锂电池OUT了?快来围观宁德时代的钠离子电池!

CFan 电脑爱好者 2021-05-24 09:45产品 标签:锂电池 离子 电池

在过去的很长一段时间里,市面上主流的蓄电池主要都以铅酸蓄电池和锂电池为主。但是,今年7月份电池市场即将迎来一个新的玩家,它就是来自宁德时代的“钠离子电池”。

钠离子电池 (2)

铅酸蓄电池

铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。

铅酸电池

铅酸电池的优势是成本(相对)低廉,安全性较高。但其电极的主要材料铅存在毒性,生产时的废弃物也会造成环境污染,能量存储密度很低,循环寿命普遍只有300次。

因此,铅酸电池显然无法用于智能手机、笔记本电脑、高性能电动汽车这类对能量存储密度和循环寿命要求更高的设备,两轮电动车和老头乐是这类电池的主要客户。

锂离子电池

锂电池主要由正极材料(如LiCoO2)、电解质(液)、隔离膜和负极材料(如石墨)构成,其工作原理就是锂离子Li+反复在电池正极和负极之间移动。在充电时,锂离子Li+从正极游离到负极,嵌入负极碳结构内的Li+越多,电池存储的电量也就越多;在放电时,锂离子Li+则会摆脱负极碳结构的束缚,重新从负极游离回正极。

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锂电池之间的差异主要体现在正极材料上,并衍生出了磷酸铁锂和三元锂(Li(NiCoMn)O2)两大分支,比亚迪主打的刀片电池就以磷酸铁锂为主,具备绝佳的安全性,只是能量密度逊于三元锂。

而三元锂的最大风险在于极端条件下的稳定性,电池包遇到挤压变形、穿刺时极易爆燃,需要在过充保护(OVP)、过放保护(UVP)、过温保护(OTP)、过流保护(OCP)等环节进行更多优化,才能最大限度降低安全风险。

钠离子电池 (1)

总而言之,铅酸电池的优势是安全成本低,但较小的能量密度使其难以抢占高端战场。锂电池各方面指标都比较优秀,但锂元素的主要产能都集中在南美,一旦被卡脖子将极为被动。

宁德时代即将展示的钠离子电池,则有望解决卡脖子的隐患。

钠离子电池

以钠离子作为电荷载体的电池其实早在上世纪70年代就被提出,只是其体积和能量密度仅为锂离子电池的50%左右,导致之后30年都处于研发停滞的状态。

钠离子电池 (1)

由于锂元素的相对稀缺性,其成本波动很大,碳酸锂价格自去年低位涨幅已经超过80%以上,考虑到日后供应链安全的问题,寻找新的替代元素势在必行。

于是,钠离子电池便再次浮出了水面。

捕获

钠元素在地球上的储量非常丰富,地壳当中含量达到2.4%。钠离子电池和锂电池的生产设备以及工艺的兼容性比较强,随着生产规模的扩大,未来成本还能进一步降到0.2元/Wh甚至更低。钠离子电池现在的能量密度测算区间约100Wh~150Wh,但随着技术成熟未来有望做到200Wh,再叠加更高的安全性,未来可期。

总之,钠离子电池短期内的着力点,是在储能领域替代锂电,在低速车(两轮电动车和老头乐等)方面有望完全替代铅酸,快递小哥不用频繁换电池了。

不过,在智能手机和笔记本电脑等领域,钠离子电池暂时还是指望不上的,但随着产业链规模和技术的迭代,也许会在未来的某一天,出现内置钠离子电池的手机也说不定。

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