7月29日下午,宁德时代举行钠离子电池线上发布会,正式将其第一代钠离子电池与锂/钠混装电池包公之于世。在各种形式的锂离子电池占据主流的当下,钠离子电池属实冷门,宁德时代这次推它一把,到底实在作何打算?
钠离子电池到底是何物?
顾名思义,钠离子电池的负极材料是金属钠,其化学性质与锂相似,但质量能量密度更低。可想而知,钠离子电池的能量密度水平上限应该难以做到锂离子电池那么高。
即便如此,宁德时代还是指出,通过在正负极的材料创新,刚刚推出的钠离子电芯单体能量密度仍有160Wh/kg水平,已经相当于传统磷酸铁锂电池的等级,“是目前全球最高”。
需要注意的是,宁德时代对钠离子电池电极材料的创新,还附带了抑制材料衰减的功能,客观上保证了电池的循环寿命。以传统方式计算,钠离子电池的循环寿命只有锂离子电池的65%左右(约1500次左右);虽然电动汽车对电芯要求没有手机那么敏感,但循环寿命太低显然也不是大型化能解决的问题——因此,材料创新对于钠离子电池似乎必不可少。
它和主流电池的差异在哪里?
和主流电池相比,钠离子电池最大也最明显的差异自然是阴极材料不同带来的成本变动。我们知道,虽然锂矿不太好找,但钠在地壳附近的含量实在太高了,光海水提取就能解决几乎100%的问题。倘若宁德时代舍得将钠离子电池的加工工艺充分优化,其成本也许能比磷酸铁锂电池更低,届时电动汽车的低成本化应该还能再推进几步。
如果将讨论范围扩展到“共性”之外的部分,单看宁德时代发布的新电池,我们还能发现这样一些有趣的信息:常温下充电15分钟可将电量充至80%以上;即便处于-20℃的环境中,仍有90%以上的放电保持率;电池热稳定性“远超国家强标要求”。
因为没有明确数字不好比较,我们暂且不谈热稳定性的问题,主要看看另两项指标。15分钟快充可补电80%以上,这种性能要求对当下的锂离子电池而言十分苛刻,但对钠离子电池来说似乎并不算太难——要知道,钠离子电池体系一直鲜有突破性的技术进步,以后有待开发的性能潜力也许还更多。
另一方面,宁德时代钠离子电池的低温放电性能也不容小觑。我们知道,锂离子电池在低温环境下充电难、放电易,放电保持率有时甚至会打对折;相比之下,-20℃时只打九折的钠离子电池,理论上应该更加适合我国北方冬季的气候。
AB版电池是最佳出路?
实际上,宁德时代对“低温放电性能优良”这点的考虑可能比咱们远得多,他们提出的AB电池方案可能就是这一特性的延伸:电池包同时配置钠离子电芯和锂离子电芯,通过BMS协调以取长补短,弥补双方的性能劣势。
这种策略可以拿燃料电池系统粗略类比一下:如果将“锂电”和“钠电”视作两种不同的能量来源,那显然锂电属于燃料电池系统中蓄电池那一部分,能量后备充足,但未必时时随叫随到;钠电则相当于燃料电池本身,出力有限但相对不太受环境限制。在系统标定合理、环境条件特殊的情况下,“1+1≥2”对于锂/钠混装电池应该是可能的。
比如,在我国北方的寒冬时节,钠/锂混装电池可以在冷车时优先使用钠离子电池的部分,用于驱动电机和BMS温控;当电池包内部温度适宜锂电池发挥时,动力输出的主力切换至锂电。如果有必要,钠离子电池也许还可以顺势变为充电状态,以备下一次低温启动之用。
当然,上述能量策略终归只是一种假设,光从文字描述我们就能看出它对BMS的要求远高于现有纯锂电池所需,做算法和硬件的工程人员应该不太可能喜欢它。另外,锂电、钠电混搭还有一个更宏观的问题——在一些更靠北的地区,电池包中的钠电池是否需要配置更大比例?车企和电池供应商又该如何协调BMS调试、电池产能和调度问题?
逃不开的“非主流”标签
现在,让我们重新审视一下钠离子电池:比起锂离子电池,它的低温和快充性能明显占优,成本问题应该可以通过产业化压到至少不比对手差的水平,但充放电循环次数和能量密度居于劣势。由此来看,商业化储能和低温气候通勤应该是它主攻的两个方向。
也正是因为如此,它被宁德时代专门产业化的原因大概更像是弥补现有电池产品缺陷,而非取代什么。为了提高储能潜力,整个电池行业现在更倾向于将高性能固态电池实用化;在半过渡期(因为半液态电池也还没成气候)力推一款液态电池,除了打补丁似乎也没有更好的解释。
什么,你说钠将来也可能被用作固态电池的材料?这么说确实没毛病,但问题是固态电池属于另一个体系,宁德时代这次也没展示更多固态电池应用啊……