在國(guó)外的特斯拉安全事故頻發(fā)，國(guó)內(nèi)的電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)百花齊放的環(huán)境下，5月21日，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)電池企業(yè)第一梯隊(duì)，寧德時(shí)代忽然宣布，將于7月前后發(fā)布鈉電池，據(jù)稱(chēng)可以解決純電動(dòng)車(chē)的所有傳統(tǒng)缺陷。
新聞一經(jīng)發(fā)布，旋即引發(fā)討論浪潮，什么是鈉電池？
鈉電池跟現(xiàn)有的鋰電池比起來(lái)如何？市場(chǎng)格局會(huì)因此重構(gòu)嗎？
自從40年前，鋰電池被約翰 古迪納夫發(fā)明以來(lái)，它的地位就變得越來(lái)越重要，它是智能手機(jī)與電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)配，國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了很多與鋰相關(guān)的明星企業(yè)，比如做鋰電池的寧德時(shí)代，提供鋰礦資源的贛鋒鋰業(yè)等等。
但是，在企業(yè)盛宴之下，暗藏著危機(jī)，鋰資源在地球上十分稀少，而且還在不斷漲價(jià)。
最近的數(shù)據(jù)顯示，碳酸鋰現(xiàn)貨均價(jià)89000元/噸左右，較年初上漲約67%，氫氧化鋰現(xiàn)貨均價(jià)為89500元/噸左右，較年初上漲達(dá)80%，相關(guān)方解釋說(shuō)，漲價(jià)原因主要是由于電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能電池，這兩大塊市場(chǎng)都在迅猛增長(zhǎng)。
而且，中國(guó)本土并沒(méi)有大規(guī)模鋰礦，全球70%左右鋰資源集中在南美洲，我國(guó)80%的鋰資源依靠進(jìn)口。在未來(lái)，鋰資源也面臨著像石油資源一樣枯竭、開(kāi)采難、被卡脖子的危險(xiǎn)。
提取鋰的工藝也比較復(fù)雜，從鹽湖里提取鋰，需要用到萃取、電滲析膜分離等技術(shù)，工藝繁瑣而且成本很高，科學(xué)家們一直想要改變這一缺點(diǎn)。
但從1980年出現(xiàn)鈷酸鋰電池技術(shù)，到1982年出現(xiàn)錳酸鋰技術(shù)，到1991年索尼推出第一款商用鋰電池，再到1997年提出磷酸鐵鋰技術(shù)之后至今，20年的時(shí)間過(guò)去了，再?zèng)]有新的鋰電技術(shù)出現(xiàn)。
鋰電池使用壽命與能量密度的提高，正在變得越來(lái)越困難，所以尋找新的替代技術(shù)有了天然的需求。
有的，它就是本期主角鈉離子電池，鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素，從元素周期表中來(lái)看，鈉與鋰屬于同一族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)相似。
因此理論上，把鈉像鋰一樣加工后，用來(lái)做電池的難度較小，但是，鈉的原子半徑比鋰要大很多，鈉原子比鋰原子要多8個(gè)電子，長(zhǎng)得很胖，一旦長(zhǎng)胖，就會(huì)有很多麻煩。
比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中，身材的“胖”，讓它比鋰要重很多，使得同一單位質(zhì)量的電池，儲(chǔ)能就要比鋰少，鈉也有一個(gè)決定性的優(yōu)點(diǎn)便宜。
我們吃的食鹽里就有大量的鈉，海水中也有非常多的鈉，提取鈉的成本比鋰少多了，在市場(chǎng)上，作為鋰電池原料的碳酸鋰價(jià)格，每噸需要幾萬(wàn)元，而作為鈉離子電池原料的氯化鈉的價(jià)格，每噸只要幾千元。
這對(duì)于產(chǎn)業(yè)化來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常核心的優(yōu)勢(shì)，除開(kāi)產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的成本，在鈉離子電池相關(guān)研究方面，我國(guó)還是一個(gè)領(lǐng)跑者。
