甯德時代釋出了新一代鈉離子電池。
衆所周知，目前最主流的電池是锂離子電池，原因有很多，比如锂最輕，以及锂可以形成最高的電池電壓。但锂的缺點也很明顯：地球上的儲量太少，是以價格很高。于是，鈉離子電池的概念應運而生。
鈉離子電池并不是新鮮概念。早在20世紀70年代就有類似的概念提出，畢竟這個思路太自然不過了——鈉和锂是最接近的堿金屬元素，而且鈉在地球上的儲量實在非常多，這個看看家裡的鹽罐子就知道。
但是鈉也存在一些與锂不同的性質：鈉比锂的電位稍微“正”了一點，是以電池的能量密度會降低一點；
（從這張圖裡還可以看到其他有研究潛力的電池體系，如鉀離子電池，鈣離子電池，鎂離子電池等）
另外，鈉比锂的原子尺寸也大了一點，也重了一點。
也是以導緻了锂離子與鈉離子電池的諸多不同。
首先是兩者使用的材料不同。由于原子尺寸大了一點，容易卡在材料内部出不來，可以供锂離子存儲的正負極材料通常無法供鈉離子使用。是以關鍵在于開發新體系的正負極材料，正如甯德時代董事長曾毓群所說，“有人在議論，電池的化學體系已經很難創新了，隻能在實體結構上做些改進；我們認為電化學的世界，就像能量魔方，未知遠遠大于已知，我們樂此不疲地探索其中的奧秘。” 在這裡，也對這些孜孜不倦研發材料的科學家和工程師們表達我們的敬意。
在多種鈉離子電池用正極材料體系中，甯德時代選擇了“普魯士白”體系。這類材料具有克容量較高，不含貴重金屬是以價格很低，以及電壓平台很高等優點：
可見材料為白色粉末狀。
mn摻雜使得材料電壓平台（相對于鈉金屬）高達3.7v，有助于實作電池的高能量密度
但其缺點也很明顯：其本身的晶體結構不是很穩定，會在循環中發生結構變化，導緻循環容量衰減；同時，普魯士白材料難以完全去除結晶水，會在循環中發生水與負極的副反應，引起電池産氣。從某種意義上來說，由于結晶水恰恰是穩定普魯士白晶體結構的關鍵，這兩個缺點難以同時解決，如何平衡這兩個問題，就成為了鈉離子電池應用的關鍵。
也正是以，此前基本沒有廠商釋出過循環可超過千次的普魯士白類正極材料。甯德時代自稱解決了這個問題，其通過材料計算方法進行了大量嘗試後對實驗方向進行了指導。至于其所使用的具體途徑，包括材料表面修飾和體相的改進，可以通過查閱其近期專利尋找線索。甯德時代此次釋出的克容量160mah/g與磷酸鐵锂材料的克容量接近。但釋出會并未提及電池循環壽命，是以還有待進一步了解。
鈉電的負極材料也與锂離子電池不同。絕大多數锂離子電池之是以使用石墨作為負極材料，是因為锂離子可以與石墨形成lic6結構的穩定插層化合物。但石墨無法用于鈉電：其無法與鈉形成穩定結構的化合物（這并非是由于鈉離子尺寸比锂離子大，因為令人費解的是，比鈉離子更大的鉀離子卻可以與石墨良好相容，其中的原因尚未得到解釋）。
是以，鈉電的負極材料研究共識為采用另一些層間距更大的碳材料，如中科海鈉釋出的無煙煤基，以及此次甯德時代釋出的硬碳基材料。此材料在成本低于石墨的同時實作了與石墨接近的克容量（350mah/g）發揮，同時由于層間距較大等因素，原子可以快速進出層間，使得電池快充與低溫充放電成為可能。
硬碳儲存鈉的優勢就在于其晶面間隙大，缺陷位置較多，是以可以容納較多的鈉。同時作為碳材料之一與石墨工藝接近，也是以成為了最主流的鈉電負極材料：
但實際上硬碳是一個比石墨門類廣泛得多的領域（所謂硬碳，即由于碳材料結構混亂，高溫燒結仍然不會形成石墨的層狀結構，如上圖。無煙煤基碳材料本質上也可以歸類為硬碳），此次釋出會實際上并未透露所使用硬碳的具體資訊。此外，由于硬碳材料較低的首次庫倫效率，會導緻電池的容量低于同等條件下的锂離子電池。
電解液語焉不詳。其可能與锂離子電池使用的電解液差别不大，不過對于特殊的正負極材料需要使用特殊的添加劑及溶劑，以避免發生正極材料溶出等問題。
