宁德时代发布首款钠离子电池,钠离子电池或许关乎国家能源安全

7月29日,宁德时代发布了第一款商用钠离子电池(www.dog8.cn)。这款电池的能量密度据称可达160Wh/Kg,兼具安全性和低温性能,还可以快充。宁德时代计划于2023年建立起基础的产业链,实现钠离子电池的批量化生产。宁德时代的这一举动引起了工业界和学术界关注。倒不是因为钠离子电池是多么新的技术,而是学术界和工业界普遍觉得钠离子电池还不太成熟的时候,宁德时代竟然以这么快的速度开启了钠离子电池产业化的大门。

什么是钠离子电池?

钠离子电池的原理其实和锂离子电池很相似。锂离子电池的充放电是依靠锂的氧化还原实现。而钠离子电池无非是把锂换成了钠,依靠钠的氧化还原实现电池的充放。我们知道,在元素周期表中,锂和钠是紧挨在一起的同一族元素,因此锂和钠具有化学相似性,将锂换成钠在原理上是可行的。

钠离子电池的发展历史和锂离子电池的发展几乎同步,都是在上世纪70年代左右开始研发。和锂离子电池的快速商业化不同,钠离子电池的发展一直比较缓慢,其产业化生产迟迟未能突破。

钠电池事关国家能源安全

尽管锂离子电池的使用已经非常普遍了,尤其是汽车用的动力锂电池技术,发展更是突飞猛进,但是锂离子电池有几个显著的缺陷。最主要的问题是锂离子的储量并不丰富,因此锂电池的原料价格比较贵。

如果只是贵也就算了,但是锂电池原料可能和国家能源安全挂钩。中国的锂矿大量依赖于进口,进口依赖度高达70%,几乎和石油的依赖度差不多。而碳中和的需求决定了未来交通等多个领域,电力取代传统的化石燃料是大势所趋。某种意义上讲,未来电池原料的重要程度就和现在的石油一样重要。因此,锂矿也被称为白色石油。美国目前也将锂矿资源纳入了全球国家安全战略,试图在全球像控制石油一样控制锂矿资源。

而钠的储量就比锂要大得多了,我们平时吃的食盐氯化钠就含有钠。海水中、盐湖盐井中、地壳中,到处都是钠离子。如果钠离子电池能够取代锂离子电池,那么电池原料来源的问题就能解决一大半。之所以说是一大半,是因为电池原料中除了锂受限制外,作为正极材料的钴元素也受限制。不过把锂离子换成钠离子之后,正极材料也可以不需要钴了。

当然,除了储量问题外,钠离子电池还有很多其他优势,例如钠离子电池能够快速充放电;钠离子电池的低温特性比锂离子电池更好,所以钠离子电池在冬天的功率衰减和容量衰减更小。例如宁德时代这次发布的钠离子电池,号称在零下20度时,还能保持90%的电量。

钠离子电池可成为锂电的补充

尽管钠离子电池有着众多优点,但其缺点也是显而易见的。钠的原子半径比锂大得多,而且原子量也比锂大。换言之,钠比锂更重、体积更大,所以钠离子电池的能量密度是硬伤。这种特点导致了钠离子电池在汽车上的应用场景很有限,很难完全取代锂电池,但在储能电池与取代铅酸电池等领域更有优势。现在我们骑的小电驴一般是用的铅酸电池(当然也有土豪用锂电池),未来或许我们就能骑上钠电池的小电驴。

宁德时代计划在2年内建立产业链的野心很大,不过以一个从事电化学的科研工作者视角来看,钠离子电池技术上的坑,说上三天三夜也说不完。而这次宁德时代发布的钠离子电池也只公布了参数,却未透露更多的技术细节,因此后续如何还有待进一步观察。

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