钠离子电池:快速升温,从幕后到台前,坐拥资源和成本两大优势
一、钠离子电池:新能源细分领域替代者?
1.1锂钠同族 , 物化性质有类似之处
锂、钠、钾同属于元素周期表ⅠA族碱金属元素 , 在物理和化学性质方面有相似之处 , 理论上都可以作为二次电池的金属离子载体 。
锂的离子半径更小、标准电势更高、比容量远远高于钠和钾 , 因此在二次电池方面得到了更早以及更广泛的应用 。
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但锂资源的全球储量有限 , 随着新能源汽车的发展对电池的需求大幅上升 , 资源端的瓶颈逐渐显现 , 由此带来的锂盐供需的周期性波动对电池企业和主机厂的经营造成负面影响 , 因此行业内部加快了对资源储备更加丰富、成本更低的电池体系的研究和量产进程 , 钠作为锂的替代品的角色出现 , 在电池领域得到越来越广泛的关注 。
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1.2综合性能优于铅酸电池 , 能量密度是短板
钠离子电池与锂离子电池工作原理类似 。 与其他二次电池相似 , 钠离子电池也遵循脱嵌式的工作原理 , 在充电过程中 , 钠离子从正极脱出并嵌入负极 , 嵌入负极的钠离子越多 , 充电容量越高;放电时过程相反 , 回到正极的钠离子越多 , 放电容量越高 。
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能量密度弱于锂电 , 强于铅酸 。
在能量密度方面 , 钠离子电池的电芯能量密度为100-160Wh/kg , 这一水平远高于铅酸电池的30-50Wh/kg , 与磷酸铁锂电池的120-200Wh/kg相比也有重叠的范围 。
而当前量产的三元电池的电芯能量密度普遍在200Wh/kg以上 , 高镍体系甚至超过250Wh/kg , 对于钠电池的领先优势比较显著 。
在循环寿命方面 , 钠电池在3000次以上 , 这一水平也同样远远超出铅酸电池的300次左右 。
因此 , 仅从能量密度和循环寿命考虑 , 钠电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主打的启停、低速电动车、储能等市场 , 但较难应用于电动汽车和消费电子等领域 , 在这两大领域锂电仍将是主流选择 。
安全性高 , 高低温性能优异 。
钠离子电池的内阻比锂电池高 , 在短路的情况下瞬时发热量少 , 温升较低 , 热失控温度高于锂电池 , 具备更高的安全性 。 因此针对过
充过
放、短路、针刺、挤压等测试 , 钠电池能够做到不起火、不爆炸 。
另一方面 , 钠离子电池可以在-40℃到80℃的温度区间正常工作 , -20℃的环境下容量保持率接近90% , 高低温性能优于其他二次电池 。
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倍率性能好 , 快充具备优势 。
依赖于开放式3D结构 , 钠离子电池具有较好的倍率性能 , 能够适应响应型储能和规模供电 , 是钠电在储能领域应用的又一大优势 。
在快充能力方面 , 钠离子电池的充电时间只需要10分钟左右 , 相比较而言 , 目前量产的三元锂电池即使是在直流快充的加持下 , 将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间 , 磷酸铁锂需要45分钟左右 。
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二、从幕后到台前 , 坐拥资源和成本两大优势?
2.1资源端:克服锂电瓶颈
锂电池面临资源瓶颈 , 钠资源相对丰富 。 锂的地壳资源丰度仅为0.0065% 。
根据美国地质调查局的报告 , 随着锂矿资源勘探力度增加 , 2020年全球锂矿储量提高到2100万吨锂金属当量(折合碳酸锂1.12亿吨) , 同比增长23.5%;若按照每辆电动车使用50kg碳酸锂测算且不考虑碳酸锂的其他下游市场 , 当前锂储量仅能够满足20亿辆车的需求 , 因此存在资源端的瓶颈 。
分区域看 , 全球主要锂矿资源国锂储量均有不同程度的提高 , 澳大利亚和中国增加较多 , 其中澳大利亚锂储量由2019年的280万吨提高到470万吨锂金属当量 , 而2020年中国锂储量则大幅提升50%至150万吨锂金属当量 。
总体来看 , 智利和澳大利亚仍为全球前两大锂资源拥有国 , 2020年分别约占全球锂资源储量的43.8%和22.4% 。
与之相比 , 钠资源的地壳丰度为2.74% , 是锂资源的440倍 , 同时分布广泛 , 提炼简单 , 钠离子电池在资源端具有较强的优势 。
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