电动车缺陷已被解决?划时代钠电池即将发布,比锂更轻更便宜

如何从根本上确保新能源汽车的电池安全?

据不完全统计,去年我国发生了70多起新能源汽车起火事故,至少涉及25家车企。如何保障电池的安全成为公众关注的焦点。6月6日,中国汽车技术研究中心首次公开了纯电动汽车双侧柱碰试验。 如何从根本上确保新能源汽车的电池安全,国家新能源汽车创新工程项目专

在国外的特斯拉安全事故频发,国内的电动车市场百花齐放的环境下,5月21日,国内电动车电池企业第一梯队,宁德时代忽然宣布,将于7月前后发布钠电池,据称可以解决纯电动车的所有传统缺陷。

新闻一经发布,旋即引发讨论浪潮,什么是钠电池?

钠电池跟现有的锂电池比起来如何?

市场格局会因此重构吗?

自从40年前,锂电池被约翰 古迪纳夫发明以来,它的地位就变得越来越重要,它是智能手机与电动汽车的标配,国内也涌现了很多与锂相关的明星企业,比如做锂电池的宁德时代,提供锂矿资源的赣锋锂业等等。

但是,在企业盛宴之下,暗藏着危机,锂资源在地球上十分稀少,而且还在不断涨价。

最近的数据显示,碳酸锂现货均价89000元/吨左右,较年初上涨约67%,氢氧化锂现货均价为89500元/吨左右,较年初上涨达80%,相关方解释说,涨价原因主要是由于电动汽车和储能电池,这两大块市场都在迅猛增长。

而且,中国本土并没有大规模锂矿,全球70%左右锂资源集中在南美洲,我国80%的锂资源依靠进口。在未来,锂资源也面临着像石油资源一样枯竭、开采难、被卡脖子的危险。

提取锂的工艺也比较复杂,从盐湖里提取锂,需要用到萃取、电渗析膜分离等技术,工艺繁琐而且成本很高,科学家们一直想要改变这一缺点。

但从1980年出现钴酸锂电池技术,到1982年出现锰酸锂技术,到1991年索尼推出第一款商用锂电池,再到1997年提出磷酸铁锂技术之后至今,20年的时间过去了,再没有新的锂电技术出现。

锂电池使用寿命能量密度的提高,正在变得越来越困难,所以寻找新的替代技术有了天然的需求。

有没有锂电池的替代产品呢?

有的,它就是本期主角钠离子电池,钠是地球上仅次于锂的第二轻的金属元素,从元素周期表中来看,钠与锂属于同一族元素,它们的化学性质相似。

因此理论上,把钠像锂一样加工后,用来做电池的难度较小,但是,钠的原子半径比锂要大很多,钠原子比锂原子要多8个电子,长得很胖,一旦长胖,就会有很多麻烦。

比如它不能像锂那样嵌入到石墨中,身材的“胖”,让它比锂要重很多,使得同一单位质量的电池,储能就要比锂少,钠也有一个决定性的优点便宜。

我们吃的食盐里就有大量的钠,海水中也有非常多的钠,提取钠的成本比锂少多了,在市场上,作为锂电池原料的碳酸锂价格,每吨需要几万元,而作为钠离子电池原料的氯化钠的价格,每吨只要几千元。

这对于产业化来说是一个非常核心的优势,除开产业界最关心的成本,在钠离子电池相关研究方面,我国还是一个领跑者。

我们概念中的电池,分为正极材料负极材料、电解液三个基本的组成部分。

而这些对钠电池来说都没有原则性的困难,它的原理和锂电池差不多,利用的是钠离子在正负极之间的嵌脱,在钠电池充电的时候,钠离子被通电了,就从正极跑出去,经过电解质嵌入负极,同时电子补偿电荷,经外电路供给到负极,保证正负极电荷平衡,放电时则相反,钠离子从负极逃出去,又跑回正极去了。

之前的研究重点,就集中在正负极的材料上,以钠离子电池的负极材料为例,可以做负极的材料有很多种,这方面一度是新电池技术最头疼的问题。

直到科学家们像碳芯电池一样,采用碳作为驱动介质,这一创举使得钠离子电池的能效,直接跃升到了锂离子电池的7倍。

此外,钠离子的液态记忆这项难题,也被我国科学家攻克,在卧虎藏龙的中科院物理所,胡勇胜研究员带着他的团队,开发出了当时最先进的低成本铜基正极材料,煤基碳负极材料和低盐浓度电解液。

其核心专利使得整个世界眼前一亮,征服了欧盟、美国乃至最严苛的日本,也有相关资料宣称,钠离子电池寿命超过10年,而锂离子电池的寿命只有3到4年。

另外,钠离子电池虽然沉,但反而更安全了,它很沉,意味着每克存储的能量更少,换言之,万一发生了爆炸,造成的杀伤比锂电池更小,很适合用在一些安全要求高的领域。

我国的专家还指出,由于钠离子电池和锂离子电池,在原理上并没有明显的差异,把锂离子电池的生产线设备和人员沿用下来,小规模改装一下,就能用于生产钠电池,这对于厂家也是件好事。

