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解决了安全与价格,钠电池电动车能彻底替代家用燃油车?

2023年03月06日 14:02:04
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来源:路咖汽车

对普通消费者而言,我们不聊那些阳春白雪,之所以说现阶段燃油车还能挡在纯电动车身前,价格太贵一定是最重要的之一。对于纯电动车而言,动力电池是绝对的成本重心,曾经无限耀眼的发动机与变速箱都不能与之在成本占比上争锋。因为单位容量的锂电池成本高昂也就算了,但在续航焦虑的影响下,无脑内卷的电池容量,形成了从单价贵到容量大的成本螺旋上升状态。在这样的背景下,钠电池这一曾经的“备胎”开始热身,并极有可能在今年迎来正式“替补登场”的机会。仅从技术角度出发,钠电池真的能把纯电动车的价格给打下来吗?如果价格问题解决了,燃油车的最后一道技术上的拒马桩是否就能被移开呢?

换装钠电池,能便宜多少?

从钠电池与锂电池的技术基础来说,钠电池的优势在于存量极大,但缺点在于效率低。先说存量,仅以地壳部分的矿产资源来说,纳就要比锂多出近400倍,且分布更加均匀。具体到原材料部分,碳酸钠的价格仅为数千元每吨的水平,而碳酸锂则一度直逼60万元/吨的夸张价码。就算是碳酸锂原材料价格回落至40万元/吨的水平,在相当保守的计算下,同等重量的碳酸钠价格远远达不到碳酸锂1%的水平。

不过这肯定不是说换装钠电池,就能把动力电池成本减少99%。至于说能砍掉多少成本,其实有一个背景需要交代,那就是钠电池目前并没有形成稳定的技术路线,所以计算起来的维度也各有不同。但核心部分倒是可以套用大家更为熟悉的锂电池,因为钠电池不过是将正极材料与电解液中以纳替代锂的位置。特别是正极材料这一成本大户,在锂电池技术路径中,其成本占比高达4成左右,但钠电池能够将正极材料所占成本压低至四分之一左右。

而技术路线差异就在正极材料这一成本大户上产生了分歧。同样以更为熟悉的宁德时代来介绍,其普鲁士蓝类化合物的正极材料路线,一定程度上牺牲了钠电池除了价格之外的部分特质,进而在加工简单、成本依旧较低的情况下,换取高能量密度。而层状环氧物与聚阴离子化合物的正极路线同样是特点鲜明。但是在车用环境下,后者较低的能量密度以及较高的加工成本局限性较大,倒是高工作电压、高热稳定性以及循环寿命优势更像是冲着三元锂电池而来。至于前者其实与普鲁士蓝类化合物路线的表现接近,但在加工方面的可控性有可能是在车规环境下的一大潜在分水岭。

总之,虽然钠电池属于“替补登场”,很多技术路径尚未达到三元锂电池的高度。但钠电池的生产工艺与锂电池属于趋同状态,技术的可复制性与可迁移性较高。这点除了会影响整体成本的控制之外,也有助于钠电池在技术角度尽快站稳车规级的脚跟。而根据大部分机构的预测,按目前原材料的价格差异,正式上马后的钠电池有望在磷酸铁锂电池的基础上,成本再降低3-4成左右。同样以动力电池占整车成本约4成的论调来参考,在非常不严谨的推算下,就算以3万多元起步的宏光MINIEV为例,售价都还有望再降低约5000元。如果是对一款20万元级别的中型纯电车型而言,其售价有可能一次性降低3万元以上。当然,再次声明,这仅仅是极为粗放的推断,用以体现钠电池对电动车成本的“杀伤力”。

钠电池有多少优势被缺点掩盖了?

当然,“一分钱一分货”也是我们奉行的人生经验。对于钠电池而言,前面也提了一嘴,它在效率上的相对短板,这点从元素周期表就能一探究竟。只有排序靠前的活跃份子,才能在电池的正负极之间拥有较高的效率,从而获得更强的“载货”能力。在此基础上,能够适配的金属元素就是锂、铍、钠、镁、铝等等。而铍是极为稀有的存在,锂电池在第一阶段的胜出是毫无悬念的存在。至于效率比不上锂的钠、镁、铝,在成本因素的影响下,最终钠电池脱颖而出,即将走上前台。即使它的单体能量密度远不如三元锂电池,甚至仅能摸到磷酸铁锂的门槛。这当然会影响钠电池装车之后的续航里程表现,但在效率相对拉胯的表现下,钠电池真就只是一个除了便宜,一无是处的选项吗?

从广义上的用车场景来说,采用钠电池的纯电动车,或许会更接近燃油车的感觉。首先是钠电池的安全性,由于钠与铝配合的稳定性,以及钠盐电解液的稳定性更高,理论上钠电池的热保护效果相对锂电池更优。打比方说,钠电池电动车理论上可以“空电”运输,既可以保证运输的安全性,也并不影响日后的使用性能。

并且,不仅是高温状态下,钠电池的稳定性优异,低温同样堪称是钠电池的“朋友”。在低温衰减方面,虽然三元锂电池表现要优于磷酸铁锂电池。但以零下20℃低温情况来看,三元锂电池普遍充放电保持率仅能维持在70%左右的水平,而钠电池可以达到90%的水准,几乎可以忽略低温带来的影响。另外,锂电池在低温状态下充电容易导致析锂现象,而钠电池则无所畏惧。总之,相比既怕热也怕冷的锂电池而言,钠电池在零下40℃至80℃的温度区间内基本能够做到正常工作,理论上能够做到燃油车能去哪,它就能去哪。

就算是钠电池无法回避的容量低,以及充放电次数少的问题,也不是不能弥补的。对于容量问题,钠电池在快充上的潜力或许是弥补它的最佳途径。由于锂离子电池在快充状态下,特别是过充的情况下,正负极的锂离子失衡,极端情况下负极会生成树枝状结晶,存在金属结晶穿过隔膜导致负极短路的潜在威胁。所以往往锂电池快充,在80%之后就会大幅降低速度。并且为了造成致电池容量的永久性损失,一般并不推荐完全依赖快充补能,更不推荐长时间高压过充。而在钠电池这边,钠离子在正负两极的传输速度都比锂离子更快,从而在高压快充的情况下,也能实现正负极的平衡。这样一来,钠电池不仅快充效率更高,且不惧怕过充等情况。同时其电池比容量出色,简单来说就是充的电比较“实”,续航标定的难度大幅降低。如此,即便是循环寿命上要明显弱于磷酸铁锂电池,但即便是循环充放电1000次以后,钠电池的比容量保持率依旧能够接近95%的水平,而锂电池基本在80%左右。总结来看,就是钠电池虽然容量低,循环寿命短。但有限的容量却扎实、耐用、安全,有限的声明也更为“充实”。

写在最后

伴随去年大宗供应链的价格过山车,原材料的涨幅让广大消费者见识到了电动车贵就贵在电池的这个道理。单价贵,容量卷,于是整体车价朝着更贵的方向发展,这一逻辑闭环或许要等到钠电池正式上马才会迎来转机。倒不是说钠电池就是一统江湖的最终选择,而是在先天无法解决容量问题的情况下,钠电池给纯电动车发展提供了一个新思路。一个可以在安全性、使用场景、价格优势等方面,彻底撬动普通消费者对于燃油车路径依赖的思路。

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