优缺点皆鲜明 钠离子电池迎来春天?

时间:2021-08-31 09:04来源:汽车浏 作者:刘英
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        8月26日,工业和信息化部(以下简称工信部)的一则答复,带来了股市钠离子电池板块的一波上涨行情,而对于汽车企业而言,钠离子电池倘若真正进入商业化推进,也将带来从成本到安全性方面的全面获益,但就目前而言,钠离子电池距离商业化还有多远,能否替代当下的主流锂离子电池呢?
 
       其实,工信部这则答复中,都已经做出了解答。
       新能源产业“压舱石”
 
       工信部在《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》的答复(以下简称《答复》)中,明确提到了一点:“中国提出碳达峰、碳中和宏伟目标,是全球应对气候变化的里程碑事件,将对绿色低碳发展产生深远影响。实现碳达峰、碳中和的关键任务是实施可再生能源替代行动、大幅提升新能源在能源结构中的比重、构建以新能源为主体的新型电力系统。锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石,是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础,也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。”
 
       基于“压舱石”的定调,实际从“十三五”到“十四五”,国家有关部门,包括工信部、科技部、财政部等都“高度重视新型电池产业发展,从加强行业管理、统筹产业规划、支持技术创新、加快标准建设等角度出发,采取一系列措施促进新型电池产业健康有序发展“。
 
       从钠离子电池和锂离子电池的优缺点,到钠离子电池产业的研发、发展到商业化,工信部都给予了肯定的答复。那么,站在非专业人士的角度,钠离子电池究竟有哪些优缺点,它是否具备替代锂离子电池的前景呢?
(以下图片来自宁德时代官方网站)
 
       优点很鲜明
 
       实际上,关于钠离子电池和锂离子电池的技术方面探讨属于热点话题。站在非专业人士的角度来看,钠离子电池和锂离子电池两者之间,有着很多相似度,同时又有着很显著的区别。
 
       相同之处在于,钠与锂在元素周期表中属于同一个主族,它们的物理与化学性质很相似,而钠离子电池与锂离子电池的充放电原理,也都被业界称之为“电池摇椅”——即依托锂离子或钠离子在正负两极之间的来回游走,带动电子,两端的正负极可想像成椅子的两端,而钠与钾就是摇椅本身,它们载着电子在这种摇摆之中完成充放电的过程。
       原理相近,而且钠离子电池也并非最新提出的科技构想,实际早在2010年,钠离子电池的开发就已经开始了。
 
       与锂相比,钠离子电池的优势非常明显:
 
       其一是储量丰富,工信部《答复》中,特意写明,锂资源在地壳中储量仅为0.002%,而钠在地球上的储量是锂的上千倍。未写明的一点是,基于当前锂提取的技术限制也导致了产量非常有限,物以稀为贵,正因如此,锂的价格近几年来已经涨了超过5倍。相比之下,钠的储量丰富,价格较低且价格水平相对稳定。
 
       其二是钠离子电池的成本也较低,由于锂与铝易发生反应生成锂铝合金,因此在正负极材料的选择上,锂电池的正极材料可以使用价格相对较低的铝箔,但负极材料却只能用造价更高的铜箔,而钠离子电池的正负极,都可以使用铝箔,相对造价也就更低。
 
       其三是钠离子电池充电速度快,安全性高,可以适应-30至80摄氏度之间的高低温而不会有太大的能量衰减,而且通过针刺等多种冲击、压力测试,也表现出良好的稳定性,所以从安全性方面来看,比锂离子电池也更胜一筹。
       缺点也待攻关
 
       成本低、安全性好、高低温性能稳定的钠离子电池,为何没能替代锂离子电池呢?
 
       7月29日,宁德时代发布了第一代钠离子电池,这是目前迈出商业化的前兆,按照宁德时代的说法,计划2023年将会量产钠离子电池。
 
       但宁德时代第一代钠离子电池的发布,并非取代锂离子电池的开端,从工信部到行业专家的看法而言,现阶段,钠离子电池技术的开发,更多的是对锂离子电池的补充而非替代,其根本原因,也在于钠离子电池还具有非常显著的缺点。
 
       简单来形容一下:假设锂离子是乒乓球大小,钠离子的体积比锂离子大很多,可以假设为足球,所以在游走时的速度就较慢,不易击穿电池隔膜,同时,这个“胖子”携带的电子量实际比锂还低,这就导致了一个很具体的缺点,即能量密度较低。
 
       宁德时代第一代钠离子电池的能量密度,已经达到了160Wh/kg——这一能量密度,而锂离子电池的能量密度现在已经轻松超过200Wh/kg了。
 
       除此之外,循环寿命相比,目前磷酸铁锂电池的循环寿命已经达到了6000次,而钠离子电池的循环寿命只能达到2000次,因此按照当前储能要求10年以上,甚至更高要求达到20年储能而言,钠离子电池的寿命仍无法满足。
 
       但正如锂离子电池技术在不断进步,能量密度不断大幅提高一样,钠离子电池随着技术手段的更新,必然也会带来更多新的技术,不过,即便如此,当前来看,宁德时代的第一代钠离子电池发布,其定义也是锂离子电池的有益补充,在技术发布中,还提到了“开发了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制“。
 
       汇总来看,钠离子电池蕴含着巨大的潜力,但这一潜力尚待技术突破与开发,也许未来它有可能替代锂离子电池,只是现阶段来看,它在未来3至5年内,还是处于“补充”的定位。
 
(责任编辑:子蕊)
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