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新能源行业大震荡?宁德时代发布钠离子电池!新时代就要来了?

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发表于 2021-7-30 17:48:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
今天,社长想和大家聊一聊宁德时代。
作为股价刚刚破万亿的新能源龙头,电池一哥宁德时代已经不局限于锂离子电池了,而是要向全新的钠离子电池领域进军!



而且,曾毓群董事长还亲自露脸宣讲了一番,这就更让人有些浮想联翩了。
难道电池的能量密度还能继续突破吗?2000 公里的电池什么时候来?钠离子电池出来了,说明电池技术又一次革命了?
反应最迅速的,还是资本市场:哎这一下,股价啪就涨起来了,很快啊!



而且更有意思的是,这场昨天下午的线上发布会,一共只有 10 分钟。在汽车圈里,这几乎可以说是最短的发布会了。
不过这也应了那句话,字越少事越大。钠离子电池,还真有可能成为未来新能源市场的一颗重磅炸弹。



那么,钠离子电池到底是什么来头?它又会给新能源行业和我们的生活,带来什么样的影响?
01. 钠离子电池是什么?
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深究起来,对钠离子电池的研究能追溯到 19 世纪。



但为什么过了一百多年,我们现在用的是锂离子电池,而不是钠离子电池、铁离子电池呢?这就要说到这几个元素的化学性质了。
本部分原理介绍较长,但我尽量用最通俗易懂的方式来跟大家讲明白。
我们知道,由于锂是电极电势最负的金属,活泼的它很容易释放出电子。而且锂的相对原子质量只有 3,这也让锂电池拥有了重量轻、能量密度高的特点。因此锂电池最终击败了一大票竞争对手,成了电池界的 " 香饽饽 "。
锂离子电池的工作原理,也正是通过锂离子在两侧的正负极之间 " 跑来跑去 ",来实现电荷移动的。其中正极是锂的化合物,负极一般采用碳材料。



但我们随便翻一翻元素周期表就会发现,钠和锂属于同一主族元素。他们的元素性质接近,外层也都是 1 个电子,性格都很活泼,都适合当电荷的 " 搬运工 "。
但相比之下,钠比锂的体积差不多要大 1 倍,钠的重量差不多也是锂的 3 倍,可以说是个小胖子了。这也就导致了钠离子电池从娘胎里出来,就带着不少的缺陷。
打个不太恰当的比喻,如果我们把正负极材料比作门缝,就会发现小巧的锂离子很容易就能钻来钻去,但钠离子这个小胖子就会 " 卡门 ",强行穿过的话就会把门缝撑大。
久而久之,门框变形破裂,钠离子再也进不去了,电池的电量就会迅速衰减。
所以想要让钠离子像锂离子一样在正负极之间穿梭、还能有比较长的循环寿命的话,就必须用上更坚固的正负极材料,而且门缝还得做大一些。



另外由于钠离子又大又重,又多了一个缺陷:
不管是体积还是重量,钠离子电池的能量密度都不如锂离子电池。
目前,锂离子电池的能量密度最高能做到 500Wh/kg 左右,但钠离子电池的能量密度似乎只能做到锂离子电池的一半。体积密度的差距似乎更大,注定没办法搭载在高端新能源车上。
另外,钠的电极电势是 -2.71V,不如锂的金属活动性高。最近 20 年,科学家们都是在正负极的材料领域开展科学研究,努力让钠这个小胖子能够灵活地跑起来,还不能让它搞破坏。



宁德时代也是这么做的,但却用上了看起来很高大上的研究方法:" 高通量材料计算平台和模拟仿真技术 "。
虽然有点听不懂,但社长简单猜测一下,大概就是和阿尔法狗一样用穷举法列出所有钠的化合物,然后再通过原子级别的模拟计算和设计仿真找到可行的材料。
最后,再用现实中的实验进行反复验证,得出是否可行的结论。
宁德时代在发布会上也是这么说的。他们对材料的体相结构进行了电荷重排,对材料表面进行了重新设计,负极也用上了特殊的硬碳。
总之就是把门框加固了,再也不怕电池衰减啦!





