Nach fünf Jahren des Lärmens kommen Natriumbatterien dieses Mal wirklich.
Ende des vergangenen Jahres sang der Gründer Zeng Yuqun bei der Lieferantenkonferenz von CATL begeistert das Lied "Glorious Years". Im Gesang "Selbstvertrauen kann die Zukunft verändern" kehrte die seit langem verschwiegene Natriumbatterie in die Öffentlichkeit zurück.
Zeng Yuqun zeigt seine Singfähigkeiten
Bei der Konferenz versprach CATL seinen Partnern: Im Jahr 2026 werden Natriumbatterien in großem Maßstab eingesetzt und die vier Bereiche Pkw, Lkw, Batterietausch und Energiespeicherung abdecken.
Im Gegensatz zu Produkttagungen für Kunden soll die Lieferantenkonferenz die Lieferkette beruhigen.
Obwohl es scheinbar ein Massenproduktionszeitplan ist, ist es tatsächlich ein "Marschbefehl" an die Branche: Der Boss ist bereit, also sollen die Brüder mutig investieren. Bereiten Sie im Voraus ausreichend Kapazitäten vor und fürchten Sie sich nicht vor fehlenden Aufträgen.
Nach mehr als fünf Jahren der Verzögerung scheint die Natriumbatterie diesmal ernst zu sein.
Eine vier Jahre zu späte Euphorie
CATL hat das erste Mal an Natriumbatterien gearbeitet im Juli 2021.
Zu der Zeit erlebte der Markt für Elektromobile einen großen Ausbruch. Die aufsehenerregende Veröffentlichung der Natriumbatterie, die sich von der Lithiumbatterie unterscheidet, erregte viel Aufmerksamkeit auf dem Markt. Tatsächlich dauerte die Produkttagung von CATL nur 10 Minuten. Es war eher ein Abschlussbericht eines Technologieprojekts als eine echte Produktrührung, was der Branche viel Raum für Phantasie ließ.
Natrium und Lithium gehören in der Periodentabelle zur gleichen Hauptgruppe und haben sehr ähnliche chemische Eigenschaften. Daher ist auch der Arbeitsmechanismus von Natrium - und Lithiumbatterien im Wesentlichen gleich:
Beim Laden wandern die Natriumionen in der Batterie aus der Kathode in die Anode; beim Entladen kehren die Natriumionen von der Anode zurück zur Kathode. Diese Batterien, bei denen Metallionen zwischen den beiden Polen hin und her wandern, werden bildlich als "Schaukelstuhl-Batterien" bezeichnet.
Beim Laden und Entladen bewegt sich der Natriumionenstrom in der Batterie in die entgegengesetzte Richtung wie der Elektronenstrom im äußeren Stromkreis
Im Vergleich zu Lithiumbatterien hat die Natriumbatterie von Anfang an zwei Vorteile:
Erstens reichen die Rohstoffe aus. Der Natriumgehalt in der Erdkruste ist etwa 400 Mal höher als der von Lithium, und das Risiko von Engpässen ist nahezu Null. Zweitens hat sie eine natürliche Kältebeständigkeit. Selbst bei -20 Grad Celsius muss man sich nicht Sorgen um einen plötzlichen Kapazitätsabfall machen, was das Problem des geringen Winterreichweiten von Elektromobilen perfekt lösen kann.
Das Wichtigste ist der niedrige Preis. Natriumbatterien verwenden hauptsächlich drei Arten von Kathodenmaterialien: Schichtoxide, Polyanionenverbindungen und Preußischblau. Im Vergleich zu den häufig verwendeten Materialien wie Nickel und Kobalt in Lithium-Eisenphosphat- und Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien sind die Kosten viel niedriger.
Laut den Daten von Wood Mackenzie [1] steigt der Preis der Lithium-Eisenphosphat-Batterie um 3,2 %, wenn der Preis der Schlüsselrohstoffe um 10 % steigt, während der Preis der Natriumbatterie nur um 0,8 % steigt. Die Natriumbatterie ist also weniger empfindlich gegenüber Schwankungen auf dem Rohstoffmarkt.
