一直以來,電池技術都嚴重製約著全球智慧汽車產業的發展,而隨著寧德時代鈉電池的推出,一切似乎又有了改變的可能。
除此之外,因為智慧汽車對消費者的安全問題有著直接影響,因此車企還需要保證電池在遭遇極端場景時依舊有不錯的安全性表現。
諸多矛盾襲來,事情似乎陷入到了難解的地步。
事實上,多年以來,從未有任何一種電池能夠完美滿足智慧汽車的這幾點要求,即便是目前智慧汽車的銷量節節高升,但因為冬季續航短、電池安全性不佳等原因,堅決拒絕智慧汽車的消費者也不在少數。
前不久,寧德時代全球首發的鈉電池技術,也許可以為智慧汽車當下所處的這個尷尬的境地,帶來一絲進步的希望。
鈉電池優勢明顯,普及仍需時間
在如今的智慧汽車動力電池市場中,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池絕對算得上是市場主流,根據2020年的市場資料來看,三元鋰電池市場佔比為72.87%,磷酸鐵鋰電池佔比為22.93%。
儘管三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池的市場佔比極高,但這也並不意味著它們的各項引數都做到了極致。受限於鋰材料的特性,兩者在低溫情況下的放電效率相比常溫狀態下都有著不小的縮水,而這將會明顯限制採用這兩種電池的汽車可用性。
鈉電池的資料卻表明,它不會遇到和鋰電池一樣的問題。在零下20℃的低溫環境中,鈉電池的放電效率依舊可以高達90%,而磷酸鐵鋰電池只能達到54%,三元鋰電池稍好,但是也只能達到70%,由此可見採用鈉電池的智慧汽車在低溫地區的續航表現,能夠明顯好於採用三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池的車型。
同時,不僅是放電效率更高,寧德時代此次推出的這款鈉電池在快充效能上表現也很出色。 從他們在釋出會中公佈的官方資料來看,初代鈉電池充電15分鐘,即可充至80%。這樣高效的放電效率配合快充,能夠使智慧汽車單位時間內的續航表現有顯著的提升,大幅提升駕駛體驗。
近年來,隨著智慧汽車銷量的增長,安全性也受到了大眾更多的關注。相關資料顯示,2011年到2019年智慧汽車的爆炸起火事故已經達到127件,其中純電動車型佔比高達70%,而大部分事件都是因為動力電池的問題所導致。
至於為什麼動力電池會引起智慧汽車的爆炸起火,從技術的角度來說,這並非是電池質量不合格,而是因為廠商盲目提高動力電池的能量密度所導致。
以目前市場佔比72%的三元鋰電池為例,雖然它的能量密度相比其他技術的鋰電池更高,但是高能量密度也意味著它在經歷碰撞時更容易出現熱失控問題,進而引起智慧汽車的起火、爆炸。
然而對於車企而言,在整個行業都在搞續航競賽的背景下,即便知道電池能量密度越高越容易引發安全問題,但是不提高能量密度,也就會導致汽車在寒冷地區的續航有明顯的降低,因此只能一條道走到黑,安全性問題只能暫時摒棄。
對此問題,鈉電池除了上面提到的在低溫環境放電效率依舊保持高效之外,安全性相比鋰電池也要更好。這是因為鈉離子本身化學性質相比鋰離子就要更加穩定,以寧德時代的初代鈉電池為例,其在針刺、擠壓和過充過放測試中均完美透過,也擁有著不錯的防自燃、防爆炸能力,因此即便是堆高能量密度,鈉電池也能夠做到同樣碰撞場景下更加安全。
當然,畢竟作為初代產品,鈉電池也有著明顯的劣勢。寧德時代的初代鈉電池在能量密度方面與三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池都有著明顯的差距,初代的鈉電池的能量密度僅為160Wh/kg,而後兩者分別是300Wh/kg、200Wh/kg。
導致該問題最大的原因是鈉離子相比鋰離子要更大,因此同等體積下鈉電池的能量密度會小於鋰離子,目前初代鈉電池的160Wh/kg 雖然在市區內短途通勤是足夠的,但一旦涉及到長途行駛,那麼鈉電池是絕對沒有辦法勝任的,因此其當下的應用侷限性還是挺大的。
不僅於此,作為剛開始商用化的產品,鈉電池短期內的生產成本明顯高於磷酸鐵鋰電池,甚至還高於三元鋰電池,因此短期其想要實現大規模應用還是比較困難,想要實現鈉電池的普及仍需要很長的一段時間。
不過從寧德時代公佈的規劃方案來看,鈉電池的商用前景仍算比較理想。能量密度的問題上,寧德時代已經研發出了鋰電池和鈉電池的整合混用解決方案,可以將鈉電池和鋰電池的優勢進行整合,從而提供一套在低溫下依舊可以實現高效放電,且擁有高能量密度的電池系統,滿足眼前鈉電池商用化的使用需求。
此外,寧德時代還透露未來將會推出的第二代鈉電池能量密度將會達到200Wh/kg,也就是與目前的磷酸鐵鋰電池能量密度持平,由此一來,鈉電池距離實現大規模商用就只剩下目前生產成本過高這一個阻礙。
鈉電池助力國產智慧汽車產業發展步入新紀元
顯而易見的是,鈉電池的推出對於動力電池產業的影響相當重大,可以預測未來也將會對整個電池市場進行重新洗牌。而作為第一種由我國企業率先推出的商用化動力電池,鈉電池又將對我國智慧汽車產業帶來哪些影響呢?