只有在不会迅速衰减的前提条件下,钠离子电池才有了产业化的条件。
从数据上看,宁德时代公布的第一代钠离子电池循环寿命能够达到 3000 次,甚至比不少锂离子电池还要长。而电芯单体的能量密度,则是做到了 160Wh/kg。
按照宁德时代公布的系统集成效率超过 80% 来算,成组后的电池包能量密度将会超过 128Wh/kg,几乎追平了低端的磷酸铁锂电池。
而且新的钠离子电池还具备快充能力,在常温下充电 15 分钟,电量就可以达到 80%。(虽然宁德时代并没说明到底是从 0% 开始充还是从 30% 开始充。)



但钠离子电池还有一个最突出的优势,就是在零下 20°C 的低温环境下仍然有 90% 以上的放电保持率,比锂离子电池的不到 70% 强了太多。
毕竟目前的电池一到冬天,一是它本身的放电容量就会少一些,二是给电池包加热也会消耗掉大量的电量。
但钠离子电池就不会出现这种现象,冬天的续航会更扎实。
大家可以简单理解为:宁德时代的钠离子电池,就是低温衰减少、充电更快的磷酸铁锂电池。
但要是只有这点优势的话,宁德时代至于大费周章地深入研究吗?锂离子电池还有大把订单没做完呢,好好赚钱它不香吗?



02. 钠离子电池究竟好在哪?
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其实,宁德时代并不是第一个推出钠离子电池的。
2019 年,江苏常州就已经启用了世界上第一个钠离子电池储能电站。
这个储能电站由中科院物理研究所研究员胡勇胜带队研发、中科海钠进行生产,采用了 30kW/100kWh 的钠离子电池进行储能,成功给中科院物理研究所的长三角物理研究中心供上了电。



这家拥有多项钠离子电池核心专利与技术的电池企业,还在 2018 年推出了中国首辆钠离子电池低速电动车,可以说是国内第一个 " 吃螃蟹的人 "。
为什么选择钠离子电池作为储能电站呢?一是能够对外秀一下中科院的 " 硬实力 ",二是因为钠离子电池实在是太安全了。
由于钠离子电池的内阻比锂离子电池更高,所以它就算在意外的情况下短路了,瞬间发热量也会比锂离子电池更少,升温不会那么快,也就不容易自燃。
从测试的角度来讲,它在针刺、挤压、过充、过放等多种安全测试项目中都能做到不起火、不爆炸,可以说是最安全的电池了。



另外从中科海钠的名字中我们也能略知一二,钠离子电池的原材料几乎可以说是唾手可得。" 海 " 水中含有的大量氯化 " 钠 ",只要通过电解排出氯气,就能获得钠了!
这海水里的氯化钠,四舍五入就是无穷多嘛。
反观隔壁的锂离子电池,尽管我们是全球第三大锂资源国,但由于锂离子电池的巨量需求占比全球 50%,目前严重依赖进口,某种程度上甚至比石油还紧缺。



所以我们的企业也在不顾一切地在全球进行布局,尽可能地抢占更多的锂矿资源。
为了石油,他们可以杀很多人!为了锂,也是!
https://mp.weixin.qq.com/s/ai2lhcJN6GymJZUaXbScHg
2019 年,我们利用自身的锂资源加工的基础锂盐仅为 6.5 万吨,其余锂精矿都要依赖进口。我们一共买了 172 万吨锂辉石精矿,且进口矿石主要都来自澳大利亚。
但澳大利亚和我们是什么关系,大家是知道的。
没打仗的时候,我们靠人民币买买买还勉强控制得住这些锂矿。
一旦打起来,我们又没有走遍全世界的航母和洲际导弹,矿老板们可是说翻脸就翻脸,到那时说什么都不好使。
唯一的结果,就是电池利润的大头被国外的矿老板赚了去,我们还是苦哈哈的世界工厂。用最多的排放,赚着最微薄的辛苦钱。



所以,钠离子电池下面这项特性,就显得十分重要了。
它的成本,要比锂离子电池低很多!
数据显示,钠离子电池的材料成本构成中,正极材料及电解液占比最大均达 26%,隔膜占比 18%,负极材料占比 16%,集流体占比达 4%。
金属钠只要电解氯化钠就能得到,所以成本的绝大部分都是电。按照一吨钠耗电 13000 度、工业用电一度 1 块钱来算,只要 2 万块钱左右,可以说并不算贵。
但一吨锂的成本却要 60 万!两者整整相差 30 倍!
这个差距,大概是麦当劳和钓鱼台国宾馆的区别 ……



