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集微网消息，7月29日下午，宁德时代发布了第一代钠离子电池，随之也揭开了它的“神秘”面纱。其实，它并不神秘，也非新鲜事物，对钠离子的最早研究可以追溯到19世纪，近二十年来，伴随着锂离子电池的应用和推广，对钠离子电池的研究也迅猛增加。
钠离子电池：与现有动力电池技术“兼容互补”
不免好奇：相比如今市场上成熟的锂离子电池，钠离子电池究竟有何创新与优势？此前就有业内人士指出，钠离子电池的明显优势是资源丰富以及随之带来的成本优势，这将对锂离子电池等形成一定补充。
具体而言，钠资源的地壳丰度约为2.75%，远高于锂资源的0.0065%；同时，钠资源分布均匀，反观全球锂资源分布，75%集中在美洲，分布极不均衡，也正是得益于资源储备丰富，钠离子电池就具备了成本优势。据测算，受益于正极材料成本低，钠离子电池较锂离子电池BOM成本低30%-40%。
当然，对于车用电池，不能仅仅考虑成本而忽略性能。对此，宁德时代研究院副院长黄起森博士在发布会上介绍道，“基于我们在正负极材料、电解液，以及制造工艺方面的技术创新和突破，宁德时代第一代钠离子电池的性能指标突出：电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg，略低于目前的磷酸铁锂电池；但在常温下充电15分钟，电量就可以达到80%，具备快充能力；同时，在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率；此外，在系统集成效率方面也可以达到80%以上。”
尤为值得一提的是，宁德时代在系统方面的创新——可与锂离子电池集成混用。黄起森博士指出：“宁德时代在电池系统集成方面另辟蹊径，开发了AB电池系统解决方案，即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。”
可以说，AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发挥出了它高功率、低温性能好的优势，以此系统结构创新为基础，可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。目前，宁德时代已启动相应的产业化布局，2023年将形成基本产业链。
那么，钠离子电池对当前的动力电池技术路线有何影响？其实，发布会上，宁德时代董事长曾毓群博士已经用“兼容互补”一词回答了这一问题。当下，随着“碳中和”成为全球共识，新能源产业已进入到多层次、多类型、多元化发展阶段，愈发细分的市场对电池提出了差异化的需求。钠离子电池的出现，是对多元化技术路线的补充，将助力产业长期稳定发展。而且，在锂电池为王、无钴电池以及固态电池商用化尚早的的当下，钠离子电池的发展之路仍然坎坷。
霸主擂台：磷酸铁锂VS三元锂电
目前，电动汽车市场上普遍用的是锂电池，包括了磷酸铁锂和三元锂电。其实，新能源汽车发展这十多年间，磷酸铁锂和三元锂电的发展也在不断更替中。
磷酸铁锂是安全性极佳的动力电池正极材料。自2009年开始，乘着新能源汽车市场逐渐放量的东风，磷酸铁锂电池曾一枝独秀，届时风光无二。2009年，科技部、财政部、发改委、工信部联合启动了“十城千辆节能与新能源汽车示范推广应用工程”，标志着新能源汽车产业正式上升为国家战略。由于比亚迪等国内车企在磷酸铁锂电池方面的储备和应用，磷酸铁锂便成为新能源汽车发展最主要的技术路线。
但随着补贴政策标准的更新以及消费者对于新能源汽车续航里程要求的逐渐提高，这一风向在2012年开始发生变化。2012年6月，《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》发布，该规划提出，到2015年，动力电池模块比能量达到150Wh/kg以上；到2020年，动力电池模块比能量达到300Wh/kg以上。而在当时的技术水平下磷酸铁锂达不到上述要求。尤其是2016年至今，随着电动化的深入，乘用车逐渐成为新能源汽车推广的主力，而新能源乘用车的补贴政策，将电池包的能量密度以及续航里程作为主要指标。新能源汽车企业为追求高额补贴，逐步放弃磷酸铁锂动力电池，转向三元电池。
不过，伴随新能源汽车补贴持续退坡，以及动力电池新技术的加持，磷酸铁锂电池的成本优势逐渐显现，装车量逐渐提升，这一趋势在补贴退坡后的2019年7月磷酸铁锂装机量占比达到峰值52.2%可以看出。另外根据中汽协的数据，2020年1-12月，三元电池装车量占总装车量61.1%，同比累计下降4.1%；磷酸铁锂电池装车量占总装车量38.3%，同比累计增长20.6%；2021年1-6月，三元电池装车量占总装车量57.5%，同比累计上升139.0%；磷酸铁锂电池装车量占总装车量42.3%，同比累计上升368.5%。
当然，市场份额的增量与其技术创新实现能量密度的突破紧密相关。近几年，磷酸铁锂电池能量密度持续提升，目前国内主流磷酸铁锂电池企业电芯能量密度在170~180Wh/kg左右，其中，国轩高科圆柱铁锂能量密度接近190Wh/kg。而宁德时代的CTP方案和比亚迪的刀片电池等新技术更持续提升磷酸铁锂电池的能量密度。近日，特斯拉方面也表示将在电池构成上进行转变，将使用2/3的磷酸铁锂电池和1/3的镍电池。足以看出，磷酸铁力电池正在卷土重来。
