文|科技新知
1870年,法國(guó)作家凡爾納在《海底兩萬里》中,暢想了潛艇“鸚鵡螺號(hào)”通過獲取海水中的鈉作為電力能源,周游世界。
一百多年過去,各種技術(shù)路徑的新能源應(yīng)用開花結(jié)果,鈉電池則率先在兩輪“小電驢”上實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。
7月中旬,新日電動(dòng)車官方確認(rèn)了量產(chǎn)鈉電車下線的消息。雅迪、愛瑪、臺(tái)鈴等其他頭部品牌,星恒、天能、超威等專注于兩輪車市場(chǎng)的電池巨頭,以及初露頭角的松寶新能源等,皆陸續(xù)發(fā)布了自家鈉電產(chǎn)品,并將整車或電池的量產(chǎn)上市提上了年內(nèi)日程。
產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同加碼鈉電,預(yù)示著電動(dòng)兩輪車來到了動(dòng)力電池的大變革之時(shí)。
為什么長(zhǎng)久以來很難落地的鈉電池,能夠在兩輪車上量產(chǎn)?鈉電車的大規(guī)模推出會(huì)對(duì)目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品邏輯造成什么影響?鈉電池取代現(xiàn)有動(dòng)力電池又能否改變行業(yè)格局?
“鈉”就是未來?
現(xiàn)階段的電動(dòng)兩輪車,使用較多的是磷酸鐵鋰、錳酸鋰電池包,以及鉛酸電池。但從原理、特性以及技術(shù)角度來看,鈉電顯然更適合作為核心驅(qū)動(dòng)力。
首先,鈉電比鋰電更加安全。鋰離子電池電流密度越大,枝晶鋰生長(zhǎng)越快,就有可能刺穿電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成短路自燃;而鈉離子產(chǎn)生枝晶的概率很低。另外,鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰電池高,所以其在短路的情況下瞬時(shí)發(fā)熱量少,溫升較低,熱失控溫度高于后者。
其次,正因?yàn)殁c離子電池的電化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定,所以受極端環(huán)境影響較弱。目前市面上的鈉電產(chǎn)品基本都可以在-40℃到80℃的溫度區(qū)間正常工作,甚至在寒冷環(huán)境下電池容量保持率仍能接近 80%,這還是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試水平,未來迭代優(yōu)化后可能還會(huì)有所提升。
單憑這一點(diǎn)就已“打爆”鉛酸和鋰電。目前鋰電池在0度以下充放電只有平常的50%~60%,鉛酸電池只有40%~50%。在冬季寒冷的北方地區(qū),鈉電的性能幾乎沒有對(duì)手。
然后在導(dǎo)電率上,鈉離子電池的表現(xiàn)同樣出色。同樣濃度的電解液,鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20%左右。出色的導(dǎo)電性能又帶來更快的充放電效果,寧德時(shí)代曾發(fā)布的鈉電池可以實(shí)現(xiàn)常溫下15分鐘充滿80%的電量。雅迪在宣傳極鈉1號(hào)產(chǎn)品時(shí),表示可以在10分鐘內(nèi)將電量充至80%。
還值得一提的是,鈉離子電池?zé)o過放電特性,即允許放電到零伏,最大程度保證了使用壽命。目前可知的是,星恒電源發(fā)布的超鈉F1電池,常溫下循環(huán)壽命可超2000次,雅迪的極鈉1號(hào)循環(huán)壽命可達(dá)3000次,而中科院物理所的“長(zhǎng)壽命和低成本鈉電池正極材料研究”,將鈉電池循環(huán)壽命提高到4500次。
對(duì)比來看,雖然商業(yè)化主流的磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命已達(dá)到3000-6000次,但在兩輪電車領(lǐng)域,占比7成以上的鉛酸電池,正常的使用壽命僅為400-600次。鈉電“上車”后,一個(gè)非常直觀的改變可能就是,小電驢騎到報(bào)廢都不需要換電瓶了。
事實(shí)上,相比于兩輪電動(dòng)車,備受高價(jià)鋰電折磨的四輪車廠更需要鈉電。但因?yàn)樵谀芰棵芏确矫娴奶焐毕?,使得鈉電遲遲無法量產(chǎn)應(yīng)用。寧德時(shí)代此前表示,鈉離子電池普遍可以滿足續(xù)航里程在400公里以下的車型需求。這對(duì)于市場(chǎng)上續(xù)航里程普遍超過600km的四輪車產(chǎn)品來說,極限在500km左右的鈉電也就沒那么有吸引力了。