按照兴业证券的预测,2025 年锂盐需求或达到 138 万吨 LCE,年均复合增速或接近 29%。
在未来畸形的供需关系下,锂价只会越来越贵,吨价突破百万也不是没有可能。
而且三元锂电池的正极材料中,钴要接近 40 万一吨,镍也要 14 万。铝和锰稍便宜一些,2 万左右。
目前,三元锂电池的度电成本还是在 1000 块钱上下,并没有随着技术发展明显降低。
磷酸铁锂电池稍好一些,差不多 600 块钱左右。



根据中科海钠和光大证券研究所测算的数据,钠离子电池的正极材料成本仅为磷酸铁锂电池正极材料成本的 40%,负极的集流体也能用铝箔代替铜箔。
单是这两点,就能让电池的价格降低 20% 以上。
虽然宁德时代在这场发布会上并没有说明到底用了什么正负极材料,但粗略估算一下就能发现,一块 60kWh 的电池包只要 2 万多块钱,比三元锂电池能便宜一半还多!
到了这时,钠离子电池的地位,似乎开始变得有些微妙了。



03. 钠离子电池的未来
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在前几天碳中和的文章里,社长也写到了关于降低二氧化碳排放,是全球已经达成的共识。
想要降低二氧化碳排放,我们需要尽量少地使用化石能源。汽油车和柴油车的油耗必须压低,新能源也必须迅速发展起来。
而且必须用大规模的可再生能源、也就是风能和光能,来替换掉不环保的火力发电。
幸运的是,借助于国家和产业的前瞻性,全球十大风能公司我们独占六家,而十大光能公司几乎全是我们的!



在化石能源时代被发动机和变速箱卡脖子的我们,可以用可再生能源技术去卡别人了
但随之而来的,也有新问题出现。
我们知道,火力发电可以通过估算用电量来调整发电量,尽量避免多发电用不完造成的浪费。
但光伏在晚上是没法发电的,晚上又恰巧是用电高峰!
靠风力发电来补充也不太靠谱,万一当天刮的风小,就真要停电了。
想把供给端和需求端匹配上,就要靠储能装置来进行调控。它就像一个水库,上游的水先到水库存着。下游用水多了水库放水,下游用水少了水库存水,完美。



这时候,钠离子电池就可以作为储能设施出马了。它在电池里的造价是最低的,对于需要大批量铺设的储能电站来说,能节约非常多的成本。
咱们之前也提到了它不容易自燃,做储能设施会更加安全。
而且风能和光能丰富的地区,都在东北、西北和华北北部,三北地区在冬天气温都很低。
钠离子电池零下 20 ℃还能有 90% 放电保持率的特性,即使是在冬天也无需耗费能量去升温,循环寿命也强于现阶段的锂离子电池。
总的来说,最适合做储能的就是钠离子电池了。
其次,就是应用于廉价新能源车。



" 国民神车 " 五菱宏光 MINI EV,它的 120km 续航版车型电池能量密度是 100Wh/kg。而 170km 续航版车型能量密度则是 110Wh/kg,钠离子电池完全能够满足。
钠离子电池的体积大一点,其实也不是问题。它可以和车身做成一体式结构,用电池壳体来加强车身强度,还能提升安全性。
最主要的,是它能让一台卖 3 万块钱的小车再便宜 2 千块 ……这对于那些手头不富裕的车主来说,分分钟又省下了一部手机。
再次,还记得前几天两轮电动车爆燃的新闻吗?
我们先不讨论车主是否私自购买了不合格的锂电池、也不讨论电池厂商是不是小作坊。为什么有人希望能把自家两轮车的铅酸电瓶换成锂电池?因为轻啊!



