聽過三元鋰電池,聽過磷酸鐵鋰電池,聽過氫燃料電池,但是你聽過鈉離子電池嗎?
近日,長安攜手寧德時代正式發布全球鈉電戰略,基于寧德時代鈉電技術的首款量產乘用車也正式亮相。
這款全新鈉電車型,僅以45度的電池容量,就達到了400公里以上的純電續航。
更夸張的是,在零下30℃的極寒環境下,依舊能保持強勁性能,解決了北方車主冬天開新能源車“續航打折、充電難”的痛點。
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下面我們就聊聊,到底什么是鈉離子電池?為什么鈉離子電池更能抗凍?又為什么之前一直沒有大規模普及?
什么是鈉離子電池?
首先,我們來搞懂什么是鈉離子電池!鈉離子電池并不是什么新時代的新技術,該技術早在19世紀(參數丨圖片)就被提出。
從工作原理上講,鈉離子電池和我們現在熟悉的鋰電池其實差不多,差別只在于“干活的主力”不一樣。
打個比方:電池就像一個“能量物流倉庫”,正極是“原料堆放區”,負極是“能量儲存區”,電解液是“物流通道”,隔膜是“隔離欄”,而離子,就是在倉庫里來回奔波的“搬運工”。
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充電的時候,“搬運工”會從正極的“原料堆放區”出發,通過電解液“通道”,穿過隔膜“隔離欄”,跑到負極的“能量儲存區”,把能量儲存起來;而放電的時候,“搬運工”再從負極的“儲存區”跑回正極的“原料區”,在奔跑的過程中釋放能量,供車輛行駛,這個過程就是把化學能再轉化為電能。
而鈉離子和鋰離子電池核心不同,就是“搬運工”的身份不同:鋰電池的“搬運工”是鋰離子,個子小、體重輕,擅長“輕裝上陣”;鈉電池的“搬運工”是鈉離子,個子比鋰離子大34%、體重也更重,擅長“扛重活、抗造”。
除此之外,兩者的倉庫布局、物流流程、工作邏輯,幾乎完全一樣。
鈉離子電池有啥優勢?
總結來說,鈉離子的三大核心優勢就是:抗凍、安全、低成本。
優勢1:抗凍能力更強。
大家都知道,鋰離子電池最怕的就是低溫,特別是北方零下十幾度,續航至少打個六、七折起。但鈉離子在抗凍能力要更強一些。
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根據寧德時代的試驗測試:鈉離子電池在零下30℃的極寒環境下,可用電量仍能達到室溫 25℃的 93%;而磷酸鐵鋰電池零下 30℃可用電量僅為室溫的 20%,三元鋰電池稍好,但也只有 30%。
如果把溫度再壓到零下40℃,這份對比更具沖擊力:鈉離子電池依舊能保住 90% 的可用電量,而磷酸鐵鋰只剩 8%、三元鋰也僅 15%。
可以說,鈉離子電池就是為北方用戶、極寒地區和各類特殊使用場景量身打造的。更關鍵的是,它還能直接砍掉鋰電池的一個核心設計成本。
老司機都知道,冬天冰天雪地里給新能源車充電,根本沒法直接快充:充電前得先用電池剩余電量給電芯加熱,等溫度升到0℃以上,才能慢慢提高充電電流。但鈉離子電池根本不用這些操作,極寒環境下直接充電就行了。
那么,為什么鈉離子電池不怕低溫?
首先,是鈉離子和鋰離子的“體質差異”。鋰元素是最輕的金屬元素之一,鋰離子個子小、電荷密度高,就像一個“裹著棉襖的小個子”,和電解液中的溶劑分子結合得特別緊密,形成的溶劑化離子半徑很大。
而鈉離子本身個頭大,而且電荷密度低,和溶劑分子的結合力很弱,形成的溶劑化離子半徑反而更小,就像一個“不愛穿厚衣服的壯漢”。
要知道,低溫會導致電解液的粘度增加,流動性變差,阻力就會變大。對于鋰電池來說,“裹著棉襖的小個子”鋰離子,在粘稠的電解液里跑不動,遷移速度變慢,能量釋放就會受阻,續航自然就大幅衰減;
而鈉離子這個“不愛穿厚衣服的壯漢”,溶劑化離子半徑小,流動性強,就算電解液變稠,也能靈活穿梭,遷移速度幾乎不受影響,續航也就不會大打折扣。
另外,寧德時代為鈉新電池研發了獨家的復合抗凍電解液,里面添加了四氟硼酸鹽、磺酸內酯等添加劑,就像給電解液“加了防凍劑”,就算到了零下40℃,也不會凝固,依舊能保持良好的流動性,讓鈉離子流動起來更順暢。
優勢2:更安全。
近幾年,新能源車起火、爆炸的新聞偶爾會出現,大多是因為鋰電池遭遇碰撞、擠壓、穿刺后,發生熱失控引發的,這也讓很多人對新能源車的安全性心存顧慮。但鈉離子電池,徹底改善了這個痛點。
寧德時代布了這樣一段鈉電池的極限安全測試視頻:工作人員用鋼鋸硬生生把滿電的鈉電池鋸成兩段,電池外殼冒著白煙,但沒有起火、沒有爆炸,甚至連接的小燈泡還在正常發光,依舊能穩定放電;
之后,工作人員又用電鉆穿透電池、用液壓機多方向擠壓電池,就算電池外殼被徹底破壞,電芯暴露在空氣中,依舊無煙無火、不爆炸,更沒有出現鋰電池那種“一路火光帶閃電”的危險場面。
更夸張的是,就算把鈉電池放在高溫環境下灼燒、或者投入水中,它也不會發生熱失控,頂多只是電量慢慢流失。
這種安全性能,不僅遠超國家標準,更是鋰電池難以企及的——如果換成鋰電池,遭遇鋸斷、穿刺這樣的極端破壞,大概率會瞬間起火、爆炸,甚至引發連鎖反應。
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那么問題來了,為什么鈉離子電池會更加安全?
