钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,与锂离子电池相互兼容互补。
2020年一场突如其来的疫情,让日益严峻的环境问题再次成为世人关注的焦点。
以中国为主的全球主要经济体,将改善环境问题的突破口,聚焦于通过植树造林、节能减排等形式,抵消人类活动制造的二氧化碳排放量,实现二氧化碳“零排放”,即“碳中和”目标。
关于碳中和目标的实现,2021年7月15日,中国工程院院士、上海交通大学副校长黄震教授,在接受媒体采访时表示,实现碳中和目标,需要颠覆性的技术。
值得注意的是,今年5月份,中国工程院院士、清华大学化学工程系教授金涌也曾在接受采访时表达该观点。
由此可见,实现“碳中和”目标需要颠覆性技术赋能,已经是学术界的普遍共识。想要单纯依靠节能减排等传统办法,无论如何量变,也无法产生质变。即单纯通过植树、少使用化石能源等手段,无法达成二氧化碳“零排放”目标。
就碳排放大户,汽车整车业来看,若保持其燃油车时代的碳排放量,按照全球近年来汽车整车销量不断提升的情况来看,整车行业似乎永远无法实现碳中和目标;故此新能源车顺势而起,销量不断提升。
在此背景下,占新能源车成本近40%的动力电池,自然成为限制新能源车企产能的重要一环。在新能源车旺盛的需求面前,全球动力电池产能持续告急,行业迫切需要新鲜血液补充。
宁德时代作为全球主要动力电池供应商,自成立至今一直坚持技术多元化发展路线,积极探索清洁能源转型。正如公司创始人兼董事长曾毓群所说:多元化的技术路线,是这个产业长期稳定发展的重要保障。
在多元化发展策略指引下,宁德时代不仅在锂离子动力电池领域做到全球第一,还持续推动钠离子动力电池技术发展。
公司7月29日发布的第一代钠离子动力电池,能量密度已经达到160Wh/kg,已经达到商用标准,远超此前市场预期。未来随着公司其他技术路线日趋成熟,宁德时代或将推出无钴电池甚至固态动力电池。
01 下游需求放量,动力电池再添新军
采用动力电池的新能源汽车,自2020年开始出货量快速提升。根据EV volumes数据,2020年全球新能源汽车的的销量为324万,而2019年同期为226万,同比增长了43．36%。
仅以国内为例,2020年中国新能源车销量136．7万辆,同比增长10．9%。其中,纯电动汽车销量为109．4万辆,同比增11．6%;插电式混合动力汽车销量为24．9万辆,同比增长8．4%;电动车渗透率从2019年的4．7%提升至2020年的5．4%。
时至今日,电动车渗透率进一步提升。根据盖世汽车研究院数据可知,2021年5月、6月汽车销量同比下降的背景下,内燃机车型(ICE)占比,从今年4月份86．3%降至6月份的82．55%。电池动力汽车(BEV)占比从8%提升至10．98%,增速明显。
据此测算,国内新能源汽车销量未来5年复合增长率在40%左右;到2025年有望超过800万辆,是2020年的6．4倍,是2021E(260万辆)的3．3倍。按照2025年汽车总销量2500万辆预计,新能源车销量渗透率达32%。
在以动力电池驱动的新能源车型(BEV)中,动力电池成本占比将近40%。因此市场一度认为买BEV汽车,就是在买电池。BEV出货量大幅提升,直接推动动力电池市场规模持续扩容。
据SNEResearch数据显示,2020年以锂动力电池为主的全球车用动力电池装机量同比增长17%,达到137GWh。宁德时代和LG新能源2020年出货量分别为50GWh和48GWh,占据了全球电池市场的半数以上,逐渐呈现双寡头格局。
以国内为例,宁德时代以总装机量31．79GWh无悬念登顶,且大比分领先其他对手,占国内市场总装机量的一半;比亚迪排名第二,市场份额达到14．9%;第三名LG化学装机量与前两名有不小的差距,为4．13GWh,占市场总装机量的6．5%。
作为动力电池发展路径重要组成部分,固态电池技术尚不成熟,钠离子动力电池则长期受限于能量密度较低,多用于储能领域。
2021年7月29日,宁德时代在其技术多元化发展战略指引下,终于突破钠离子动力电池能量密度低的技术瓶颈,符合商用标准,推出第一代钠离子动力电池。
02 更好的化学稳定性与低温性能
对于习惯了锂离子电池的投资者而言,钠离子电池的应用前景,以及应用可行性一直是其最关心的问题。
