宁德时代钠离子电池：寻找“下限”，也是一种突破
能量密度不是评判电池唯一的标准
5月下旬，宁德时代董事长曾毓群在股东大会上透露，将在7月发布钠离子电池，一下把全行业胃口吊的老高。自那以后，宁德时代的股价，又一次坐上小火箭，从375块直窜到如今的550块，市值一举跨过万亿。
虽说股价暴涨不全归功于钠离子电池，但外部的期待情绪，早已拉满。不过，这一等，就等到了7月底。
期待中的宁德时代版“电池日”，篇幅只有10分钟，把钠离子电池的背景、技术、优势、计划，一口气倒完，便告结束，满屏的理工直男气息。
01
“大器晚成”的钠离子电池
技术角度来看，钠离子电池，新也不新。
说新是因为，相比主流的锂离子电池，钠离子电池的正、负极材料及电解质，都不一样。最重要的，电荷载体由锂变成了钠，正极材料也不再依赖钴、镍这些稀有金属。
用曾毓群在发布会上的话说，这是“电池化学体系”的创新。
说不新，是因为两者的电化学原理，基本一致，都属于“摇椅式”电池：金属离子通过电解液、隔膜在正负极之间运动，实现充放电。锂和钠在元素周期表里睡“上下铺”，化学性质相近，都是优秀的电荷搬运工。
实际上，上世纪70年代末，关于钠电与锂电的研究，几乎同步。差别在于，锂离子小巧，更容易在各种物质中自如穿梭；钠离子大且重，容易让电极材料体积膨胀或者失活，因此能量密度低、循环寿命短。
这种情况下，锂离子电池迅速商业化，钠离子电池陷入停滞。直到2010年后，随着正负极材料的突破，后者才缓慢开始落地，标准的大器晚成。
按发布会介绍，本次宁德时代推出的钠离子电池，用普鲁士白和层状氧化物做正极材料，硬碳做负极，加上适配的新型电解液，不仅提升了能量密度，更重要地，解决了钠离子电池在循环过程中的材料衰减，攻克了产业化的最大障碍。
这么大费周章，证明钠离子电池，确实有独到之处。
首先是成本，比起储量有限且十分集中的锂，钠储量巨大，在全球分布均匀，随处可得。而且，钠离子电池不需要稀有金属，正负极集流体都能用铝箔（而不是更贵的铜箔）。粗略计算，材料成本比铁锂还要低30%-40%。
再者，从电化学角度，钠离子电池充电效率高，低温性能好。宁德时代的钠离子电池，常温下充电15分钟就能达到80%，而锂电池一般要30-45分钟。同时，零下20度的低温下，还能有90%的放电保持率，吊打冬季馈电快的锂电池尤其铁锂。
另外，据宁德时代介绍，钠离子电池的热稳定性相当不俗，在针刺、挤压、过充、过放一系列测试中，不起火不爆炸。还能实现彻底放电，降低运输中的安全风险（锂电池运输时要保持带电）。
02
什么时候能上车
优点有很多，缺点同样明显。
除了循环寿命上的天然劣势，钠离子电池最大的短板，还是能量密度。虽说全行业对高续航的追逐，近来随补贴退坡和补能设施完善，有降温趋势。但续航的门槛，尤其对紧凑级往上的产品，却是越来越高。钠离子电池要上车，早晚得迈过这个坎。
按照宁德时代公布的数据，本次推出的钠离子电池，单体电芯能量密度160Wh/kg。从技术演进的角度，进步不小。但参照行业水平，只能算入门。好在系统集成效率不错，据称能达到80%，电池组能量密度不会打太多折扣。
按计划，宁德时代的第二代钠离子电池，能量密度将达到200Wh/kg，基本看齐铁锂。但在那之前，想提升能量密度，只能在结构上多做文章。
发布会上，宁德时代公布了一种钠、锂离子电池集成方案，将两种电池按比例混搭，通过BMS算法分别控制。理论上，这样既能弥补钠离子的能量密度短板，又能发挥它的高功率和低温性能，是个不错的结构创新，但还需要工程及实践检验。