其餘，隔離膜，殼體，集電體等結構可以與锂離子電池相同。也是以，鈉離子電池可以使用與锂離子電池接近的工藝路線進行生産，降低了工藝開發與裝置改造的相應成本。這裡還有鈉離子電池的另一個特點：由于锂會與鋁箔發生反應引起合金化，是以锂離子電池負極必須使用耐還原的銅作為集電體，而銅的密度是鋁的三倍多，增加了電池的重量同時提高了電池成本。鈉電中則不會有此問題，正負極都可以使用更輕更廉價的鋁作為集電體，也有助于提升電池重量能量密度并降低成本。
其次，至于锂電、鈉電混用的bms，個人認為其更接近于模組層面的并聯，通過控制充放電模式來分别對锂電或鈉電模組進行控制。否則，由于锂電與鈉電的不一緻，會導緻系統難以穩定工作。
綜上分析，如果甯德時代的釋出會内容為真實的，則其确實将鈉離子電池商用化推進了一步，但即使是從最基礎的材料層面分析，仍然遠不足以稱其為一個成熟可用的體系。其優點在于，由于使用正負極材料容量均與磷酸鐵锂電池類似，是以可以将其視為一種 “成本較低，容量稍低，能量密度稍低，循環性能未提供資料”的低成本磷酸鐵锂電池，其優異的低成本優勢可在中低端領域發揮特長，取代锂離子電池。但不足之處仍然很多而且短期内難以克服，如循環性能尚不清楚，能量密度仍然較低等，可認為其短時間内可能會應用于兩輪電動車等産品，而在電動汽車及儲能等應用尚需要進一步完善。這也就解釋了為何此次釋出的電池包括圓柱電池和硬殼電池。
另外此次甯德時代僅透露了其電池的能量密度為160wh/kg，卻并未提及另一個同樣重要的名額：體積能量密度。
由于汽車尺寸的限制，電池包的體積能量密度越高則可以容納更大容量的電池。這也是比亞迪釋出刀片電池和甯德時代釋出ctp電池的原因：通過省去電池的模組結構提高電池的體積使用率。也正是以，比亞迪高調宣傳其刀片電池可以實作體積能量密度提高50%（280wh/l）的巨大優勢。
而這恰恰是鈉離子電池的另一個巨大短闆所在：由于所用材料普魯士白（1.8g/cm3）與硬碳材料（1g/cm3）的壓實密度都遠低于磷酸鐵锂（2.4g/cm3）與石墨（1.7g/cm3）等材料，同時使用了更輕但更厚的鋁箔作為負極集電體，是以相同容量下電池的體積會遠大于锂離子電池，粗略計算有磷酸鐵锂電池的1.4倍左右（同體積容量是锂離子電池的70%）。
這一點是由所使用材料體系決定的，是以短期内無解決的迹象。
以model3為例子，其nedc裡程為468km，若全部更換為鈉離子電池，其裡程會下降到約327.6km左右，考慮到冬季加熱需求，冬季續航可能僅剩262.8km。但同樣地，其電芯的bom成本也能降低約20%。
我們按照目前最新的電芯成本來看，方形磷酸鐵锂的價格為617元/kwh，特斯拉model 3标準續航更新版55度電芯的成本為33935元，如替換成鈉離子電池，電量按照70%計算為38.5kwh，成本降低20%為493.6元/kwh，實際成本下降到19003.6元。（降低14931.4元）
——這麼看來，假設把目前model 3的電池改為鈉離子電池，我們可以獲得一台22.09萬，續航330km的model3，再考慮到這台車的續航和标準續航版相比差異實在太大，以及特斯拉一直有大約20%的賣車毛利，是以這台車特斯拉犧牲下毛利，是可以做到19.99萬的。
而根據很多專業機構的預測，随着特斯拉第二工廠的建立、産能進一步擴大，标準續航版車型價格一定會降到19.99萬。
屆時按照特斯拉一貫的定價體系，如果有鈉離子電池的車型，這款車或許可以打到15.99萬的區間去。
——那麼一台15.99萬，春秋續航330km，冬季續航260km和标準版差不多的特斯拉，你會購買嗎？
這些資料或許暗示着，鈉離子電池最終的大規模應用可能在于儲能。或許未來，我們在用電高峰期使用的電能，就會有相當一部分由這些臃腫但廉價的鈉離子電池提供。
對于此次鈉離子電池的釋出，我們的觀點是：請甯德時代提供電池的循環資料，同時提供的電池的體積能量密度資料，然後做進一步分析。
來源：第一電動網
作者：劉澤竑
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