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動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的“第二個(gè)籃子”

時(shí)間:2023-03-31 08:56來源:汽車通訊社 作者:程煜
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在元素周期表中,鈉與鋰是處于同一主族且具有相似物理化學(xué)性質(zhì)的金屬元素,但這“兩兄弟”卻有著截然不同的命運(yùn)。

上個(gè)世紀(jì)70年代,美國石油巨頭�?松梨诠旧暾埩虽嚱饘�電池的專利。

15年后,在日本東京都港區(qū),索尼創(chuàng)始人盛田紹夫在辦公室內(nèi)宣布了一個(gè)足以震驚消費(fèi)電子行業(yè)的消息,由索尼公司自研的世界上第一塊商業(yè)化鋰離子電池正式問世。

索尼公司將其裝配在旗下的新款CCD-TR1攝像機(jī)中,隨后鋰電池廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、手機(jī)、筆記本等產(chǎn)品。自此,日本消費(fèi)電子行業(yè)橫掃全球,消費(fèi)電池的格局也因此發(fā)生了改變。

時(shí)至今日,鋰電池的應(yīng)用已愈加廣泛,尤其是對于新能源汽車來說,更是如同于“心臟”般重要。但其“兄弟”鈉離子電池卻沒有受到優(yōu)待,在漫長的歷史長河里,都遠(yuǎn)不及鋰電池的光芒耀眼。

而近幾年,隨著電池級碳酸鋰價(jià)格高企,鈉電池開始被重新重視起來。那么隨著鈉電池產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇,它能在新能源汽車中,取代鋰電池的地位嗎?

閱讀本文你會了解:

1.鈉電池的衰落

2.鈉電池是如何出現(xiàn)復(fù)蘇的?

3.復(fù)蘇的鈉電池能代替鋰電池嗎?

鈉電池的衰落

 
19世紀(jì)70年代,長篇科幻巨著《海底兩萬里》問世,作者儒勒·凡爾納在從未去過海底探險(xiǎn)的情況下,憑借天馬行空的想象力為我們呈現(xiàn)了一個(gè)夢幻而又真實(shí)的海底世界。
同樣,凡爾納也并未見過鈉電池,但卻在這本科幻巨著里首次提出了鈉電池的概念。
“是的,先生。鈉與汞結(jié)合,形成汞合金,代替本生電池中所需要的鋅。汞用之不盡,只有鈉才會消耗,但大海正好為我提供鈉。此外,我還要告訴您,鈉電池應(yīng)當(dāng)是能量最高的,它的電力是鋅電池的兩倍。”
——節(jié)選自《海底兩萬里》
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(儒勒·凡爾納)
 

而真正的鈉電池,大概在接近100年以后,才被人們發(fā)明出來。

20世紀(jì)70年代,石油危機(jī)爆發(fā),全球經(jīng)濟(jì)也因此迎來了繼二戰(zhàn)之后的最嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)危機(jī),工業(yè)化國家經(jīng)濟(jì)增速開始放緩。

但這場石油危機(jī)也有著積極的一面,那就是人類終于意識到,不能僅僅依賴石油一種能源。

于是,許多國家和企業(yè)開始探索新的能源模式,以減少對石油的過度依賴,鋰離子電池和鈉離子電池也在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)。

當(dāng)時(shí),斯坦利·惠廷漢姆博士以二硫化鈦和金屬鋰,制成世界上第一塊新型鋰電池。并在1976年,由其所在的�?松梨诠旧暾埩虽嚱饘匐姵氐膶@�。

就在鋰電池誕生后的幾年內(nèi),法國科學(xué)家Armand在北約先進(jìn)電池材料會議上提出了“搖椅式電池”的概念,從此正式開啟了鈉離子電池的研究。

當(dāng)時(shí)有許多人更看好鈉離子電池,因?yàn)殇嚥⒉皇且环N豐富的資源,在地殼中的含量只有0.0065%,并且分布不均勻。

但是鈉元素占地殼的2.74%,以鹽的形式廣泛分布于陸地和海洋中,完全不受資源和地域限制。

既然如此,那為何二者的命運(yùn)會截然不同?

主要是因?yàn)?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">負(fù)極材料的問題。

前文提到過,日本索尼公司發(fā)布了第一塊可商業(yè)化的鋰離子電池,之所以取得如此成就正是因?yàn)樗髂峁就ㄟ^石墨解決了鋰離子電池的負(fù)極材料問題。而鈉離子電池的研究雖然也一直在繼續(xù),但卻遲遲無法找到合適的負(fù)極材料,無法商業(yè)化。

最終,在商業(yè)化趨勢下,資本的天平開始傾斜,越來越多的人開始入局鋰離子電池行業(yè)。至此,鋰電池成為了“電池之王”,開啟了屬于自己的時(shí)代,而鈉電池則從此一蹶不振,漸漸脫離大眾的視野。

然而,有關(guān)鈉離子電池的研究卻并未停滯。 

 鈉電池的復(fù)蘇之風(fēng)

 
 

鋰離子電池的光芒太過耀眼,才使得鈉離子電池漸漸脫離了大眾的視野。但近期鈉離子電池產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇,卻也與鋰離子電池有著直接的關(guān)系。主要原因有兩個(gè):

1.碳酸鋰原材料價(jià)格高企

2.鈉離子電池取得技術(shù)突破

先看第一點(diǎn)。近年來新能源汽車發(fā)展突飛猛進(jìn),動(dòng)力電池原材料價(jià)格持續(xù)上漲,讓車企成本壓力直線飆升。先看一組數(shù)據(jù):

2020年10月,國產(chǎn)電池級碳酸鋰價(jià)格約為4萬元/噸;