宁德时代表示，目前正进行产业化布局，预计2023年形成产业链。实际上，就制造环节而言，钠离子电池与锂离子电池生产设备、工艺完美兼容，无缝衔接。当下需要的，更多是上下游协同。以宁德时代如今的号召力，不说一呼百应，起码不会冷场。
不过，即便顺利落地，钠离子电池要在汽车行业分杯羹，多半还得从龙套做起。
最现实的，首先是两轮市场。钠离子电池能量密度和循环寿命，不算出色，但降维打击铅酸电池，绰绰有余。2020年国内新增3800万辆电动自行车，对应装机量至少40Gwh，这块蛋糕其实不小。
至于四轮的，等工艺成熟，有了规模，成本潜力兑现，钠离子电池登上A00和A0级电动车，不是难事。商用车对电池成本敏感但没那么在乎能量密度，也有想象空间。
另外，别忘了，还有储能这一大片蓝海。跑通低碳经济，能源结构肯定要变，可再生发电比例势必提高，配套的储能规模，未来十分可观。钠离子电池的成本优势和充放电特性，对储能市场吸引力十足。
政策层面的利好已经释放。7月15日，国家发改委、能源局联合发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》中，点名要加快钠离子电池的“规模化试验示范”。
登堂入室，看来只是时间问题。
03
普及电动车的希望？
回到汽车，随着钠离子电池入场，动力电池的江湖，愈发热闹。
对高能量密度、长续航的追求，虽然降了温，仍然是行业主流。只不过，依赖现有的锂电池化学体系，突破的难度越来越大，成本越来越高。
目前，市面上可量产的单体电芯，最高能量密度在300Wh/kg。按官方的动力电池发展规划，2025年要达到400Wh/kg，2030年要达到500Wh/kg。显然，技术层面没有大的革新，只靠目前的三元体系，实现难度很大。
近来，各种层出不穷的新概念，比如广汽的石墨烯电池，蔚来的半固态电池，上汽智己的掺硅补锂，纷纷喊出1000公里续航，本质都是基于三元体系，对正负极和电解质做局部改进，外加一定程度的结构创新，进一步压榨三元锂的潜能。
与续航并行的另一大命题，是安全。自从刀片电池横空出世，给行业“拨乱反正”，对安全的关注与日俱增。后续的弹匣电池、果冻电池、大禹电池等等，名字千奇百怪，但主旨一致：把起火燃耗的概率，降到最低。
只是，最近比亚迪汉在碰撞试验后起火，引发舆论风波，预计能让借安全玩噱头的热潮，稍微降降温。
可以预想，钠离子电池加入战局后，有希望把成本，提到与续航、安全同等的高度。
业内共识，电动车要普及，抹平与燃油车的成本差异，是前提之一。比如，近两年，成本更低的铁锂电池复苏后，对新能源市场的刺激效应，有目共睹。
按国内外普遍认可的标准，当电池成本降到100美元/kWh，电动车才能在成本上抗衡燃油车。但2020年锂离子电池平均成本，仍在150美元/kWh上下，有很大距离。
关键是，随着锂电路线陷入技术瓶颈，电池成本受基础材料的影响，将越来越大。看看价格飞涨的锂和稀有金属，降本谈何容易。
这种背景下，比铁锂成本还低至少30%的钠离子电池，就来得很是时候。
等产业化落地，同时能量密度上再进一步，往铁锂靠拢，凭借成本和性能优势，钠离子电池有很大潜力，统治中低端市场，为电动车的普及，再添一把火。
至于取代锂电，肯定言过其实。钠离子的电化学极限，摆在那里。但未来与三元（还有基于三元的各种改进形态）、铁锂一起，形成高中低的布局，大可以畅想。
再怎么说，一个行业要稳定发展，多几条技术路线互补互促，总是好事一桩。
所以，别老盯着能量密度那点事。往上探索能量密度的极限，固然重要；往下探索成本和性能平衡的极限，对行业来说，何尝不也是一种突破。
