為何鈉電池鋸斷也不起火

相比鋰電池有哪些嚴(yán)重問題

寧德時(shí)代如何彌補(bǔ)這些短板？

過去十年，鋰離子電池幾乎定義了新能源時(shí)代。但當(dāng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來(lái)越大，一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題也越來(lái)越尖銳：鋰并不多，更不便宜，有沒有一種平替？

為何鈉電池鋸斷也不起火

鈉離子電池之所以鋸斷不起火，是化學(xué)本性決定的。傳統(tǒng)鋰離子電池的風(fēng)險(xiǎn)核心在于高活性鋰和有機(jī)電解液的組合。一旦內(nèi)部短路、隔膜破裂，鋰的強(qiáng)還原性會(huì)迅速引發(fā)連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致熱失控。

而鈉離子電池中，鈉的化學(xué)活性明顯低于鋰，同樣的結(jié)構(gòu)破壞下，反應(yīng)釋放的能量更溫和，反應(yīng)速率也更慢。再加上鈉電體系普遍采用熱穩(wěn)定性更好的正極材料，以及更耐高溫的電解液配方，即使把電芯物理鋸斷，內(nèi)部也難以形成足以自我加速的燃燒鏈條，這就是不起火的根本原因。

低溫性能也是鈉離子電池的物理特性，零下50度冷凍后還可以用。傳統(tǒng)鋰離子在低溫環(huán)境下，電解液黏度上升，鋰離子在電極材料中的嵌入和脫嵌阻力急劇增加，極化嚴(yán)重，電池可用容量和輸出功率同時(shí)崩塌，冬天續(xù)航嚴(yán)重不足。

而鈉離子的離子半徑更大，嵌入機(jī)制對(duì)晶格結(jié)構(gòu)的依賴反而更寬松，再疊加鈉電體系中更高的離子電導(dǎo)率電解液設(shè)計(jì)，在極寒環(huán)境下，離子遷移仍然可以保持較高效率。這也是為什么鈉離子電池能在零下40℃仍保有90%左右電量，在零下50℃還能正常工作。對(duì)于北方地區(qū)、極寒工況、儲(chǔ)能電站來(lái)說，這是鋰電池長(zhǎng)期難以徹底解決的痛點(diǎn)。

相比鋰電池有哪些嚴(yán)重問題

鈉離子電池沒有大規(guī)模應(yīng)用，首要原因是能量密度低，三元鋰電池主流量產(chǎn)已經(jīng)做到 220-260 Wh/kg，鈉離子電池質(zhì)量能量密度通常只有80-100 Wh/kg，這個(gè)水平放在今天看，基本等同于半個(gè)磷酸鐵鋰，裝在車上不僅跑不遠(yuǎn)，整車重量和體積直接失控。因此多年來(lái)鈉電更多用于低功率儲(chǔ)能、通信基站備用電源這類對(duì)體積和重量不敏感的場(chǎng)景。

從物理層面看，鈉原子本身比鋰重，單位質(zhì)量下能參與電化學(xué)反應(yīng)的離子數(shù)量天然更少，這是無(wú)法繞開的問題。直接導(dǎo)致鈉離子電池在同樣重量下，能儲(chǔ)存的電量先天吃虧。

其次，鈉離子在反復(fù)嵌入脫嵌過程中，對(duì)電極結(jié)構(gòu)的擠壓效應(yīng)更明顯，如果材料設(shè)計(jì)不到位，很容易造成結(jié)構(gòu)塌陷、容量衰減快，循環(huán)壽命難以保證。再加上鈉電產(chǎn)業(yè)鏈缺乏規(guī)?；瘧?yīng)用，材料體系、制造工藝、良率控制都不成熟，導(dǎo)致早期鈉電池“又大又重，還不耐用”。

寧德時(shí)代如何彌補(bǔ)這些短板？

寧德時(shí)代和長(zhǎng)安聯(lián)合開發(fā)了可以用在量產(chǎn)車上的鈉離子電池，在能量密度這個(gè)致命的問題上，寧德時(shí)代從材料、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)三層同時(shí)下手。通過優(yōu)化正極材料的晶體結(jié)構(gòu)，提高鈉離子的可逆嵌入比例，同時(shí)在負(fù)極端引入更穩(wěn)定的硬碳體系，降低不可逆容量損失，使鈉電池的單位質(zhì)量有效容量提升。量產(chǎn)鈉離子電池的能量密度做到175Wh/kg，已經(jīng)達(dá)到磷酸鐵鋰電池的主流區(qū)間。

結(jié)構(gòu)層面的突破同樣關(guān)鍵。寧德時(shí)代將第三代CTP技術(shù)引入鈉離子電池，通過減少模組層級(jí)、提升體積利用率，讓電芯本身不夠強(qiáng)的問題在系統(tǒng)層面得到補(bǔ)償。單車400km以上的純電續(xù)航，意味著鈉電池可以裝在10萬(wàn)級(jí)的車型上。

至于壽命問題，寧德時(shí)代的解決思路同樣偏向長(zhǎng)期穩(wěn)定性而非激進(jìn)參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室條件下，鈉離子電池循環(huán)壽命已經(jīng)達(dá)到10000次，水平對(duì)標(biāo)主流三元鋰電池。這背后是對(duì)電極界面穩(wěn)定性的持續(xù)優(yōu)化，讓副反應(yīng)被壓制在可控范圍內(nèi)，從而避免早期鈉電池用得越多，掉得越快的老問題。

選車偵探觀點(diǎn)：鈉離子電池的老問題被寧德時(shí)代和長(zhǎng)安解決，在循環(huán)壽命和能量密度上，看齊磷酸鐵鋰電池。同時(shí)由于物理特性，可以在零下幾十度使用，不會(huì)明顯掉電，鋸斷也不會(huì)起火，安全層面給人信心，但目前還沒有真正裝車，續(xù)航水平能不能達(dá)到鋰電池的層次還沒有確定數(shù)據(jù)。大家覺得這種新電池有未來(lái)嗎？歡迎討論。