我們概念中的電池，分為正極材料、負(fù)極材料、電解液三個(gè)基本的組成部分。
而這些對(duì)鈉電池來(lái)說(shuō)都沒(méi)有原則性的困難，它的原理和鋰電池差不多，利用的是鈉離子在正負(fù)極之間的嵌脫，在鈉電池充電的時(shí)候，鈉離子被通電了，就從正極跑出去，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，同時(shí)電子補(bǔ)償電荷，經(jīng)外電路供給到負(fù)極，保證正負(fù)極電荷平衡，放電時(shí)則相反，鈉離子從負(fù)極逃出去，又跑回正極去了。
之前的研究重點(diǎn)，就集中在正負(fù)極的材料上，以鈉離子電池的負(fù)極材料為例，可以做負(fù)極的材料有很多種，這方面一度是新電池技術(shù)最頭疼的問(wèn)題。
直到科學(xué)家們像碳芯電池一樣，采用碳作為驅(qū)動(dòng)介質(zhì)，這一創(chuàng)舉使得鈉離子電池的能效，直接躍升到了鋰離子電池的7倍。
此外，鈉離子的液態(tài)記憶這項(xiàng)難題，也被我國(guó)科學(xué)家攻克，在臥虎藏龍的中科院物理所，胡勇勝研究員帶著他的團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的低成本銅基正極材料，煤基碳負(fù)極材料和低鹽濃度電解液。
其核心專(zhuān)利使得整個(gè)世界眼前一亮，征服了歐盟、美國(guó)乃至最嚴(yán)苛的日本，也有相關(guān)資料宣稱(chēng)，鈉離子電池壽命超過(guò)10年，而鋰離子電池的壽命只有3到4年。
另外，鈉離子電池雖然沉，但反而更安全了，它很沉，意味著每克存儲(chǔ)的能量更少，換言之，萬(wàn)一發(fā)生了爆炸，造成的殺傷比鋰電池更小，很適合用在一些安全要求高的領(lǐng)域。
我國(guó)的專(zhuān)家還指出，由于鈉離子電池和鋰離子電池，在原理上并沒(méi)有明顯的差異，把鋰離子電池的生產(chǎn)線設(shè)備和人員沿用下來(lái)，小規(guī)模改裝一下，就能用于生產(chǎn)鈉電池，這對(duì)于廠家也是件好事。
對(duì)于車(chē)主來(lái)說(shuō)，鈉電池最直觀的優(yōu)勢(shì)是充電快，新能源汽車(chē)在排榜論高低的時(shí)候，常常被拖出來(lái)比較的，就是充電能力和續(xù)航能力，以大功率直流快充為前提，主流的三元鋰電池，電量從20%到80%，需要半個(gè)小時(shí)，磷酸鐵鋰充同樣的電量，則在五十分鐘左右。
而鈉電池的速度可謂超乎想象，僅用十分鐘，剩余電量就能從20%飆到90%，不能漏夸的一點(diǎn)是，在使用鈉電池的新能源汽車(chē)上，“暖氣耗電50%”，“兩個(gè)充電樁即可續(xù)航百公里”，等冬季里程縮水問(wèn)題完全不會(huì)出現(xiàn)。
因?yàn)殁c電池由于其優(yōu)越的電解液穩(wěn)定性，零下四十度依舊可以正常工作，即使是東北漠河老鐵，也無(wú)需擔(dān)心電動(dòng)車(chē)忽然罷工。
最后，鋰電池還有一個(gè)“殺手”，令無(wú)數(shù)開(kāi)發(fā)人員聞之色變的過(guò)度放電，一旦鋰電池過(guò)度放電，負(fù)極的碳極片結(jié)構(gòu)就會(huì)變成危房，乃至出現(xiàn)坍塌，坍塌之后，無(wú)“家”可歸的鋰離子，就無(wú)法插入到負(fù)極。
而鈉電池卻允許徹底放電到0伏，對(duì)于需要儲(chǔ)能的場(chǎng)景，簡(jiǎn)直是打瞌睡遇上枕頭。
所以說(shuō)，盡管有能量密度偏低這塊短板，鈉電池的價(jià)值仍然值得期待，而決定了它未來(lái)潛力的最重要原因，正是之前提了一嘴的便宜。
新能源汽車(chē)的一大賣(mài)點(diǎn)就是新
但實(shí)際上，主流鋰電池所需要的鋰，在地殼中含量?jī)H為僅為0.0065%，就算這點(diǎn)鋰元素全部被集中起來(lái)，沒(méi)有一絲一毫浪費(fèi)的全部生產(chǎn)電動(dòng)車(chē)電池，也只夠生產(chǎn)15億個(gè)。
在能源爭(zhēng)奪和分配中，大部分集中在南美洲的鋰，顯然不夠“公平”，別的不說(shuō)，光是玻利維亞幾次摩擦，碳酸鋰價(jià)格就成了過(guò)山車(chē)，而我國(guó)國(guó)內(nèi)的鋰提取技術(shù)，目前也沒(méi)有規(guī)?；?，80%的鋰得靠澳大利亞提供，把定價(jià)權(quán)交給別人，總歸沒(méi)有握在自己手中安心。
