15分钟充80，宁德时代发布钠离子电池，磷酸铁锂要完？

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　　出品：电动星球 News
　　作者：毓肥
　　预热了许久之后，宁德时代终于在今天下午 3 点半，正式发布了 旗下首款钠离子电池。
　　目前市场上主流的磷酸铁锂、三元锂甚至四元锂电池，本质上都是锂离子体系的产物。
　　也正因如此，钠离子，也就是摇椅式电池（金属离子在正负极之间脱落、嵌入的过程保持稳定离子形式，因此命名为摇椅）另一分支，在今天宁德时代发布会之前，就已经获得了巨量关注。
　　钠离子电池和锂离子电池有什么区别？钠离子会取代锂离子电池吗？宁德时代的钠离子电池什么时候商用，会应用于什么领域？
　　和下午的发布会一样，今天文章不长，但信息密度会很高。
　　一、钠离子电池前世今生
　　人类最早对钠离子电池的探索，始于 19 世纪。
　　根据上面的元素周期表我们可以发现， 钠是距离锂最近的同族金属元素 。同组意味着最外层电子数相同，化学性质也十分相似 。因此，钠和锂这两种元素都非常适用于摇椅式电池。
　　但一直到 20 世纪 70 年代，钠离子电池的研究才开始深入。而最早期设计用于钠离子电池的电极材料，如 MoS2 二硫化钼、TiS2 二硫化钛等，性能表现都远不如锂离子电池使用的电极。
　　另外，钠元素本身，在摇椅式电池工作过程中的性能也不如锂。
　　因为钠离子要比锂离子更大更重（分子量 22.9898vs6.941、原子半径 186vs152pm）， 因此在脱离、嵌入正负极材料的时候，对材料结构稳定性的要求，也远高于锂离子。
　　综上所述，钠离子电池的商用进程远慢于锂离子电池，直到 2010 年代前后才取得明显进展。
　　其中我国的钠离子电池研究处于世界前列，中科海钠在 2018 年已经研发成功 150Wh/kg 单体能量密度，并且可商用的钠离子电池，同时循环寿命号称 超过 4000 次 。
　　而在实验领域，2015 年中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家实验室已经研制成功 单体能量密度 210Wh/kg  的室温钠离子电池。
　　二、宁德时代的钠离子电池
　　根据宁德时代研究院副院长黄起森的表述，目前 CATL 第一代钠离子电池，可以实现   160Wh/kg  的单体能量密度，同时电池系统集成效率可以达到 80% 以上 。
　　由于钠离子和锂离子电池本质上属于「同宗」，因此前者同样拥有较高的快充性能，黄起森表示钠离子电池 充电 15 分钟可补充至 80% 电量 。
　　另外，宁德时代的钠离子电池还拥有  3000 次以上 的循环寿命，以及零下 20℃ 依然拥有 90% 以上放电保持率 的低温性能。
　　上文提到，钠离子和锂离子在摇椅反应过程中，对正负极材料稳定性要求不同。因此钠离子电池适配的正负极材料，也不再是锂离子电池的多元锂/磷酸铁锂+石墨。
　　宁德时代的用词非常谨慎，对钠离子电池正极材料的形容是「具有潜在商业化价值」——包括普鲁士白和层状氧化物两种， 宁德时代的选择是普鲁士白。
　　普鲁士白又称 Williamson 白,简称 PW，化学名称叫 亚铁氰化亚铁 ，是普鲁士蓝（Prussian Blue，亚铁氰化铁）的还原产物，在电催化和传感器方面均有很高的应用价值。
　　根据发布会的信息，宁德时代对 材料体相结构进行电荷重排 ，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减的难题。
　　至于负极，宁德时代的选择是 硬碳 ，硬碳是指难以被石墨化的碳，是高分子聚合物的热分解。发布会上宁德时代表示其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。