“去钴化”已成行业共识，无钴电池走出实验室
就在磷酸铁锂与三元锂电的竞争场外，2020年以来，“无钴电池”浮出水面。无钴电池，顾名思义就是不含钴元素的电池。为何电池要“去钴”呢？难道钴元素没必要？其实相反，钴元素对于电池的稳定性作用很大。
2008年，特斯拉第一款Roadster超跑使用的就是松下的钴酸锂电池。但钴酸锂的结构问题导致难以继续提升锂电池的能量密度，而且安全性差、成本非常高，主要适用于小型电子设备。因此研究方向转到锰酸锂、镍酸锂。相对来说，镍酸锂容量大，但是稳定性、循环寿命很差。材料不稳定主要是因为镍离子有磁性，会吸引锂离子，形成锂-镍混合排列的物质，严重阻碍其它锂离子传输，导致性能快速衰退。
作为三元锂电正极材料中的“一元”，钴加入后，即把部分镍换成钴以后，钴离子可以起到缓冲作用，锂-镍影响减弱，电池的稳定性、循环寿命、倍率性能也大大提升了。钴元素如此优秀，为何“去钴”？作为三元锂电的正极材料之一，钴由于其稀缺性成为战略性的稀有金属资源。电池是钴金属最大的下游领域，在全球及中国钴消费量占比分别为44%和77%，但全球钴金属储量分布非常不均衡，资源主要集中在刚果（金）、澳大利亚、古巴3个国家，这三个地方就占了一大半。欧洲、中国和美国这三个目前电动汽车最主要的市场，都没有多少钴矿。
动力电池“去钴化”已成全球行业共识。全球汽车电动化进程不断加速，钴资源的稀缺将严重威胁电动汽车的供应链安全。无钴技术让行业摆脱钴作为稀有资源，避免面临价格高、资源少、受牵制的风险，有助于全球动力电池行业摆脱对钴资源的长期依赖，同时还可助力动力电池明显降本，因此车企将无钴作为一种终极目标。
但真正达到无钴，也是一个循序渐进的过程。也因如此，“高镍低钴”成为现阶段的大势。为了提高能量密度，同时降低成本，全球电池供应商、车企都在想方设法减少钴在三元锂电中的含量，从最早的钴酸锂中的59%，到目前普遍应用的NCM523中的12%，再到下一代NCM811中的7%，正极材料中的含钴比例一直在下降。
不同于“少钴”，2020年，蜂巢能源正式对外推出两款“零钴”电池新产品：115 Ah和L6薄片无钴长电芯，成为全球首家成功研发出无钴电池的企业。2021年7月16日，蜂巢能源在江苏举行了首款无钴电池量产下线仪式，这意味着全球首款无钴电池走出实验室，正式实现量产。
官方消息称，在无钴电池的市场应用方面，目前已经量产的这款产品已经出现在长城欧拉一款名为樱桃猫的车型公告中，同时已经取得两个外部市场客户的采购定点。某国际一线客户也正在与蜂巢能源密切接触中。
无钴电池的量产不仅对动力电池技术路线是有利的补充，而且，业内分析认为，蜂巢能源的无钴电池以基础原创性创新打破了以往欧美和日韩国家的技术垄断局面，未来几年，依托头部企业的创新与突破，中国将在电池底层专利具备与国际对手正面交锋的实力和底气。
全固态电池，动力电池市场的下一个风口
如今，除了成本、里程方面的疑虑，消费者对电动汽车的担忧关键卡在 “安全焦虑”上。2020年以来，电池供应商纷纷推出了先进的技术，以突破动力电池在能量密度、安全等方面的技术瓶颈，如以上提到的宁德时代CTP、比亚迪的刀片电池，蜂巢能源的无钴电池等，但这都不是最优解。
业界纷纷表示，固态电池将成为未来十年最适合电动汽车的电池技术。相比传统的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等部分组成，而全固态电池顾名思义就是电池里面没有气体、液体，所有材料都以固态形式存在，用固体电解质来代替现有锂离子电池中使用的液体成分。使用固态电解质后，全固态电池相比于一般锂离子电池，可以实现更轻的质量、更小的体积，能量密度也有较大幅度的提升。
汽车企业也在积极布局，以抢先引得市场份额。丰田在固态电池领域有先发优势，且已走在行业前列。丰田计划在2025年之前量产固态电池，电池能量密度比锂电池提高2倍以上，电池里没有气体和液体存在，所以更轻也更安全。同时，固态电池不易受温度影响，充电效率也更高，从0充满仅需15分钟。
除丰田外，大众、宝马也加码投资固态电池研发。2020年6月，大众汽车集团计划增持斯坦福大学研发固态电池的衍生企业QuantumScape公司的股份，并将追加投资2亿美元，旨在推动固态电池技术的发展。按照大众汽车的规划，其将于2025年建立固态电池量产生产线。
目前看来，虽然固态电池的工艺路线尚不成熟，降本仍需规模化的过程，但从相关企业的投资研发布局来看，全固态电池应该是未来5~10年的主流方向。
结语：不同类型的电池适用不同应用场景
每一项新技术推出之时，总有人用颠覆、替代来形容。虽然，不得不说，钠离子电池、无钴电池的推出，确实将给产业链带来重大变革，但这并不是说动力电池的技术路线会大受影响，如今只是开端，量产普及仍需要时日。更重要的是，无论是宁德时代的钠离子电池，蜂巢能源的无钴电池，还是比亚迪的刀片电池、宁德时代的CTP等，在“碳中和”的宏大背景下，这些对于新能源汽车产业、动力电池行业，都是技术的巨大进步，对于行业竞赛者，也将形成正面的压力，未来，不同类型的电池也将适用不同的应用场景。(校对/Jimmy)