不過在目前的技術(shù)條件下,鈉離子電池的能量密度大約為70-200Wh/kg,實(shí)際產(chǎn)品大概在150Wh/kg,已經(jīng)可以與磷酸鐵鋰一戰(zhàn)(能量密度150-210Wh/kg),碾壓鉛酸電池(40-70Wh/kg)。
消費(fèi)者的核心剛需——安全性保障、足夠的續(xù)航里程、抗低溫能力等,都可以在鈉電應(yīng)用中得到滿足,再加上包括寧德時(shí)代、中科海鈉等鈉電企業(yè)都已打通上下游完成了爬坡量產(chǎn),所以從理論上來看,鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)上車幾乎已是確定性趨勢(shì)。而動(dòng)力方式的改變,也意味著兩輪車行業(yè)將像當(dāng)下汽車市場(chǎng)一樣,市場(chǎng)格局出現(xiàn)顛覆性改變。
兩輪“新勢(shì)力”
2019年兩輪電動(dòng)車“新國(guó)標(biāo)”正式實(shí)施,對(duì)于不符合“新國(guó)標(biāo)”的產(chǎn)品實(shí)行3-5年過渡期管理,超標(biāo)車輛將禁止上路行駛。
由于鉛酸電池含有重金屬污染物,很難通過逐年加大力度的環(huán)保核查。在此背景下,發(fā)展勢(shì)頭正旺的鋰電池登上舞臺(tái)。
但站在商業(yè)角度,鋰電產(chǎn)品成本高利潤(rùn)低,再加上消費(fèi)者對(duì)價(jià)格的敏感,導(dǎo)致電動(dòng)車鋰電化進(jìn)程比預(yù)期慢上不少。整個(gè)產(chǎn)業(yè)萌生出尋找新一代高性價(jià)比動(dòng)力電池的急迫訴求,鈉離子電池也成為最佳候選。
首先鈉離子電池的成本足夠低。一直以來,雖然中國(guó)兩輪電動(dòng)輪車總銷量驚人,但車企毛利率水平并不樂觀。即便是行業(yè)巨頭雅迪、愛瑪?shù)?,毛利率也常年徘徊?0%-15%,凈利率在2%-5%之間。
進(jìn)入2023年后行業(yè)更是瘋狂“內(nèi)卷”,一線品牌領(lǐng)銜的價(jià)格戰(zhàn)愈演愈烈,部分品牌甚至推出了899元、999元的超低換購價(jià),就連主打高端的小牛都?xì)⒌搅?000元檔,大有不止不休的架勢(shì)。
底層邏輯還是兩輪電動(dòng)車行業(yè)同質(zhì)化嚴(yán)重,很多企業(yè)并不具備自主研發(fā)能力,產(chǎn)品上跟風(fēng)、模仿,只能在價(jià)格上刷刷存在感。想要走出價(jià)格戰(zhàn)的泥淖,技術(shù)突破帶來的降本增效,以及產(chǎn)品上的差異化,才是正途。
鈉作為地殼中含量排名第六的元素,資源豐富程度遠(yuǎn)超鋰,儲(chǔ)量高達(dá)2.36%,沒有先天的資源性約束。并且低濃度電解液的適用性,進(jìn)一步降低了鈉離子電池的成本。
目前市場(chǎng)上的鉛酸電池產(chǎn)品綜合成本大概在0.3元/Wh。鈉電池則在0.5-0.7元/Wh之間,大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化后將逼近0.3-0.5元/Wh,直逼鉛酸電池價(jià)格。而即便是鋰礦價(jià)格跌至10萬元/噸時(shí),鈉電池仍有15%以上的成本優(yōu)勢(shì)。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模化和技術(shù)迭代,這些成本優(yōu)勢(shì)還將持續(xù)拉大。
同時(shí),考慮到國(guó)內(nèi)鋰資源儲(chǔ)量不多,對(duì)國(guó)外市場(chǎng)依賴度較大,因此鈉離子電池還具有維護(hù)供應(yīng)鏈穩(wěn)定的重要意義。
從綜合成本和性能表現(xiàn)上來看,鈉離子電池已經(jīng)可以平替磷酸鐵鋰,取代污染更嚴(yán)重的鉛酸電池。并且只要鈉離子電池能夠量產(chǎn),市場(chǎng)需求那就是現(xiàn)成的。
華宇研究院院長(zhǎng)陳建判斷,兩輪電動(dòng)車電池市場(chǎng)將會(huì)受鈉電產(chǎn)業(yè)技術(shù)影響,鈉電市場(chǎng)占有率會(huì)迅速增加,2025年預(yù)計(jì)鉛酸、鋰電和鈉電占有率大約為50%、15%和35%。
《中國(guó)電動(dòng)兩輪車行業(yè)發(fā)展白皮書》給出的預(yù)測(cè)是,2023年為鈉電產(chǎn)業(yè)化元年,有望實(shí)現(xiàn)小批量出貨,兩輪車需求有望達(dá)到7.74GWh,2024年實(shí)現(xiàn)大批量量產(chǎn),規(guī)模有望達(dá)到10GWh以上,換算成出貨量的話,則在千萬臺(tái)以上,滲透率超20%。
“鈉”個(gè)未來眼看已經(jīng)到來,深處變革之中的兩輪電動(dòng)車車企們,又該如何乘上東風(fēng)?
