Video thumbnail for 钠电池真相!宁德钠新电池Naxtra靠谱吗?铁锂平替or补位?优缺点在哪?【老王观点】

鈉電池全面解析:寧德時代Naxtra靠譜嗎?成本、性能、應用場景全攻略!

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Quick Abstract

今年上海車展,寧德時代高調發布鈉電池Naxxra,引爆了「鈉離子電池」話題。本摘要將探討鈉電池的成本優勢、技術特性與未來應用,解析這場可能顛覆產業的電池革命。寧德時代更預言,未來鈉電池將消耗全球一半以上的鐵礦!

Quick Takeaways:

  • 鈉電池的原材料鈉蘊藏量豐富,成本遠低於鋰電池,且不依賴進口。

  • 鈉電池可在更寬廣的溫度範圍內運作,安全性更高,更難燃燒。

  • 鈉電池能量密度雖略遜於鋰電池,但技術不斷提升,差距正在縮小。

  • 鈉電池有望在儲能領域與鋰電池形成互補,尤其適用於低速交通工具與電網儲能。

  • 中國在鈉電池領域處於領先地位,產能規劃佔全球80%以上。

  • 鈉電池的供應鏈安全更具優勢,可降低地緣政治風險。

鈉電池不僅是技術創新,更可能成為中國在全球能源市場佔據主導地位的關鍵。

鈉電池的興起與討論

在今年的上海車展上,寧德時代高調發布了納克薩(Naxxra),即鈉電池,引發了業界對鈉電池的廣泛關注。研究與培訓首席執行官歐陽楚英表示,隨著產業鏈的成熟,鈉電池在成本控制方面將展現出巨大優勢。寧德時代的老闆曾毓群更是直言,未來鈉電池將消耗超過一半的鐵。這一觀點在業界引發了熱烈討論。

鈉電池的優勢

成本優勢

從成本角度來看,目前調查顯示,土壤中鋰的含量比鈉少好幾倍,而鈉可以隨意從鹽湖中提取,價格非常便宜,且完全不依賴進口,更為環保。據中國科學技術大學計算,鈉電材料的成本比鋰電低三到四倍。寧德時代近年也發表過類似觀點,即電池規模化後,成本優勢將更加顯著。此外,鈉電池不需要儲備元素,目前70%的鋰礦生產集中在剛果民主共和國。而且生產工藝也能節省成本,因為鈉電池和鋰電池只是原材料配方不同,在雲漿、塗布等先進工程設備上是兼容的,甚至可以使用同一條生產線,這對許多鋰電池企業的轉型非常方便。

寬溫域運行

鈉電池可以在更寬的溫度範圍內運行,甚至比磷酸鐵鋰電池更寬,能在零下30度到60度的範圍內運行。隨著技術的發展,鈉電池的能量密度仍有提升空間。這次的納克薩能量密度超過175瓦時/千克,目標是未來達到200瓦時/千克,接近甚至超過一些鋰電池的水平。雖然體積能量密度比鋰電池略低,但基本可以彌補。

安全性高

鈉電池比磷酸鐵鋰電池更難燃燒,循環壽命也更容易提高。最近流行的針刺實驗中,鈉電池用於測試,打開包裝也沒問題。有網友認為鈉金屬和水有不同反應,這一觀點有一定道理。畢竟電池系統正極材料中的金屬有一定概率被吸出,會有鈉晶體和鋰晶體。但由於鈉比鋰大,在負極表面更穩定,所以鈉晶體的形成通常比鋰少,即其生長速度比鋰慢。

從三個角度來看安全性:首先,鋰在元素層更容易氧化,一旦出現異常,鋰金屬更容易對電磁場產生強烈反應,釋放大量熱量,導致連鎖反應更容易形成。其次,在材料方面,主流的鈉電池大多來自鈉鎂系統,其晶體結構在充電過程中變化較小,電解液反應緩慢,且仍使用X層負載,進一步降低了短路風險和熱損失控制。第三,鈉電池的電壓水平相對較低,自反應也較小。因此,鈉電池的穩定性並非偶然,而是由其自身系統和系統定位所決定的。