实际上,钠离子电池和此前常见的“锂电池”没有本质区别,不过是动力电池多元化发展的一个分支。又因为锂离子动力电池,长期占据投资者和消费者心理认知,人们接受新技术需要一定时间。
宁德时代此次发布的第一代钠离子电池,电芯单体能量密度已经达到160Wh/kg,与磷酸铁锂动力电池相当。
而且公司研究团队在前人研究基础上,创新性地对材料的体相结构进行电荷重排,对材料表面进行重新的设计,解决了材料在循环过程中容量快速衰减这一世界性的难题,使创新的材料具备了产业化的条件。在发布会上,公司还提出第二代钠离子电池能量密度将提升至200Wh/kg。
叠加常温状态下,钠离子动力电池仅需充电15分钟就能实现80%电量,理论上来看,搭载钠离子动力电池的车型,足以应对日常通勤甚至短途游等应用场景。
除能量密度超预期外,钠离子电池由于化学性质更为稳定,在低温环境中表现明显优于锂离子电池。在零下20℃的低温环境下,钠离子电池放电保持率可以保持在90%以上,为新能源车企打开低温地区市场提供基础保障。
从中汽协数据可知,东北地区在2021年一季度,客车销售同比增速最高,同比增加180%;但销量依旧较低,伴随近年来东北持续推出经济刺激措施,未来汽车销量仍有较大增长空间。
同理,国内西北地区客车销量有望共振增长,新能源车企在钠离子动力电池赋能下,有望逐步打开低温地区市场,从而推动宁德时代增加新的营收来源。
在此次发布会上钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,与锂离子电池相互兼容互补;所以多元化的技术路线也是我们这个产业长期稳定发展的重要保障。
值得注意的是,在此之前钠离子电池已经应用于储能领域,但是单体能量密度普遍较低。
此次宁德时代发布的高密度钠离子电池,有望在储能领域进一步推广,替换此前强制报废后检验合格使用的梯次锂电池,以及在大规模储能中取代传统铅酸电池。
03 “钠、锂”之间,拒绝“左右互搏”
除担心钠离子电池能量密度低之外,市场普遍认为宁德时代推出钠离子电池将对锂电池市场带来负面影响,从而动摇其锂离子电池基本盘稳定性。
宁德时代在此次发布会上针对这种担心给出明确回应,公司开发了AB电池解决方案,用以实现钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用。拒绝“左右互搏”的情况出现。
而且钠离子电池同样是一种嵌脱式“摇椅”电池,工作原理与锂离子电池的工作原理类似,即充电时钠离子从正极脱嵌进入负极,放电时钠离子从负极进入正极,外电路电子从负极进入正极钠离子被还原成钠。
据此特点,宁德时代按一定比例,将钠离子电池与锂离子电池通过串联、并联等形式,进行排列混搭后,把两种电池集成到一个电池系统里,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。
这种方案,不仅弥补了钠离子电池在现阶段能量密度略低于锂电池的端板,也发挥出其高功率、耐低温的性能优势,从而适配更多应用场景,提高新能源车渗透率的同时,进一步帮助汽车产业早日实现碳中和目标。
其实,无论当前市场对钠离子动力电池有多少担忧,钠离子动力电池,在AB方案推动下,未来大范围商用其实只是时间问题。因为在技术成熟后,钠离子动力电池制备成本,远低于锂离子电池。
据光大证券参考CATL提出的CTP技术建设的成本模型,假设模组硬件物料成本降低80%,减掉相应的模组组装设备和人员,那么Pack成本下降约10%-15%;如果良品率提升至98%,成本将进一步下降约1．5%-2%。
对于动力电池下游厂商而言,整车厂无论在燃油车时代,还是新能源车时代,尽可能实现利益最大化,才是其追求的目标。
而且根据《电动汽车购买意愿的离散选择分析》一文数据,性能和价格是人们选择购买的重要因素;尤其是价格敏感型消费者,极致性价比才是其购车主要考量因素。
伴随钠离子电池技术不断迭代,以及在宁德时代AB系统推动下,钠离子电池市场认可度越来越高后,未来或将运用于中低端车型;而目前市场认可度更高的锂离子动力电池可以继续聚焦中高端车型,二者互不冲突。
关于动力电池领域的研究,很多人认为认为其化学体系已很难创新,只能在物理结构上做些改进。但正如宁德时代董事长曾毓群所说:电化学的世界,就像能量魔方,未知远远大于已知,宁德时代将乐此不疲地探索着其中的奥秘。 (作者:聂来斌)
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