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成本低 资源丰富 更安全 钠离子电池在动力电池上“钠”么好吗?
材料人网小谭     2021-08-01 微信扫码分享  
钠离子电池最近大火。是不是将来电动车上装的不是锂电池而是钠电池,还有它在哪些领域有独到的优势?

提到钠离子电池,常见的三个优点是资源丰富、成本低、更安全。我们一一来看一下。

从地球储量来看,钠元素占到了2.75%,锂元素才0.0065%。显然钠原料更容易获取。不过具体到电池领域,不能简单这样计算。

根据美国地质调查局(USGS)数据,全球现已查明的锂资源量约6200万吨。而USGS给出的探明储量实际上是仅仅是目前技术条件下,有商业价值的锂资源矿场。探明量也在逐年上升。而根据部分市场调研机构的数据,预计2025年全球电动车碳酸锂需求接近百万吨级别。

先不论需求与当前储量相差甚远。技术进步是资源短缺的克星。仅就资源论,在海水中的锂资源就远超目前的探明储量。海水提锂技术和回收技术的发展,锂资源严重短缺的可能性不大。

所以虽然锂的丰度只有0.0065%,但相对于我们使用量来说总储量已经是非常可观。从这个角度来说,钠虽然多,但锂并不缺。

我国同样也是锂储量大国,约占全球总储量的20%以上。只是由于开采成本等原因,锂矿进口依赖度超过80%。因此,锂的供应和价格存在一定的风险。从这一点看,发展钠电池作为电池来源之一是有利于我国新能源行业稳定的。不过这就是另一种考量了。

因为锂在电池的占比实在太低,其价格对电池的影响并不大。特斯拉电动车中电池包重达1200磅,锂含量只有15磅。之前有数据显示,碳酸锂成本约占正极材料成本的30%-40%,而正极材料占整个电池成本的25%-30%,折算下来碳酸锂只占整个电池成本的约10%。相比之下,钴的价格对电池的影响要比锂大得多。

即使钠比锂便宜,也不能简单说明钠电池比锂电池成本低。比成本,应该比作为电池整体和全生命周期下的度电成本。

根据华安证券测算,当前的价格体系下钠离子电池对比磷酸铁锂电池约对应25.3%的理论原材料成本优势,其中14.1%源于正极,10.5%为铜箔。

但这仅是理论上。实际生产应用中由于钠离子电池低能量密度意味着将付出更多的辅材和制造成本。这些辅材和制造成本将拉高电池每瓦时的价格。

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不同能量密度的钠离子电池预估价[1]

此外钠离子电池循环次数低导致寿命低,也会拉高成本。同样来自华安证券的测算,磷酸铁锂电池其全生命周期的度电原材料成本仅0.02-0.04元/kWh,远低于钠离子电池的0.05-0.3元/KWh。而上图来自武汉大学曹余良教授对不同能量密度的电池预估价。要想成本低,钠离子电池的能量密度就不能太低了。

总体而言,即使原材料成本低,但是性能掉链子的话,成本优势是出不来的。

安全是产品的前置条件。但安全是相对的,是与其他因素妥协的结果。目前三元电池、磷酸铁锂电池的安全性作为电动车来说是足够的。仅仅比它们更安全不足以取代。

所以钠离子电池相对于锂离子电池的资源丰富、成本低、更安全三大优势在电动车这个应用场景下并没有那么亮眼。

反而作为电动车用电池的核心性能,钠离子电池就差强人意了。其能量密度的天花板太低,仅与磷酸铁锂相当,大幅低于三元电池。而当前实际量产的就更低了。再加上循环次数也低,核心性能上几乎很难挑战磷酸铁锂和三元电池。

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图自中科院物理所微信公众号文章

目前动力电池市场逐步形成一种趋势:三元电池在高档乘用车领域,磷酸铁锂电池在中低档乘用车各自有优势。动力车领头羊特斯拉最近就把国产Model 3标准续航升级版降价到25万以内,其主要原因是三元电池被换成了磷酸铁锂,虽然续航短了,但成本低了。

相对而言,在储能领域钠离子电池可能想象空间大一些。

作为储能电池,低成本、长寿命、高安全、易回收是总体发展目标。目前在这个领域,锂离子电池(磷酸铁锂、三元)优势突出,铅炭电池、全钒液流电池及梯次应用锂电池在特定场合下具有优势。

对于成本,储能电池有两个核心指标:一次性投资成本和全周期度电成本。前者越小投资回收周期就短,后者越小利润越大。以下是一篇发表在浙江电力上《电池储能技术现状》的文献中提供的数据。[1]

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电池储能系统一次性投资成本

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电池储能系统生命周期度电成本

至少,磷酸铁锂在一次性投资成本和度电成本表现还不错。


不同的是,储能应用场景多样化,一种电池包打天下的可能性不大。而钠离子电池由于潜在成本低和高安全,应该会在这个领域内有更好的发展。只是能量密度低和循环次数少仍然是大的瓶颈。


总体而言,钠离子电池具有无资源限制、潜在成本低、低温性能好等优势,随着技术的进步和市场的成熟,会越来越广泛。希望钠离子电池有美好的明天。


参考

[1]曹余良. 钠离子电池机遇与挑战[J]. 储能科学与技术, 2020, v.9;No.47(03):108-112.

[2]梅简, 张杰, 刘双宇,等. 电池储能技术发展现状[J]. 浙江电力, 2020, 039(003):75-81.


本文由大风吹供稿。


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