摘要
钠电池产业化的号角正在吹响,星恒电源基于在两轮车场景的深刻洞察,已率先“亮剑”并发起了冲锋,向着“动储双赛道”大步迈进。
4月24日,高工钠电产业峰会上,星恒电源小电池工程院院长助理兼钠电项目组长谈亚军发表“钠离子电池的开发及产业化进展”主题演讲。
钠电将在两轮车市场率先验证
2023年以来,短短四个月碳酸锂的价格出现了断崖式下跌,很多企业对是否还要坚持钠电技术路线产生了动摇。谈亚军认为,在碳酸锂大幅降价的背景下,钠电池未来仍然将具有成本及性能优势,星恒电源会把钠电路线坚持不懈地走下去。
图片来源:星恒电源演讲PPT
基于不同碳酸锂的价格,星恒电源将钠电成本与铁锂成本进行了详细的对比。如果以钠电正极、负极和电解液分别为5万/吨、3万/吨和4万/吨的价格核算,钠电池与铁锂电池的成本交叉点大概在碳酸锂价格13万/吨(仅考虑电池层面)。
如果碳酸锂在今年持续下行,到13万以下,钠电是否就不再具备成本优势?谈亚军认为,答案是未必。
碳酸锂价格持续下行,作为钠电正极材料主要成本占比的镍源可能也会相应程度地下行。此外,钠电产业链还处于产业化初期,原材料的成本还有较大的降幅空间。谈亚军大胆预测,如果以正极、负极和电解液3.5万/吨、2.5万/吨和2.5万/吨价格核算,钠电和铁锂的交差点会在碳酸锂6万/吨左右。从长远看,钠电的成本优势仍然存在。
此外,从钠电的电性能看,目前除了能量密度相对比较低以外,其他方面性能没有明显短板。反而在低温性能、倍率性能和安全性能方面有一些自己的明显优势。电性能特性是非常匹配两轮车应用场景的,可助力下游客户解决续航里程低、电量不精准、冬天跑不远、充电时间长等一系列问题。
图片来源:星恒电源演讲PPT
储能、电动汽车领域的产品验证周期较长,钠电长期的可靠性包括以及长期使用过程中的一致性问题还需要一个长期的评测阶段。与之相对,两轮车属于小动力领域,对产品的性能要求没有那么苛刻,极有可能成为钠电池率先验证的市场领域。
基于以上判断,谈亚军预测,到2025年钠电池在两轮车市场的渗透率有望达到20%以上。
星恒钠电产业化开发进展
星恒电源从2020年开始进行钠电的预研工作,当时碳酸锂价格还处在低位,星恒看中的也是钠电池在两轮车领域的长期发展。
2020-2021年的预研探索阶段,星恒主要聚焦于钠电正极、负极等材料的开发;在2021至2022年期间,星恒开始基于15119/17119系列产品进行设计开发,完成电池样品试制、模组装车与路测、电池电性能与安全性测试等;2022年下半年,星恒的重心放到了工艺放量验证上,目的是提前识别过程风险,最终实现锂钠共线。2023年以来,基于现有成本核算与成本预测,星恒开始逐步和材料厂建立良性合作模式,聚焦于钠电池在市场中的推广。
星恒电源钠电池的技术路线主要包括层状氧化物和聚阴离子两部分。未来层状氧化物路线主要针对的应用领域是电动两轮车和电动汽车,聚阴离子路线针对的主要为储能领域。
在钠电的正极、负极和电解液等材料选择方面,星恒电源基于在两轮车领域的深耕,形成了自身独有的认识。正极方面,星恒电源没有过多追求材料体系的容量,而是选择中镍的产品,具备更高的性价比。此外,材料端也在进行改性工作,目的是提高材料在中压区的电压平台以及降低在低压区的容量占比,未来做到锂钠通配,减少结构端的成本。
钠电负极加工性能一直是业内公认的痛点。作为钠电负极的硬碳相比于锂电的石墨具有更大的比表面积,表面还具有较多无序的孔,在匀浆涂布过程中,加工性能差。
星恒用了三个月时间,从材料、配方、工艺多方面进行了改善。基本解决了放量过程中负极的加工问题,极片的电阻率相比于开发初期也得到了大幅度改善。
星恒针对钠电还做了一系列的失效分析。失效的主要原因还是负极与电解液之间的副反应导致的负极活性物质损失,以及由于产气析钠导致的活性钠损失。星恒针对这些问题,联合电解液企业进行钠盐以及添加剂的定向开发,改善负极SEI膜的成膜,减少了电池产气,最终提升了循环性能。
星恒在两轮车领域率先实现了钠电的产业化应用。在2023年1月份的战略发布会上,星恒电源推出了第一代全气候超跑钠电池——“超钠F1”,具备超长寿命、超快充电、超高性价比、超远续航、超准显示、超级安全六大优势。
■ 超长寿命:钠离子电池的常温循环2000次+更耐用,是普通铅酸电池的7倍;质保3年/5年。
■ 超快充电:高倍率性能使充电速度更快,充电时间可以节省15%以上;支持快放电,动力更强劲。
■ 超高性价比:用近铅酸的价格,获得锂电的性能。
■ 超远续航:低温续航无忧,-20℃低温下能够放出近90%电量。
■ 超准显示:系统对剩余里程测算越精准,可更加合理规划出行。
■ 超级安全:电池能够安全放电至 0V,放电深度可达100%。长时间没电情况下,仍然可以再次唤醒电池;热稳定性远超国家强标安全要求。
星恒钠电池单体能够实现2000次循环。未来还会不断地提升上限工作电压,提升电池整体能量密度,进一步降低材料成本。
从不同倍率的放电曲线看,整体的放电容量以及电压平台基本上不发生变化,这对于电摩的应用场景是很匹配的。
钠电池的低温性能也比较优异,零下20度时放电容量能够接近90%,零下40度时还能正常工作,放出容量超60%。如果进一步降低下限截止电压,还能放出更多的电量。其SOC—OCV曲线相比于铅酸、铁锂和三元的斜率比较明显,这对于在PACK端的电量计算比较友好。
由于钠电的正负极箔材均使用铝箔,充放电过程中不存在铜的溶出,所以不怕过放电,支持低电量甚至0电量运输,更加的安全。相关产品也通过了各项国标安全测试。
未来,星恒将以两轮车为突破口,向钠电更广应用领域开拓。2023年下半年,基于成熟的钠电体系,星恒将对第二代钠电产品——大方形“金砖电池”进行推广,这款电池容量大于75 Ah,可采用层状氧化物&聚阴离子路线,应用领域包括低速四轮、户用储能等。
在锂电领域,星恒电源的业务模式是从锂电池的前驱体材料到电池的研发、生产、制造再到销售和运营,再到最后电池回收,形成产业链闭环,实现资源的循环、再生和利用。目前,星恒在苏州跟滁州已具备10GWh产能,应用领域包括电动汽车、储能和电动轻型车。
截止到2022年12月,星恒轻型车锂电池出货量超过2500万组,已连续五年保持全球销量第一,2022年市占率近50%,已成功赋能雅迪、爱玛、绿源、小牛、九号等头部两轮车企业。
钠电池产业化的号角正在吹响,星恒电源基于在两轮车场景的深刻洞察,已率先“亮剑”并发起了冲锋,向着“动储双赛道”大步迈进。
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