　　黄起森表示，由于钠离子无法像锂离子一样在石墨层间自由穿梭，具有独特孔隙结构的硬碳材料就成为了优选。宁德时代选用的硬碳材料， 每克能量密度达到了 350mAh，已经非常接近石墨。
　　P.S. 目前日本东京理工大学已经研发出了高达 478mAh 克容量的硬碳材料，但暂时还未有商用消息。
　　总结一下，宁德时代表示他们的第一代钠离子电池，具有 高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率 等优势。
　　另外，宁德时代还发布了钠离子电池+锂离子电池混搭的 AB 电池方案。按照特定的比例，将钠离子模组和锂离子模组封装在同一电池包。
　　有意思的是，发布会上给出的 AB 电池示意图， 钠离子模组远多于锂离子模组 。看来宁德时代对 AB 电池的定义，是希望用锂离子做补充，保证成本优势的前提下提升能量密度？
　　至于时间表，宁德时代表示钠离子电池的基本产业链， 预计会在 2023 年建成。
　　三、钠离子电池应该用在哪？
　　文章写到这里，一个事实应该很清楚了： 钠离子电池能量密度不高。
　　第一代钠离子电池单体能量密度为 160Wh/kg，这个成绩仅和目前量产的磷酸铁锂电池相当。
　　即使宁德时代表示，第二代钠离子电池单体能量密度可以达到 200Wh/kg，它和已经冲上 300Wh 的三元/四元锂电池相比，依然有非常大的距离。
　　但和磷酸铁锂能量密度相当的前提下，钠离子电池的 低温性能、充电速度 远要更好，同时热稳定性 不比 LFP 差。
　　因此，目前汽车业界对钠离子电池的希望，更多是 取代磷酸铁锂电池，成为未来入门和主流价位车型的电池选择 。需要超高能量密度的中高端车型，则依然属于高镍路线，甚至固态电池。
　　但宁德时代的算盘，并不想只在汽车领域敲。
　　一个月之前的 6 月 23 日，搭载宁德时代磷酸铁锂电池的 全球首台 120 吨级纯电动交流传动矿用自卸车 ，在湘电集团成功下线，并拟于 7 月在矿山场景试运营。
　　20 天前，也就是 7 月 9 日，宁德时代与河南跃薪的新合资公司跃薪时代正式成立，专攻电动无人矿山领域。宁德时代持股比例超过 30%，是公司的第二大股东。
　　更早一段时间，4 月 28 号，由中船集团 708 研究所设计+深圳海事局建设的海上危险品应急指挥船「深海 01」，在广州黄埔文冲船舶有限公司下水——这也是 中国首艘使用锂电池作为混合推进动力的海上公务船。
　　「深海 01」的电池供应商就是宁德时代。
　　矿车、船舶等大型乃至超大型载具的电动化，目前仍处于蓝海。
　　根据宁德时代公布的信息，120 吨级的自卸车从燃油驱动转向电动， 每年可以减排二氧化碳 1500 吨，补能费用降低 50%，维护保养成本降低 20%。
　　而根据中国经济周刊的报道， 一台电动矿卡每年能节约能源费用 30 万元 ，基于电动化的无人矿山解决方案，可以提升全国矿山生产效率 30%，节约采矿成本 46%。
　　碳中和时代，巨型交通运输工具的电动化已经箭在弦上。
　　对于满载重量最高可以超过 800 吨的自卸车，乃至更大的船舶来说，电动化需要的电池容量也许不再是 kWh，而是  MWh 级别 。
　　想要劝说这个行业使用如此庞大的电池， 成本和充电速度 都非常重要，反而能量密度，或许不是关键要求。
　　钠是地壳丰度第六的元素（锂仅为二十七位），钠离子电池的成本优势极为明显。目前业界对钠离子电池的 BOM 成本 估计在 0.2-0.3 元/Wh，不到磷酸铁锂的 70%，甚至只有三元锂的一半。
　　估算一下，一块 1MWh（1000kWh）的电池，钠离子可以比磷酸铁锂节约起码   20 万元 ，甚至接近 30 万元 成本，同时充电速度远要更高。
　　重型运输行业会选择钠离子电池吗？钠离子电池会成为碳中和时代的利器？磷酸铁锂电池是否就此谢幕，宁德时代又能否抢到钠离子路线的杆位？
　　今天的发布会很短，但留给我们讨论的空间却太多了。