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    两大致命问题让钠“上车”成疑

    作者:中国储能网新闻中心 来源:集微网 发布时间:2021-07-06 浏览:
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    集微网消息,不久前,宁德时代公开宣称将于7月前后推出钠电池,引发了市场对钠电池的纷纷猜测,有分析认为,面对国内资源稀缺、国际拼抢的锂资源,宁德时代可能正在布局钠离子动力电池方案,借此来替代锂电池。其实,近年也有不少企业在考虑替代锂电池的方案,如LG化学、比亚迪等,都在在布局,不过至今进度缓慢。

    事实上,动力电池先驱日本,押注燃料电池并抛弃锂电池技术路线,不仅仅是因为初期动力锂电池存在能量密度低、成本高的顾虑,背后还有资源短缺的考量,日本不希望自己从被“石油”卡脖子的坑,跳到被稀有金属卡脖子的另一个坑中,这是日本侧重于发展燃料电池的重要原因之一。

    目前看,燃料电池并非替代锂电池的最佳技术路线,而随着新能源汽车产业的爆发,当年日本所面临的抉择,落到了中国、韩国等动力电池制造商的头上,且随着市场对动力电池的需求量与日俱增,资源的紧迫性也就越强烈,那么,全球动力电池龙头的宁德时代能否推动钠电池成为未来动力电池的备???

    技术推动,钠、锂之争重回视野

    行业对钠离子电池的研究其实并不比锂离子电池晚,早在1976年就已经得到研究,但此后发现,基于钠、锂制作而成的电池正极材料,在对离子进行嵌入和脱出时,锂化合物会获得更佳的性能;同时钠离子电池未找到合适的负极材料,相反,基于锂离子电池的研究发现了软碳、石墨等可商业化应用的材料。渐渐的,钠离子电池失宠,而锂离子电池则获得了飞速发展。

    截至目前,锂电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等需要储能的电子设备。随着应用领域推广开来,锂电池用量急剧上升,根据观研天下统计,仅中国,锂电池产量已从2015年的55.98亿只增长到了2020年的188.5亿只。未来新能源汽车产业将成为推动锂电池用量增长的主力,根据彭博社预测,全球新能源乘用车销量将从2020年的286万辆,增长至2040年的5600万辆,仅电网储能所需的电池就从2018年的9GWh增长至2040年的1095GWh。

    而用于制造锂电池的资源却变得稀缺起来,正如前文所说,日本当年对动力电池路线的抉择再次来临。根据美国地质调查局统计数据,2019年全球已查明的锂资源总量约为8000万吨,其中探明的锂矿储量约为1700万吨,主要集中在智利(约860万吨)、澳大利亚(约280万吨)、阿根廷(约170万吨)、中国(约100万吨)、美国(约63万吨)等国家中;其中目前我国有80%的锂资源需要依赖进口。

    美国地质调查局同时指出,锂矿开采量正在飞速增长,已经从2015年的3.15万吨增长到了2019年的7.7万吨。中国工程院院士陈立泉在今年初“第七届中国电动汽车百人会论坛”上曾表示,如果全世界的车都采用锂电池,电能也用锂电池存储,地球上的锂资源无法满足需求。

    与锂资源储量紧缺相反的是,据浙江大学动力机械及车辆工程研究所副所长熊树生披露数据,全球钠在地壳中储量占比高达2.36%,是锂储量占比的1180倍,而且从海洋、陆地中均能获取,不易受到卡脖子。需要说明的是,我国仅中盐化工一家企业,目前金属钠年产能就高达6.5万吨,占全球产能的41.8%。

    钠要想进入储能领域,甚至是取代锂,技术必须取得突破。过去很长一段时间,钠电池技术路线虽然不受重视,但其研发始终在延续,其中以硬碳为代表的负极材料的应用,大幅提升了钠离子电池的电容量。2010年之后,钠离子电池的正极材料也获得大量研究,英国Faradion、法国的Tiamat、国内的中科海纳等国内外公司纷纷推进钠离子电池的研发进程。