首先,鈉電池的大規模商用化也將標誌著我國可以逐步擺脫對鋰材料的依賴,提高產業的總體抗風險能力。根據2020年 USGS 資料顯示,目前全球鋰材料儲量集中在智利、澳大利亞和阿根廷三個國家,總佔比達到全球佔有量的75%,而我國僅佔7.1%,目前生產鋰電池基本都要靠進口原料,而在當今日漸動盪的世界局勢下,原料進口占比高並非是一個好訊號。
但是反觀鈉原料的儲備,不僅全球總儲量是鋰的1000倍,且區域分佈均勻,僅靠我國現有儲量就可以完全實現鈉原料的自給自足。
儘管短期內鈉電池距離鋰電池的能量密度仍有較大差距,但是隻要堅持鈉電池與鋰電池並行發展的策略,實現擺脫「鋰依賴」就是一個可期的事情,而且能夠進一步增強我國智慧汽車產業的獨立、自主屬性,也提高對外國制裁的抵抗力。
從目前的智慧汽車領導者特斯拉在入駐中國後,憑藉電池等核心元器件成本的降低不斷降價而引發銷售狂歡可以看出,目前大部分消費者在選購汽車的時候,同級汽車中只要智慧汽車的價格佔據優勢,會主動選擇智慧汽車,因此價格因素對於智慧汽車銷量的影響還是挺大的,這也正是鈉電池的優勢所在。
雖然鈉電池短期內生產成本較高,但是得益於目前全球豐富的儲備量,以及可以複用鋰電池生產線的優勢,隨著產能的擴大,生產成本最高能夠降低到鋰電池的30%~40%。因此作為智慧汽車生產硬體成本佔比最高的元器件之一,電池成本的下降也將使促使整車價格的下降,從而降低智慧汽車購買的門檻,推動智慧汽車的普及。
除此之外,得益於鈉電池的獨有優勢,智慧汽車的使用場景也得到了進一步的擴充。因為我國在地理上跨緯度高、經度廣,因此區域環境相當複雜,這就使得很多極端場景(例如嚴寒、高溫)下,智慧汽車受限於電池放電效率、高溫下安全性等因素而無法進入,因此潛在市場並不大。
但隨著擁有低溫高效放電效率、更好的安全性的鈉電池入場,這個存在已久的問題也能夠得到解決,智慧汽車的潛在市場也將可以實現大規模的增長。對於車企而言,也可以根據這三種動力電池不同的優劣勢,針對不同用途打造差異化車型,豐富智慧汽車的車型種類。
可以說,鈉電池為智慧汽車補齊了電池安全性和低溫下可用性的短板,接下來只要能夠穩步提升能量密度和降低生產成本,鈉電池的普及並非難事。
總體來說,寧德時代此次推出的鈉電池的確驚豔了一把,儘管作為初代產品,在能量密度方面尚不能達到鋰電池的同等水準,但是在安全性、低溫耐用性方面的資料已經明顯勝過了鋰電池。
鈉電池的釋出也標誌著我國智慧汽車產業逐步開始從「整合」向「創新」的轉變,建立起智慧汽車的規模性優勢,藉此倒逼傳統汽車廠商加大投入,從而助推我國儘快實現在智慧汽車時代超車歐美日韓的目標。