據寧德時代研究院副院長黃起森介紹,第一代鈉離子電池主要有以下性能指標:
· 電芯單體能量密度已經達到了160Wh/kg,是目前(鈉離子電池中的)最高水平;
· 常溫下充電 15分鐘,電量可達到 80%,具備快充能力;
· 零下 20°C 低溫環境下,仍然有 90% 以上的放電保持率;
系統集成效率方面,可以達到 80% 以上;
第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池的180Wh/kg,但鈉離子電池勝在熱穩定性以及相比鋰礦儲量而言極其豐富的鈉儲量。
1、2023 年要形成產業鏈,第二代鈉離子電池瞄準 200Wh/kg
對鈉離子電池的研究最早可以追溯到上世紀八十年代前后。
鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相似,主要通過鈉離子在正負極之間的嵌入、脫出實現電荷轉移。但兩者在正負極材料、集流體和電解液等方面存在不同。
由于鈉離子體積較大,缺乏理想的電極材料,鈉離子電池的應用發展相對緩慢。此前鈉離子電池的應用更多是集中在儲能領域。
尋找合適的電極材料,成為鈉離子儲能電池應用突破的關鍵之一。
寧德時代的解決方案是:
1)正極材料上,寧德時代采用了克容量較高的普魯士白材料,對材料體相結構進行電荷重排,解決了普魯士白在循環過程中容量快速衰減的難題。
2)負極材料上,由于鈉離子無法像鋰離子一樣在石墨層自由穿梭,所以寧德時代開發了能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行、具有獨特孔隙結構的硬碳材料。這種硬碳材料克容量可達350mAh/g 以上,具備優異的循環性能,整體性能指標與現有的石墨相當。
3)電解液方面,寧德時代開發了適配上述正負極材料的新型獨特電解液體系,在制造工藝方面,可以與目前的鋰離子電池制造工藝和設備相互兼容。
基于這些材料體系的突破,寧德時代第一代鈉離子電池具備(相對)高能量密度、高倍率充電、優異的熱穩定性、良好的低溫性能與高集成效率等優勢。
寧德時代表示,第一代鈉離子電池還可以應用于各種交通電動化場景,尤其是在高寒地區。
寧德時代同時宣布其下一代鈉離子電池能量密度將突破 200Wh/kg。
目前寧德時代已經針對鈉離子電池進行產業化布局,計劃于 2023 年形成基本產業鏈,可以理解為實現初期的產業應用。
2、多元化技術發展路線
寧德時代是全球動力電池領域的領軍者。
據韓國能源市場分析公司 SNE Research 發布的報告顯示,今年上半年全球動力電池裝機量為 114.1GWh,寧德時代以29.9% 的市場份額占據第一。
寧德時代創始人兼董事長曾毓群在發布會上表示:「多元化的技術路線,是我們這個產業長期穩定發展的重要保障。」
從戰略層面上說,寧德時代主要有三大戰略方向:
以可再生能源發電和儲能來替代固定式化石能源,為此在發電端、電網端和用戶端進行布局;
以動力電池助力電動車的發展,并不斷提升電池性能,加速交通領域的全面電動化;
以電動化和智能化的集成,作為一個創新,以加快各領域的新能源替代過程。
基于這三大戰略方向,寧德時代形成了材料和化學體系、系統結構、極限制造以及商業模式的四大創新支撐,形成了從前沿基礎研究到產業化應用,再到商業化大規模的推廣快速轉化的能力。
從電池產品的角度來說,鈉離子電池在低溫性能、快充以及環境的適應性等方面擁有獨特優勢,且鈉離子的成本低廉,資源存儲較多,能夠與鋰離子電池相互兼容互補。
目前鈉離子電池的應用更多是聚焦在儲能領域,寧德時代希望將其開辟到新能源汽車上。
階段性地,寧德時代還提出了 AB 電池解決方面:
通過將鈉離子電池與鋰離子電池集成到同一個電池系統中,并按一定的比例和排列進行混搭、串聯、并聯、集成。
之后再通過 BMS 的精準算法進行不同電池體系的均衡控制,則可以實現取長補短,既彌補了那離子電池現階段能量密度短板,也發揮出了它高功率、低溫性能的優勢。
這樣就可以使得該集成電池系統可適配更多的應用場景。
不過,對于現階段的乘用車而言,需要更高的續航,也就需要更高的能量密度,相對來說,磷酸鐵鋰和三元鋰電池是目前主流車型的選擇。
而鈉離子電池的主要應用場景,或將主要集中在儲能、低速新能源車以及小動力領域。
同時,鈉離子電池相關產業鏈建設也并未完善,未來也將面臨產業化、儲能發展不及預期的風險。
寧德時代研究院副院長黃起森也在會上呼吁歡迎研究機構、上游材料供應商和下游的電池應用端,一起參與共同加速鈉離子電池產業鏈的完善和發展。
來源:第一電動網
作者:汽車之心
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