7月29日下午,寧德時代舉行鈉離子電池線上釋出會,正式將其第一代鈉離子電池與鋰/鈉混裝電池包公之於世。在各種形式的鋰離子電池佔據主流的當下,鈉離子電池屬實冷門,寧德時代這次推它一把,到底實在作何打算?
鈉離子電池到底是何物?
顧名思義,鈉離子電池的負極材料是金屬鈉,其化學性質與鋰相似,但質量能量密度更低。可想而知,鈉離子電池的能量密度水平上限應該難以做到鋰離子電池那麼高。
即便如此,寧德時代還是指出,透過
在正負極的材料創新
,剛剛推出的鈉離子電芯單體能量密度仍有
160Wh/kg水平
,已經
相當於傳統磷酸鐵鋰電池的等級
,“是目前全球最高”。
需要注意的是,寧德時代對鈉離子電池電極材料的創新,還附帶了抑制材料衰減的功能,客觀上保證了電池的迴圈壽命。以傳統方式計算,
鈉離子電池的迴圈壽命只有鋰離子電池的65%左右(約1500次左右)
;雖然電動汽車對電芯要求沒有手機那麼敏感,但迴圈壽命太低顯然也不是大型化能解決的問題——因此,材料創新對於鈉離子電池似乎必不可少。
它和主流電池的差異在哪裡?
和主流電池相比,鈉離子電池最大也最明顯的差異自然是
陰極材料不同帶來的成本變動
。我們知道,雖然鋰礦不太好找,但鈉在地殼附近的含量實在太高了,光海水提取就能解決幾乎100%的問題。倘若寧德時代捨得將鈉離子電池的加工工藝充分最佳化,其成本也許能比磷酸鐵鋰電池更低,屆時電動汽車的低成本化應該還能再推進幾步。
如果將討論範圍擴充套件到“共性”之外的部分,單看寧德時代釋出的新電池,我們還能發現這樣一些有趣的資訊:常溫下充電
15分鐘可將電量充至80%以上
;即便處於
-20℃的環境中,仍有90%以上的放電保持率
;電池熱穩定性“遠超國家強標要求”。
因為沒有明確數字不好比較,我們暫且不談熱穩定性的問題,主要看看另兩項指標。15分鐘快充可補電80%以上,這種效能要求對當下的鋰離子電池而言十分苛刻,但對鈉離子電池來說似乎並不算太難——要知道,鈉離子電池體系一直鮮有突破性的技術進步,以後有待開發的效能潛力也許還更多。
另一方面,寧德時代鈉離子電池的低溫放電效能也不容小覷。我們知道,鋰離子電池在低溫環境下充電難、放電易,放電保持率有時甚至會打對摺;相比之下,-20℃時只打九折的鈉離子電池,
理論上應該更加適合我國北方冬季的氣候
。
AB版電池是最佳出路?
實際上,寧德時代對“低溫放電效能優良”這點的考慮可能比咱們遠得多,他們提出的
AB電池方案
可能就是這一特性的延伸:電池包同時配置鈉離子電芯和鋰離子電芯,透過BMS協調以取長補短,彌補雙方的效能劣勢。
這種策略可以拿燃料電池系統粗略類比一下:如果將“
鋰電
”和“
鈉電
”視作兩種不同的能量來源,那顯然鋰電屬於燃料電池系統中蓄電池那一部分,能量後備充足,但未必時時隨叫隨到;鈉電則相當於燃料電池本身,出力有限但相對不太受環境限制。
在系統標定合理、環境條件特殊的情況下,“1+1≥2”對於鋰/鈉混裝電池應該是可能的。
比如,在我國北方的寒冬時節,鈉/鋰混裝電池可以在冷車時優先使用鈉離子電池的部分,用於驅動電機和BMS溫控;當電池包內部溫度適宜鋰電池發揮時,動力輸出的主力切換至鋰電。如果有必要,鈉離子電池也許還可以順勢變為充電狀態,以備下一次低溫啟動之用。
當然,上述能量策略終歸只是一種假設,光從文字描述我們就能看出它
對BMS的要求遠高於現有純鋰電池所需
,做演算法和硬體的工程人員應該不太可能喜歡它。另外,鋰電、鈉電混搭還有一個更宏觀的問題——
在一些更靠北的地區,電池包中的鈉電池是否需要配置更大比例?車企和電池供應商又該如何協調BMS除錯、電池產能和排程問題?
逃不開的“非主流”標籤
現在,讓我們重新審視一下鈉離子電池:比起鋰離子電池,它的
低溫和快充效能明顯佔優
,
成本問題應該可以透過產業化壓到至少不比對手差的水平
,但
充放電迴圈次數和能量密度居於劣勢
。由此來看,
商業化儲能
和
低溫氣候通勤
應該是它主攻的兩個方向。
也正是因為如此,它被寧德時代專門產業化的原因大概更像是
彌補現有電池產品缺陷
,而非取代什麼。為了提高儲能潛力,整個電池行業現在更傾向於將
高效能固態電池
實用化;在半過渡期(因為半液態電池也還沒成氣候)力推一款液態電池,除了打補丁似乎也沒有更好的解釋。
什麼,你說鈉將來也可能被用作固態電池的材料?這麼說確實沒毛病,但問題是固態電池屬於另一個體系,寧德時代這次也沒展示更多固態電池應用啊……