+NCM混用是相似的——将钠离子电池与锂离子电池同时集成到同一个电池系统里，将两种电池按一定的比例和排列进行混搭，串联、并联集成，通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制。

图4 钠电池和锂电池混用

我觉得这个钠电池本身还是一种期货产品，特别是宁德时代称，2021年开启钠电池的商业化，目标是于2023年形成基本产业链。这一次发布会，也是希望相关的研究机构、上游的材料供应商和下游的电池应用端一起参与，共同加速钠离子电池产业链的完善和发展。说到这个问题，我们就需要来探讨下一个话题：

三、中国乃至全球化的电化学储能资源约束

（1）锂资源储量

锂是元素周期表中最轻的金属，是天然的充放电介质，是最适合做电池的元素。然而对电池企业来说，锂资源的储量、价格不可控亦是其较为担忧的问题。也就是说，当前全球新能源汽车产业发展已进入正向自循环，锂作为自然界中电极电位最负的金属元素， 是天生的电池金属，我们认为其将在高比能动力电池、大部分储能应用中具备长期的需求刚性。正因如此，锂业被视作未来的白色石油，其战略价值已成为全球共识。所以如果没有创新的话，锂在全球就是各个国家需要准备的战略资源。

图5 全球锂资源的来源

（2）钠的资源丰度

从元素周期表的角度最有可能对其形成替代的就是位于锂元素正下方的钠。锂的地表含量只有0.0065%，钠的含量为 2.75%，是锂的400多倍。

图6 钠资源的量相比锂资源好太多了

四、对纳电池的展望

最后我们来谈下，钠电池的使用展望。我个人觉得这次发布会略有点仓促，好多信息都是没有展开的。从使用场景来看，钠电池就是定位低成本，定位于全面取代铅酸电池的。

中国是全球最大的铅酸电池生产国、消费国和出口大国。2020年铅酸电池产量为22740万千伏安时，大约为227Gwh，而中国动力锂电池装机64Gwh，相比而言铅酸电池的钠离子电池的空间很大。目前，铅酸电池的使用空间是很大的，短期内在以下领域是可以使用的：

（1）铅酸电池往锂电池迭代，但是可以使用钠电池的场合：最为典型的是依电动自行车。

2020年中国电动自行车车新增销量3800万辆，如果按照1kwh来算，对应近38Gwh，目前能明显看到，随着锂电池的被替换上，导致这块的安全问题很多。钠电池有能量密度相对较低、安全性比较高的特点，可以在这个领域起到非常大的作用。

（2）储能领域：目前UPS电池大部分还是以铅酸为主，国家发展改革委、国家能源局前端时间正式发布关于加快推动新型储能发展的指导意见。明确提出量化的储能发展目标，即到2025年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变，新型储能装机规模达3000万千瓦以上。到2030年，实现新型储能全面市场化发展，新型储能装机规模基本满足新型电力系统相应需求。在这个指导文件里面，是把储能技术多元化并行再走的，锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用，实现压缩空气、液流电池等长时储能技术进入商业化发展初期，加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范。因此随着钠离子电池的应用，这个是很有可能赶在2030年派大用处的。

（3）在汽车领域里面和锂电池协同使用：宁德时代提出的混用方案，在三元和铁锂两种不同性质的锂电池之间还需要工程和实践的检验。如果在将来，可能是可以通过精细的管理来实现更好的使用，但是这条路是否能像预想的那样，我们无从判断。我个人觉得把钠电池做成10kwh，放在A00 BEV纯电车上，这部分有很大的应用空间的。

图7 混用到底是否可行呢

真正实现车用，可能需要这个200wh/kg的钠电池出来以后，才能在A级车上大量使用。当然这种情况，还需要很长一段路走。

END