2022年11月,價(jià)格已經(jīng)狂飆到近57萬元/噸。

2023年3月27日,雖然價(jià)格已經(jīng)跌到約27萬元/噸,但依然是3年前的7倍左右。

在此背景下,車企表示鋰電池成本過高,自己仿佛在給上游鋰電池廠商打工。因此對于他們來說,亟需找到一種新的動(dòng)力電池原材料來重塑動(dòng)力電池行業(yè)格局,緩解成本壓力。

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再看第二點(diǎn)。前文提到,由于鋰離子電池率先解決了負(fù)極材料問題,從而掩蓋了鈉離子電池的光芒,但關(guān)于鈉離子電池的研究仍在繼續(xù)。

2000年,加拿大科學(xué)家Stevens通過熱解葡萄糖得到了一種硬碳負(fù)極材料,這一研究發(fā)現(xiàn),使鋰離子電池負(fù)極材料的研究有了重大突破;

2015年時(shí),由法國RS2E機(jī)構(gòu)開發(fā)的全球首顆18650圓柱型鈉離子電池正式誕生,電芯能量密度達(dá)到90Wh/kg,循環(huán)壽命超過2000次,性能已經(jīng)優(yōu)于傳統(tǒng)鉛酸蓄電池。

除此之外,鈉電池還具備儲量龐大、成本更低、低溫性能更好、充電效率更高、耐過放電等優(yōu)點(diǎn)。綜合考量后,越來越多的企業(yè)選擇入局,一場鈉離子電池行業(yè)的復(fù)蘇之風(fēng)正式開啟。

2017年,我國首家鈉離子電池企業(yè)中科海納正式成立,致力于鈉離子電池的研究;

2021年,寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池,并正式啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)布局;

隨后,孚能科技、蜂巢能源、億緯鋰能、比亞迪電池等動(dòng)力電池企業(yè)也紛紛發(fā)布布局鈉離子電池相關(guān)公告。

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而就在前不久,由思皓新能源和中科海納打造的行業(yè)首臺鈉離子電池試驗(yàn)車——思皓花仙子,公開亮相。這對行業(yè)來說猶如一記炸雷,再次激起了鈉離子電池的熱度,鈉離子電池的“上車之路”也愈加明朗。


“第二個(gè)籃子”
 
 

任何一個(gè)行業(yè)想要成功,起碼要具備兩個(gè)前提:市場前景與資本入局。而鈉電池顯然已經(jīng)做到了這兩點(diǎn)。那么鈉離子電池是不是就能完全替代鋰離子電池了?

目前看來,并不能。

因?yàn)槟壳扳c離子電池與鋰離子電池相比,仍存在不小的差距。具體分為兩方面:

1.能量密度低

2.電池壽命短

先看第一點(diǎn),電池的能量密度就是單位體積的電池所儲存的電量,業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,鈉離子電池能量密度上限是200Wh/kg,而鋰電池能量密度為150-350Wh/kg。

也就是說,同樣體積下,鈉離子電池車的續(xù)航遠(yuǎn)不及鋰電池車。如果要達(dá)到同樣的續(xù)航,則需要更大的體積,這樣便會大幅壓縮車內(nèi)空間。

再看第二點(diǎn),鈉離子電池的循環(huán)壽命普遍為2000次左右,而鋰離子電池的充電壽命可達(dá)到3000次以上,甚至更高。

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(來源:中科海納官網(wǎng))
 

可見,鈉離子電池是無法完全實(shí)現(xiàn)替代的。那么鈉離子電池的定位究竟在哪呢?

筆者認(rèn)為,鈉電池和鋰電池是作為互補(bǔ)關(guān)系存在的。

1981年的諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主詹姆士·托賓曾經(jīng)提出過一個(gè)“資產(chǎn)組合選擇理論”,意為把風(fēng)險(xiǎn)程度不同的投資品進(jìn)行組合,以此降低投資的總體風(fēng)險(xiǎn),并讓投資回報(bào)率維持在一個(gè)合理的期望水平。

這句話的本質(zhì)說的是投資中的風(fēng)險(xiǎn)分散原則,簡單來說就是“不要把雞蛋放在同一個(gè)籃子里”。仔細(xì)思考后不難發(fā)現(xiàn),這句話放在動(dòng)力電池行業(yè)中也同樣適用。

從產(chǎn)業(yè)角度來看,以往車企押注鋰電池,導(dǎo)致了現(xiàn)在上游鋰價(jià)高企,車企不堪重負(fù)。而鈉離子電池的復(fù)蘇,正是車企押注的“第二個(gè)籃子”。

要知道,市場上的A00級電動(dòng)汽車相對續(xù)航要求較低,而這正是鈉離子電池可以發(fā)力的空間,例如前文提到的思皓花仙子。同時(shí),也可以通過“鋰電池+鈉電池”的混搭形式,向更高續(xù)航需求的車輛市場發(fā)力。

如此替代過后,將會大幅緩解電動(dòng)汽車的碳酸鋰需求,有望重塑動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局,并在一定程度上改變鋰電價(jià)格高企的現(xiàn)狀。

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從成本角度來看,鈉電池價(jià)格更低、資源更豐富,而且鈉電池的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝和鋰電池十分相似,動(dòng)力電池企業(yè)的產(chǎn)線也可以輕松實(shí)現(xiàn)切換。所以無論是從產(chǎn)業(yè)角度,還是成本角度,鈉離子電池都有存在的必要。

目前,思皓花仙子打響了鈉離子電池試驗(yàn)車的第一槍,之后將會有越來越多的車企效仿。如此看來,鈉離子電池在被埋沒了數(shù)十年后,終將迎來自己的輝煌。

(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 動(dòng)力電池
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