市場空缺與應用

目前市場上存在儲能生態位的空缺,寧德時代正準備填補這一空白。儲能位於風力和水力發電站旁邊,包括機場、車站和多品牌商業圈,都需要低價的鈉儲能設備來匹配波谷電。可以說,在儲能方面,鈉電早已開始與鐵電競爭,這在某種程度上是一種新的生產動力。

為何電動車最初未選擇鈉電池

雖然鈉電池看起來優勢明顯,安全且便宜,但電動車最初未選擇鈉電池的核心原因是其能量密度略低,不適用於對空間和重量較敏感的二手車。鈉電池早在20世紀70年代就已出現,並用於測試車輛,如1992年的EcoStar,其電池位於車庫底部,由德國ABB製造。但當時鋰電池相對成熟,鈉電池很快被放棄。此外,目前鋰電池大量使用石墨,而鈉電池在石墨使用上存在問題,因為鈉比鋰大得多,鋰本身的儲存效率只有鋰的十分之一,一旦鈉進入石墨,很難出來,出來時容易塌陷,原本等待輸送的能量不足,陷入無物可輸的尷尬境地。

硬碳材料的應用

後來,隨著技術的發展,人們逐漸發現鈉電池可以不使用石墨,而是使用一種名為硬碳的材料作為複合材料,從而解決了鈉鋰矽難以嵌入的問題。說到碳材料的軟硬,最容易想到的是鉛筆,石墨材料在紅度方面非常軟,因為其微觀結構是一層層規則排列的,層間阻力很弱,層間間隙很小,由於鈉的半徑較大,很難順利插入石墨。而硬碳不同,其內部有更多的孔,排列連續,另一方面可以容納更大體積的碳。

所謂的X層並非僅指硬碳,實質上,硬碳和石墨都屬於X層,只要能插入和儲存鋰離子,就稱為X層。但硬碳的X層不是那種整齊的層層儲存,而是一個更隨意容納鈉鋰離子的空間。因此,真正優秀的頂級硬碳複合材料不僅基於連續的X層,還結合了孔徑細化吸收。

最近,一個名為APHC的詞非常流行,可以理解為一種人工硬碳,全稱是非光學特殊人工非光學硬碳,比天然碳更可控,適用於納米顆粒的大規模儲存,包括低溫和長壽命場景,可以說是未來的明星材料。

據老王接觸到的一些材料和文獻,中國的電池企業確實在考慮接管電池產業。日本可口可樂之前使用椰子殼作為原料製造硬碳,經過碳化、分解、切割、熱處理和CVD等步驟,效果不錯,但工藝較複雜。國內企業如武漢的百資格,其硬碳使用澱粉,通過變化、裂紋、收縮、碳化等步驟,再經過化學預固化工藝,解決了硬碳沉積物常見的冷卻效率問題。還有寧波的杉杉科技使用瀝青,深圳的貝特瑞使用熱塑性紙,這兩家公司的硬碳工藝也非常具有代表性。據老王的行業預測,這三家國內公司在鋰離子鋰離子領域已經具有良好的競爭優勢。然而,從生物氣和汽油線並行發展的現象可以看出,目前的鋰離子系統尚未統一。

正極材料——普魯士藍

接下來談談正極材料。視頻中提到的普魯士藍是一種染料,上世紀許多牛仔褲都用它染色。這種染料形成的類似化合物,目前是許多關注重點生產鈉電池公司的原材料。

普魯士藍的起源要追溯到1706年的柏林,當時有一位年輕的藥劑師名叫迪斯巴赫,原本想製造一種組織藥物,結果卻製造出了這種藍色氯化氧化劑,這就是普魯士藍的誕生。誰能想到這個偶然發生的化學小事故,成為了人類視覺史上的經典色彩組合。後來,莫奈、梵高

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