目前来看,氢燃料电池取代锂电池成为新能源车的主流为时尚早,商业化路线也不清晰。锂电池成本高,低温性能差、存在爆炸或自燃的风险。在“天下苦锂”的背景下,近一年来,行业将目光逐渐转向钠离子电池和固态电池。前者可以视为锂电池的平替,而后者则是锂电池的升级版。去年年底以来,宁德时代公布了钠离子电池的最近进展,而宝马选择和美国一家固态电池制造商深度绑定来推动固态电池上车。
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钠离子电池将快速迎来产业化
和锂电池相似,钠电池通过钠离子在正极和负极之间的运动来工作。相比锂资源,钠资源更丰富且成本更低。以正极材料而言,相比锂电池的三元聚合物使用锂镍钴锰或镍钴铝酸锂,钠电池的铁锰镍正极材料的成本仅为一半左右。使用低浓度电解液,钠盐的电导率比锂电解液高20%,从而兼顾成本和效率。比起不稳定的锂离子,钠离子电池的安全性也有所提升。
彭博新能源财经的报告显示,仍处于起步阶段的钠离子电池正开始扩大规模。作为锂离子电池的替代品,钠离子电池技术最早可在 2026 年缓解电池市场压力,并极大地改善电池的成本。在2023年,预计至少有一家主要的动力电池供应商会真正地推出钠离子电池的产品路线图。汽车制造商会在不久的将来推出一款以钠离子电池提供动力的车型。
虽然在能量密度方面,钠电池始终无法和锂电池相提并论,但凭借成本上的绝对优势,以及在低温性能和快充方面的优势,钠电池有望站上舞台中央。业界预计,今年就将真正开始钠离子电池的产业化元年。在2022年,宁德时代和亿纬锂能这样的领先动力电池供应商已经对钠电池有所布局。
去年11月底,宁德时代透露了钠电池的最近进展:钠电池已经可以满足续航在400公里以下的车型,宁德时代首创了AB电池集成技术,下一目标是将钠电池的续航提升至500公里以上。
去年12月,亿纬锂能发布了第一代大圆柱钠离子电池产品,能量密度为135 Wh/kg。通过全极耳的设计,亿纬锂能钠离子电池能够做到高安全,低阻抗,低工艺成本。
除了动力电池供应商,我国还有一大批材料与电芯初创企业瞄准钠离子这一赛道,如中科海钠、星空钠电、众钠能源、超钠新能源等,这些企业专注于钠电池材料和电芯的研发。
此外,政策的推动也是钠电池产业蓬勃发展的重要因素。工信部表态将推动钠离子电池全面商业化,促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用。目前,我国钠电池技术已经走在世界前列。
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汽车制造商开始布局固态电池
锂离子电池中包含正极、负极、隔膜、电解液等等部分组成,而固态电池则是将其中的气体和液体的材料以固体的形式替代。用固态的电解质来替代锂离子电池中的液态电解质,这样做的好处是能量密度能够得到极大的提升,并且能使动力电池以更低的重量和更小的体积布置在车内。更重要的是,由于固态的特点,电解液发生化学反应导致的燃烧将大为改善,固态电池的安全性上升到新的维度。
彭博新能源财经预计,2023年固态电池的全球产能将达到40GWh,电池级能量密度提高至每千克 500 瓦时。在今后的五年中,固态电池的成本有望取得突破。几家领先的电池制造商,如宁德时代、LG新能源、SK ON,以及初创公司,如 Solid Power、Prologium 和 Quantumscape,已经制定了在十年内将固态电池商业化的明确路线图。
中国科学院院士欧阳明高曾预测,第一代全固态电池产业化,占市场比例接近1%的时间点可能在2030年左右。2035年之后,新一代固态电池,钾、镁、钠、锂-硫等各类电池会进入市场。到2050年,液态锂离子电池有可能减少到约20%。
在汽车制造商中,宝马一直致力于将先进的电池技术应用在车辆上。可以说,宁德时代的发家在一定程度上得到了宝马的支持。宝马计划通过支持一家初创企业来布局固态电池。最近,宝马与来自美国的初创固态电池企业Solid Power达成了全面合作,双方将联合开发全固态电池的研发和应用。宝马位于德国慕尼黑的电池制造基地将引入Solid Power的电池生产线。Solid Power的美国工厂已经实现了固态电池生产线的安装和调试。除了宝马之外,该公司也与福特签署了合作协议。
宝马预计今年上半年就可以开始生产电芯,2025年将发布首款搭载全固态电池的概念车,在2030年前实现固态电池的规模量产。