15分钟充80，宁德时代发布钠离子电池，磷酸铁锂要完？

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　　出品：电动星球News
　　作者：毓肥
　　预热了许久之后，宁德时代终于在今天下午3点半，正式发布了旗下首款钠离子电池。
　　目前市场上主流的磷酸铁锂、三元锂甚至四元锂电池，本质上都是锂离子体系的产物。
　　也正因如此，钠离子，也就是摇椅式电池（金属离子在正负极之间脱落、嵌入的过程保持稳定离子形式，因此命名为摇椅）另一分支，在今天宁德时代发布会之前，就已经获得了巨量关注。
　　钠离子电池和锂离子电池有什么区别？钠离子会取代锂离子电池吗？宁德时代的钠离子电池什么时候商用，会应用于什么领域？
　　和下午的发布会一样，今天文章不长，但信息密度会很高。
　　一、钠离子电池前世今生
　　人类最早对钠离子电池的探索，始于19世纪。
　　根据上面的元素周期表我们可以发现，钠是距离锂最近的同族金属元素。同组意味着最外层电子数相同，化学性质也十分相似。因此，钠和锂这两种元素都非常适用于摇椅式电池。
　　但一直到20世纪70年代，钠离子电池的研究才开始深入。而最早期设计用于钠离子电池的电极材料，如MoS2二硫化钼、TiS2二硫化钛等，性能表现都远不如锂离子电池使用的电极。
　　另外，钠元素本身，在摇椅式电池工作过程中的性能也不如锂。
　　因为钠离子要比锂离子更大更重（分子量22。9898vs6。941、原子半径186vs152pm），因此在脱离、嵌入正负极材料的时候，对材料结构稳定性的要求，也远高于锂离子。
　　综上所述，钠离子电池的商用进程远慢于锂离子电池，直到2010年代前后才取得明显进展。
　　其中我国的钠离子电池研究处于世界前列，中科海钠在2018年已经研发成功150Whkg单体能量密度，并且可商用的钠离子电池，同时循环寿命号称超过4000次。
　　而在实验领域，2015年中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室已经研制成功单体能量密度210Whkg的室温钠离子电池。
　　二、宁德时代的钠离子电池
　　根据宁德时代研究院副院长黄起森的表述，目前CATL第一代钠离子电池，可以实现160Whkg的单体能量密度，同时电池系统集成效率可以达到80以上。
　　由于钠离子和锂离子电池本质上属于同宗，因此前者同样拥有较高的快充性能，黄起森表示钠离子电池充电15分钟可补充至80电量。
　　另外，宁德时代的钠离子电池还拥有3000次以上的循环寿命，以及零下20依然拥有90以上放电保持率的低温性能。
　　上文提到，钠离子和锂离子在摇椅反应过程中，对正负极材料稳定性要求不同。因此钠离子电池适配的正负极材料，也不再是锂离子电池的多元锂磷酸铁锂石墨。
　　宁德时代的用词非常谨慎，对钠离子电池正极材料的形容是具有潜在商业化价值包括普鲁士白和层状氧化物两种，宁德时代的选择是普鲁士白。
　　普鲁士白又称Williamson白，简称PW，化学名称叫亚铁氰化亚铁，是普鲁士蓝（PrussianBlue，亚铁氰化铁）的还原产物，在电催化和传感器方面均有很高的应用价值。
　　根据发布会的信息，宁德时代对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减的难题。
　　至于负极，宁德时代的选择是硬碳，硬碳是指难以被石墨化的碳，是高分子聚合物的热分解。发布会上宁德时代表示其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。
　　黄起森表示，由于钠离子无法像锂离子一样在石墨层间自由穿梭，具有独特孔隙结构的硬碳材料就成为了优选。宁德时代选用的硬碳材料，每克能量密度达到了350mAh，已经非常接近石墨。
　　P。S。目前日本东京理工大学已经研发出了高达478mAh克容量的硬碳材料，但暂时还未有商用消息。
　　总结一下，宁德时代表示他们的第一代钠离子电池，具有高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。
　　另外，宁德时代还发布了钠离子电池锂离子电池混搭的AB电池方案。按照特定的比例，将钠离子模组和锂离子模组封装在同一电池包。
　　有意思的是，发布会上给出的AB电池示意图，钠离子模组远多于锂离子模组。看来宁德时代对AB电池的定义，是希望用锂离子做补充，保证成本优势的前提下提升能量密度？
　　至于时间表，宁德时代表示钠离子电池的基本产业链，预计会在2023年建成。
　　三、钠离子电池应该用在哪？
　　文章写到这里，一个事实应该很清楚了：钠离子电池能量密度不高。
　　第一代钠离子电池单体能量密度为160Whkg，这个成绩仅和目前量产的磷酸铁锂电池相当。
　　即使宁德时代表示，第二代钠离子电池单体能量密度可以达到200Whkg，它和已经冲上300Wh的三元四元锂电池相比，依然有非常大的距离。
　　但和磷酸铁锂能量密度相当的前提下，钠离子电池的低温性能、充电速度远要更好，同时热稳定性不比LFP差。
　　因此，目前汽车业界对钠离子电池的希望，更多是取代磷酸铁锂电池，成为未来入门和主流价位车型的电池选择。需要超高能量密度的中高端车型，则依然属于高镍路线，甚至固态电池。
　　但宁德时代的算盘，并不想只在汽车领域敲。
　　一个月之前的6月23日，搭载宁德时代磷酸铁锂电池的全球首台120吨级纯电动交流传动矿用自卸车，在湘电集团成功下线，并拟于7月在矿山场景试运营。
　　20天前，也就是7月9日，宁德时代与河南跃薪的新合资公司跃薪时代正式成立，专攻电动无人矿山领域。宁德时代持股比例超过30，是公司的第二大股东。
　　更早一段时间，4月28号，由中船集团708研究所设计深圳海事局建设的海上危险品应急指挥船深海01，在广州黄埔文冲船舶有限公司下水这也是中国首艘使用锂电池作为混合推进动力的海上公务船。
　　深海01的电池供应商就是宁德时代。
　　矿车、船舶等大型乃至超大型载具的电动化，目前仍处于蓝海。
　　根据宁德时代公布的信息，120吨级的自卸车从燃油驱动转向电动，每年可以减排二氧化碳1500吨，补能费用降低50，维护保养成本降低20。
　　而根据中国经济周刊的报道，一台电动矿卡每年能节约能源费用30万元，基于电动化的无人矿山解决方案，可以提升全国矿山生产效率30，节约采矿成本46。
　　碳中和时代，巨型交通运输工具的电动化已经箭在弦上。
　　对于满载重量最高可以超过800吨的自卸车，乃至更大的船舶来说，电动化需要的电池容量也许不再是kWh，而是MWh级别。
　　想要劝说这个行业使用如此庞大的电池，成本和充电速度都非常重要，反而能量密度，或许不是关键要求。
　　钠是地壳丰度第六的元素（锂仅为二十七位），钠离子电池的成本优势极为明显。目前业界对钠离子电池的BOM成本估计在0。20。3元Wh，不到磷酸铁锂的70，甚至只有三元锂的一半。
　　估算一下，一块1MWh（1000kWh）的电池，钠离子可以比磷酸铁锂节约起码20万元，甚至接近30万元成本，同时充电速度远要更高。
　　重型运输行业会选择钠离子电池吗？钠离子电池会成为碳中和时代的利器？磷酸铁锂电池是否就此谢幕，宁德时代又能否抢到钠离子路线的杆位？
　　今天的发布会很短，但留给我们讨论的空间却太多了。