而鈉則完全可以打消這些顧慮，我們用數(shù)據(jù)說(shuō)話，鈉資源在地殼中元素儲(chǔ)量約為2.64%，是鋰元素的四百多倍，吃一碗倒一碗都綽綽有余。
當(dāng)然，我們不提倡浪費(fèi)，至于鈉元素怎么買(mǎi)，那都不在我國(guó)考慮范圍內(nèi)，因?yàn)楣馐且呀?jīng)探明的鈉鹽儲(chǔ)量，就有足足1.4萬(wàn)億噸，當(dāng)今世界的金屬鈉產(chǎn)能，也正在向我國(guó)轉(zhuǎn)移。
愛(ài)開(kāi)玩笑的觀眾可能會(huì)問(wèn)，你是不是自己買(mǎi)了鈉電池股票？
其實(shí)，不僅僅是電池老大寧德時(shí)代，深圳的華創(chuàng)電新，遼寧的星空鈉電等多家企業(yè)，早就放出過(guò)要做鈉電池的風(fēng)聲，說(shuō)它會(huì)一舉改弦更張，取代鋰電池在新能源汽車(chē)界的地位，肯定還是夸張了。
但如果把它作為技術(shù)儲(chǔ)備和補(bǔ)充，那是相當(dāng)?shù)目扇牲c(diǎn)，而且，市面上也不僅僅是汽車(chē)。比如說(shuō)，走性?xún)r(jià)比路線的磷酸鐵鋰電池，它的地位就岌岌可危了。
因?yàn)殁c電池在充電速度上碾壓全場(chǎng)，低溫和安全方面也是大出風(fēng)頭，什么用戶(hù)最在意這幾點(diǎn)？
開(kāi)“買(mǎi)菜車(chē)”的朋友
想想看，冬季的清晨，僅需幾分鐘充電，就能在菜市場(chǎng)成為速度最快的那位大俠，叫人如何不心動(dòng)？
2017年，依舊是前文提到的胡勇勝研究員和他的團(tuán)隊(duì)，率先建成百?lài)嵓?jí)正、負(fù)極材料中試線，研制出能量密度為150 Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)3000周的鈉離子電池，在他的實(shí)驗(yàn)室里，走出了全球首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車(chē)，首座100kWh鈉離子電池儲(chǔ)能電站，且適合應(yīng)用于可再生能源接入電網(wǎng)，及分布式儲(chǔ)能等大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域。
首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車(chē)問(wèn)世 被譽(yù)為"國(guó)民車(chē)"
這種大BOSS級(jí)別的研究，已是相當(dāng)震撼人心！
令所有人都沒(méi)想到的是，在中國(guó)制造方面沒(méi)有最強(qiáng)，只有更強(qiáng)！
2018年12月，南京理工大學(xué)夏暉教授與團(tuán)隊(duì)合作，首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，并在錳基正極材料研究方面取得重要進(jìn)展，消息一出，學(xué)術(shù)界鼎鼎大名的nature communications，主動(dòng)拋來(lái)橄欖枝。
我還是用一組數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明夏暉教授成果的含金量，這種正極材料制成的電極比容量，達(dá)到211.9毫安時(shí)每克，是市面上流通的鋰電池正極材料的1.5倍，在充放電過(guò)程中，這種正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無(wú)相變，體積變化僅為2%，循環(huán)充放電1000次后，比容量保持率高達(dá)94.6%，比電池行業(yè)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)80%的比容量保持率，足足高出14.6%，是當(dāng)之無(wú)愧的領(lǐng)跑世界！
由此，一項(xiàng)項(xiàng)的科研成果，讓幾大券商的分析師也和我得出了相同的結(jié)論，幾乎克服了純電動(dòng)車(chē)所有傳統(tǒng)缺陷的，鈉離子電池，前途無(wú)量！
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