    特别是容量的大幅提升,加速了钠电池重新回归人们视野。2020年12月,外媒报道称,日本东京理工大学Shinichi Komaba教授率领的团队基于氧化镁生产出电容量达478mAh/g的新型硬碳材料,据介绍,该表现甚至高于锂离子电池常用负极电极材料——石墨(372 mAh/g)的容量。

    与锂电池相比,钠电池有着许多优点,理论制造成本更低廉,这是它被当成锂代替品的重要原因。钠电池能直接利用锂电池产线,钠的来源广且采购成本远低于锂。有色金属网显示,6月25日工业钠的价格是1.6-2.4万元/吨;而锂的价格则已达到2016年以来的历史高位,如六氟磷酸锂的价格,近期已经提升到了30万元/吨。

    根据全球起重机械网分析,2021-2023年,锂矿缺口分别为0.2万吨、3.1万吨、2.5万吨,预计锂价格将会保持高位。而钠电池,除了主材成本廉价外,配套用材也可以选用廉价产品,如集流体,可以选用铝箔替代铜箔,大幅降低成本。理论成本优势,让钠成了香饽饽。

    另一个让钠电池备受关注的就是安全性。一方面,钠电池热失控温度高于锂电池,且更容易钝化、氧化,不易产生易燃现象,而这正是以三元锂为代表的锂电池的致命问题。另一方面,钠电池充电速度比锂电池要快许多,在高温、低温等条件下都能稳定充放电,优于锂电池。从应用角度来说,钠电池的这些优点,无疑解决了锂电池的痛点。

    最后,钠离子电池的循环充放电次数也有大幅提升,资料显示,已经可以做到了3000~6000次循环使用,与磷酸铁锂电池相当。

    两大致命问题让钠“上车”成疑

    虽然钠离子电池研究获得了较大的进步,但两大致命问题却让它“上车”备受质疑。

    首先是成本问题。其实如上所介绍的价格为理论价格,据华安证券测算,理论上钠电池量产成本可以比锂电池便宜25.3%。但目前的实际价格并非如此,宁德时代董事长曾毓群此前公布钠电池时已经明确表示:钠离子电池不是刚推出来就很便宜,因为目前的供应链规?;购苄?,不够成熟,钠离子电池可能比锂离子电池贵一些。

    华安证券就钠电池的低能量密度及循环性能对应更多的辅材消耗分析得出,磷酸铁锂电池全生命周期的度电原材料成本仅0.02-0.04元/kWh,远低于钠离子电池的0.05-0.3元/KWh。

    第二个问题即为能量密度。目前主流的动力电池为三元锂电池和磷酸铁锂电池,其中三元锂电池能量密度约为240Wh/kg,磷酸铁锂电池能量密度约为180Wh/kg。而钠电池,因为钠原子比锂原子大,决定了其单位质量下,电池储能少于锂电池,熊树生认为,目前钠离子电池的能量密度只有约120Wh/kg,即便是达到其理论极限值,也只有200Wh/kg;根本无法达到国家《节能与新能源汽车技术路线图2.0》“2025年我国纯电动汽车动力电池的能量密度年目标为400Wh/kg,2030年目标为500Wh/kg”的目标要求。

    因此,钠电池并不被看好能够取代锂电池成为新能源汽车下一代动力电池首选,更多是将其作为战略储备技术,以及两轮车、消费品等对能量密度要求不高的电子产品储能使用?!暗獠皇撬的频绯赝耆挥猩铣档南M?,如果能继续降低成本和提升能量密度,钠电池还是可以替换锂动力电池的,不过这还需要长时间的研发积累?!币晃环治鋈耸咳缡撬档?。

    “宁德时代选择此时推出钠电池,并不代表它的钠电池技术已经可以跟锂电池相比,应该说是它的新战略布局?!比缟先耸考绦治鋈衔?,宁德时代非常具有忧患意识,对被人卡脖子非常敏感,它并没有掌握上游材料价格的主动权;而近年还面临来自LG化学、比亚迪的追赶,以及奔驰、广汽集团等合作伙伴自研动力电池,都让宁德时代嗅到了潜在?;?;而钠电池不过是宁德时代多个应对手段之一。(校对/James)

    关键字:钠离子电池

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