苹果与宁德时代和比亚迪磋商为其电动汽车项目供应电池的协议

据路透消息,苹果与宁德时代和比亚迪磋商为其电动汽车项目供应电池的协议。(新浪财经)

对于车主来说,钠电池最直观的优势是充电快,新能源汽车在排榜论高低的时候,常常被拖出来比较的,就是充电能力和续航能力,以大功率直流快充为前提,主流的三元锂电池,电量从20%到80%,需要半个小时,磷酸铁锂充同样的电量,则在五十分钟左右。

而钠电池的速度可谓超乎想象,仅用十分钟,剩余电量就能从20%飙到90%,不能漏夸的一点是,在使用钠电池的新能源汽车上,“暖气耗电50%”,“两个充电桩即可续航百公里”,等冬季里程缩水问题完全不会出现。

因为钠电池由于其优越的电解液稳定性,零下四十度依旧可以正常工作,即使是东北漠河老铁,也无需担心电动车忽然罢工。

最后,锂电池还有一个“杀手”,令无数开发人员闻之色变的过度放电,一旦锂电池过度放电,负极的碳极片结构就会变成危房,乃至出现坍塌,坍塌之后,无“家”可归的锂离子,就无法插入到负极。

而钠电池却允许彻底放电到0伏,对于需要储能的场景,简直是打瞌睡遇上枕头。

所以说,尽管有能量密度偏低这块短板,钠电池的价值仍然值得期待,而决定了它未来潜力的最重要原因,正是之前提了一嘴的便宜

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但实际上,主流锂电池所需要的锂,在地壳中含量仅为仅为0.0065%,就算这点锂元素全部被集中起来,没有一丝一毫浪费的全部生产电动车电池,也只够生产15亿个。

在能源争夺和分配中,大部分集中在南美洲的锂,显然不够“公平”,别的不说,光是玻利维亚几次摩擦,碳酸锂价格就成了过山车,而我国国内的锂提取技术,目前也没有规模化,80%的锂得靠澳大利亚提供,把定价权交给别人,总归没有握在自己手中安心。

而钠则完全可以打消这些顾虑,我们用数据说话,钠资源在地壳中元素储量约为2.64%,是锂元素的四百多倍,吃一碗倒一碗都绰绰有余。

当然,我们不提倡浪费,至于钠元素怎么买,那都不在我国考虑范围内,因为光是已经探明的钠盐储量,就有足足1.4万亿吨,当今世界的金属钠产能,也正在向我国转移。

爱开玩笑的观众可能会问,你是不是自己买了钠电池股票?

其实,不仅仅是电池老大宁德时代,深圳的华创电新,辽宁的星空钠电等多家企业,早就放出过要做钠电池的风声,说它会一举改弦更张,取代锂电池在新能源汽车界的地位,肯定还是夸张了。

但如果把它作为技术储备和补充,那是相当的可圈可点,而且,市面上也不仅仅是汽车。比如说,走性价比路线的磷酸铁锂电池,它的地位就岌岌可危了。

因为钠电池在充电速度上碾压全场,低温和安全方面也是大出风头,什么用户最在意这几点?

开“买菜车”的朋友

想想看,冬季的清晨,仅需几分钟充电,就能在菜市场成为速度最快的那位大侠,叫人如何不心动?

2017年,依旧是前文提到的胡勇胜研究员和他的团队,率先建成百吨级正、负极材料中试线,研制出能量密度为150 Wh/kg,循环寿命达3000周的钠离子电池,在他的实验室里,走出了全球首辆钠离子电池低速电动车,首座100kWh钠离子电池储能电站,且适合应用于可再生能源接入电网,及分布式储能等大规模储能领域。

首辆钠离子电池低速电动车问世 被誉为"国民车"

这种大BOSS级别的研究,已是相当震撼人心!

令所有人都没想到的是,在中国制造方面没有最强,只有更强!

2018年12月,南京理工大学夏晖教授与团队合作,首创结构设计和调控方法,并在锰基正极材料研究方面取得重要进展,消息一出,学术界鼎鼎大名的nature communications,主动抛来橄榄枝。

我还是用一组数据来说明夏晖教授成果的含金量,这种正极材料制成的电极比容量,达到211.9毫安时每克,是市面上流通的锂电池正极材料的1.5倍,在充放电过程中,这种正极材料结构稳定无相变,体积变化仅为2%,循环充放电1000次后,比容量保持率高达94.6%,比电池行业公认标准80%的比容量保持率,足足高出14.6%,是当之无愧的领跑世界!

由此,一项项的科研成果,让几大券商的分析师也和我得出了相同的结论,几乎克服了纯电动车所有传统缺陷的,钠离子电池,前途无量!

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