最核心的原因是材料本身安全。鋰電池的安全隱患,很多來自于正極材料——比如三元鋰電池的正極,含有鈷、鎳等活性很強的金屬,這些金屬就像“易燃易爆的燃料”,一旦電池被破壞,正極材料暴露在空氣中,就會發生劇烈的氧化還原反應,釋放大量熱量,引發熱失控,進而起火、爆炸。
而鈉離子電池的正極,根本不用鈷、鎳這些高危金屬,而是采用了層狀氧化物、普魯士白等化學性質穩定的材料,就算被破壞,也不會發生劇烈反應,不會釋放大量熱量,從源頭杜絕了熱失控的可能。
另外,前面我們也說過,鈉離子的半徑比鋰離子大,在充放電過程中,不容易形成尖銳的金屬枝晶。這種枝晶就像“小鋼針”,會刺穿電池內部的隔膜,導致正負極短路,引發熱失控,而鈉電池幾乎不會產生枝晶,這就從根源上消除了一個重大安全隱患。
優勢3:成本更低。
鈉離子電池還有一個最具殺傷力的優勢就是成本極低。
根據寧德時代的數據,鈉離子電池的BOM成本(物料成本),比鋰電池低30%-40%,隨著2026年產能規模化釋放、產業鏈成熟,成本還會進一步下降,未來有望降到鋰電池的一半以下。
對于新能源車來說,電池成本占整車成本的30%-40%,電池成本下降,意味著車價就能大幅下降。
鈉離子電池之所以能做到這么低成本,核心原因只有一個:鈉資源太“廉價”、太“豐富”了,而鋰資源卻極其稀缺、昂貴。
我們可以用一組數據,直觀感受一下兩者的差距:
鋰在地殼中的儲量,僅為0.0065%,相當于每100公斤地殼物質里,只有0.00065公斤鋰,非常稀有;
而且鋰資源的分布極不均勻,主要集中在智利、澳大利亞、中國等少數國家,一旦國際局勢變動,鋰價就會暴漲。比如2022年,鋰價一度漲到50萬元/噸,直接推高了新能源車的價格,也讓很多車企陷入了“缺鋰少電”的困境。
而地殼中鈉的含量高達2.36%,是鋰的1000倍以上,相當于每100公斤地殼物質里,就有2.36公斤鈉;我們家里廚房的食鹽(氯化鈉)、大海里的海水、路邊的鹽堿地,甚至是我們吃的咸菜里,都含有大量的鈉,提取鈉的成本極低,關鍵不用依賴進口,完全能實現自給自足。
某種程度上來說,發展鈉電池,最大的意義是解決了我們國家資源卡脖子的問題。
鈉離子為啥遲遲沒有普及?
優勢突出,但是鈉電池的弊端也非常明顯,那就是能量密度太低。
目前三元鋰電池的能量密度能達到300Wh/kg,磷酸鐵鋰電池能達到180 Wh/kg左右,相比之下,鈉電池能量密度的理論天花板在200 Wh/kg左右,低于磷酸鐵鋰電池和三元電池。
所以,受限于能量密度,鈉電池被行業普遍認為主要適用于兩輪車、儲能及低速電動車等場景,難以進入乘用車主流市場。
但是,在寧德時代此次交付的鈉離子電池,能量密度最高達175 Wh/kg,已經能滿足大部分人的日常代步需求。
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未來,長安汽車旗下阿維塔、深藍、啟源、引力等多品牌都將搭載鈉新電池。鈉新鈉離子電池正式進入大規模搭載階段。
不過,從能量密度來看來看,雖然鈉離子有所進步,但是和高端三元里電池(250-300Wh/kg)相比,仍然有不小的差距。這意味著,對于那些對能量密度要求極高的場景——比如高端新能源汽車、高端手機、無人機等,鈉電池暫時還無法滿足需求。
而鈉離子電池的到來,更多的是一個補充選項。比如中低端的混動車型,入門的小型車等等,它們對于純電續航并沒有太高的需求。而更安全,成本更低的鈉離子電池,就非常適合這些賽道。
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