搶下那個(gè)電池廠
與乘用車市場(chǎng)相似,電動(dòng)兩輪車企在“動(dòng)力革命”下紛紛求新求變。
產(chǎn)品層面,此前各大品牌紛紛將續(xù)航作為賣點(diǎn)比拼,但在達(dá)到可以滿足消費(fèi)者日常需求的續(xù)航水平后,繼續(xù)追求參數(shù)只會(huì)產(chǎn)生邊際效應(yīng)遞減。當(dāng)10分鐘便可充滿80%電量時(shí),所謂的續(xù)航焦慮也就不復(fù)存在。
而基于鈉電特性,電池使用壽命、充電時(shí)效等,均給整車廠帶來更大“內(nèi)卷”空間。
目前車廠的電池均是與上游企業(yè)合作研發(fā),但此前超威、天能、紅旗、昌盛、南都等眾多供應(yīng)商,在鈉電領(lǐng)域均非主流。整車廠還需要與新的電池企業(yè)打好關(guān)系。
例如雅迪的子公司華宇新能源,早早與鈉電三巨頭之一的鈉創(chuàng)新能源達(dá)成戰(zhàn)略合作。公司總經(jīng)理陳雪榮坦言,未來公司鈉離子電池在兩輪電動(dòng)領(lǐng)域?qū)?huì)“專供”給雅迪。也就是說,在產(chǎn)品與技術(shù)層面不開放給其他廠家或者展開合作,這可以看作雅迪在電池技術(shù)層面想要設(shè)下壁壘。
值得一提的是,“老對(duì)手”愛瑪在2021年也與鈉創(chuàng)新能源達(dá)成合作,布局鈉電研發(fā),并且發(fā)布鈉離子電池動(dòng)力系統(tǒng),未來大概率會(huì)像雅迪那樣打造“專供體系”。
鈉電的另外兩大龍頭,中科海鈉已經(jīng)助力新日率先完成了鈉電車的量產(chǎn)下線;寧德時(shí)代似乎還未對(duì)兩輪車產(chǎn)生興趣,布局范圍一直在A00級(jí)乘用車上。
之所以強(qiáng)調(diào)整車廠與電池企業(yè)的關(guān)系,與電池行業(yè)的品牌效應(yīng)有關(guān)。搭載寧德時(shí)代電池的造車新勢(shì)力,就是要比其他品牌好賣,且還有較高溢價(jià)能力;比亞迪也是靠一手“刀片電池”才得以后來居上。對(duì)于技術(shù)壁壘更低的電動(dòng)兩輪車來說,電池的品牌效應(yīng)只會(huì)更強(qiáng)。
另外,與龍頭合作也能帶來更具新意的解決方案,擴(kuò)大產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。例如寧德時(shí)代的“ab電池技術(shù)”,通過鈉鋰混搭實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),提高電池系統(tǒng)的能量密度,可以使鈉離子電池在保證成本的前提下,提高續(xù)航里程。
整車廠還能以鈉電為突破口,衍生更多商業(yè)效益。譬如新能源車流行的換電模式,通過低價(jià)單車售賣來吸引顧客,租電、換電留住客戶,等等。目前的商業(yè)換電領(lǐng)域,多是以鋰電為主。但鋰電成本高,大規(guī)模堆積也徒增風(fēng)險(xiǎn),而鈉電充放電快、安全性好、耐低溫性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)更適合換電模式的普及推廣。兩輪整車廠可以此為切入點(diǎn),有機(jī)會(huì)打開換電萬億市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)鈉電池技術(shù)正在逐漸成熟和完善,隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快,鈉離子電池也必將在未來的新能源出行領(lǐng)域占據(jù)一席之地。兩輪電動(dòng)車鉛酸、鋰電“楚漢爭(zhēng)霸”的局面,也會(huì)迎來“三國(guó)鼎力”的格局。
如果問,穩(wěn)定已久的兩輪車行業(yè)到底何時(shí)才能進(jìn)入洗牌時(shí)刻,那么答案或許便是此刻。
參考資料:
Promises and Challenges of Next-Generation “Beyond Li-ion” Batteries for Electric Vehicles and Grid Decarbonization-Yaosen Tian, Guobo Zeng等
新日開啟兩輪電動(dòng)車鈉電元年,加碼“保5年 用10年”領(lǐng)軍全行業(yè)-中國(guó)發(fā)展網(wǎng)
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