一块原厂 8 公斤的锂电池抱上楼去充电,重量勉强能接受。但是如果是原厂的铅酸电瓶,重量要接近 20 公斤。如果是身材稍微弱小一些的女士,拆卸和上楼都是个大问题。
轻便,其实是人民的需求。
但轻便、安全和廉价,三者只能同时存在两者。绝大多数人抱着侥幸心理,最先放弃的是却是最不该放弃的安全。这也是两轮电动车自燃频发最大的原因。
但有了钠离子电池,这三者之间,似乎就能取到一个完美的平衡了——
它虽然比锂电池重,但比铅酸电池轻。它和铅酸电池一样安全,又有着作坊式锂电池的低价格。



这对许多骑电瓶车上下班的人来说,可是太香了。
最后,社长大胆预言一下,钠离子电池最好的归宿,是商用车。
许多人知道比亚迪出口过电动大巴,却不知道比亚迪还出口过负载超过 30 吨、续航 150 公里的电动重卡。
宁德时代也曾和福田携手推出过换电重卡,电池包电量 281.91kWh,续航 200 公里。
大运、东风、华菱、解放等重卡厂家,也都推出过类似的电动重卡。



然而这些商用车,都不约而同地选择了磷酸铁锂电池,而非三元锂电池。
究其原因,还是动辄 300 多度电的电池包用上三元锂电池,是真的天价。而且在高功率和快充的使用工况下,三元锂电池的衰减速度会非常快,安全性也难以保障。
那作为低温衰减少、快充更快、价格还能更低的新款 " 磷酸铁锂电池 ",钠离子电池很大概率会受到商用车企们的青睐,而且还附送高功率输出的特性,刚好匹配商用车的功率需求。
或者换一种思路,也可以说它是能量密度加强版的钛酸锂电池。



04. 宁德时代的杀手锏
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说得那么好,那到底什么时候能大规模量产?
宁德时代的原话是,目前已经开始进行钠离子电池的产业化布局,计划于 2023 年形成基本产业链。
翻译一下就是,等我们先把上游的材料供应商和下游的电池应用端对接好,能赚钱了就马上搞。
所以真正大规模量产的时间,肯定要在 2023 年之后了。
一个十分钟的发布会,就这?宁德又放烟雾弹骗股民投钱了吧?



还真不是。
宁德时代在这次发布会上,拿出了一则重磅消息:
在电池系统集成方面,他们开发出了了 AB 电池解决方案。
说人话就是,能让钠离子电池和锂离子电池集成起来,混合共用!
既然这两种电池的原理相同、结构也差不多,那么将它们会按照一定的比例和排列进行混搭,或串联或并联,就能做成一种特殊的新型电池包了。



只要通过 BMS 的算法来控制集成电池的电量均衡,不就能让两种电池互相取长补短了吗!
举个例子,钠离子电池的能量密度低没关系,我们和锂离子电池平均一下。社长和马斯克平均一下手里的钱,社长也能混它不知道多少个亿,大家都能有钱花。
而冬天天气太冷,三元锂电池发挥不出来效果,先去旁边热身,钠离子电池顶上。
等到电池包热起来了,三元锂电池再发力,把多出来的 SOC 消耗掉,钠离子电池去旁边喝茶看报。
需要高功率输出的时候也是同样的道理,钠离子电池优先放电,避免三元锂电池过放导致电池衰减,随后三元锂电池再跟上发力。



据说这个混用电池中,最难的突破点就是 BMS,因为很难精确计算每一颗电芯的剩余电量。放电时两者怎么协同工作,也是一个世纪难题。
从发布会的效果来看,宁德时代已经攻克了技术上的难关。
而且宁德时代还在最后放出豪言:下一代钠离子电池的能量密度将突破 200Wh/kg。这个数字已经接近磷酸铁锂电池的上限,三元锂电池的下限了。
再结合这个史上最短的发布会 …… 果然是社会我宁德,人狠话不多。



05. 写在最后
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最让社长感动的,还是发布会上曾毓群董事长的一番肺腑之言。
" 我们认为,电化学的世界就像能量魔方,未知远远大于已知。我们乐此不疲地探索其中的奥秘。"
" 创新是宁德时代的基因,也是宁德时代加速发展的动力。"



" 碳中和时代的到来,意味着人类社会生产力深刻的变革,将给各行各业带来深层次的影响。能源,是人类社会发展的物质基础。所以能源的历史,也是人类社会发展的历史。"
" 为人类新能源事业做出卓越贡献,是我们宁德时代的使命。"

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