Für Batteriehersteller ist der attraktivste Aspekt der Natriumbatterie die geringe Kostenfluktuation und die stabilere Gewinnspanne. Dies ist auch der Schlüsselgrund, warum CATL mehrmals für die Natriumbatterie eintritt.
In den letzten Jahren trat die Natriumbatterie jedes Mal aufsehenerregend auf, wenn der Preis von Lithiumcarbonat stieg.
Im Jahr 2021 stellte CATL die Natriumbatterie in einer Präsentation vor. Hintergrund war der steigende Preis des Batterierohstoffs Lithiumcarbonat, der vom Anfang des Jahres mit etwa 50.000 Yuan pro Tonne auf beispiellose 600.000 Yuan pro Tonne stiegen.
Die Bergbauunternehmen im upstream-Bereich haben reichlich Geld verdient, während die Hersteller im downstream-Bereich sehr leiden mussten. Die Veröffentlichung der Natriumbatterie durch CATL wurde von der Branche einst als Versuch zur Preisdruck auf den upstream-Bereich interpretiert.
Mit der Führung von CATL blieben die anderen Hersteller natürlich nicht untätig. Im Jahr 2023 wurden in China mehrere Dutzend Natriumbatterieprojekte beschlossen, mit einer Gesamtinvestition von über 10 Milliarden Yuan. Die geplante Kapazität der Natriumbatteriebranche näherte sich fast 500 GWh, und die Situation war sehr gut [2].
Nach einem Jahr des starken Preisanstiegs fiel der Preis von Batterie - Qualität Lithiumcarbonat 2023 rapide auf etwa 100.000 Yuan pro Tonne. Die Batteriefabriken, die ursprünglich bereit waren, in großem Stil zu produzieren, nahmen ihre Pläne zurück, und die Natriumbatterie geriet wieder in Vergessenheit.
Der Lithiumpreis fiel stark im Jahr 2023
Bis April des vergangenen Jahres stellte CATL die Marke "Naxin" für Natriumbatterien und die entsprechende Natriumbatterie für Pkw vor. Laut offizieller Mitteilung kann die Natriumbatterie bei -40 Grad Celsius 90 % ihrer Kapazität behalten, hat eine Lebensdauer von bis zu 10.000 Ladezyklen und wurde im Dezember in Massenproduktion genommen.
Interessanterweise begann der Preis von Lithiumcarbonat zwei Monate nach der Produkttagung von CATL stark zu steigen. Seit Juni des vergangenen Jahres ist der Preis von Lithiumcarbonat von 60.000 Yuan pro Tonne auf fast 140.000 Yuan pro Tonne gestiegen, eine Steigerung von über 100 %.
Zur gleichen Zeit traten auf dem downstream-Markt verschiedene Elektromobile mit langer Reichweite nacheinander auf, und die Batteriehersteller hatten ständig Probleme mit der Kapazitätsgrenze.
Während die Preise der upstream-Rohstoffe stiegen und die Hersteller von Elektromobilen im downstream-Bereich einen Preiswettlauf führten, kam die Natriumbatterie wieder genau zum richtigen Zeitpunkt auf den Markt.
Der Wolf kommt wirklich
Obwohl die Natriumbatterie viele Vorteile hat, hat sie auch einen ziemlich schlimmen Nachteil: niedrige Energiedichte.
Energiedichte ist der Schlüsselindikator für die Reichweite einer Batterie. Man kann es als die Energie pro Masse eines Batteriezellens verstehen. Ein Batteriepack ist ein System aus mehreren Batteriezellen, und es werden viele Strukturkomponenten benötigt. Die Gruppeneffizienz (Energiedichte des Batteriepacks / Energiedichte der Batteriezelle) erreicht nicht 100 %. Daher ist die Energiedichte des gesamten Batteriepacks niedriger als die einer einzelnen Batteriezelle.
Im Jahr 2021 stellte CATL die erste Generation von Natriumbatterien vor und gab nur die Energiedichte einer einzelnen Batteriezelle mit 160 Wh/kg an. Die Gruppeneffizienz und die Systemenergiedichte wurden nicht veröffentlicht.
Aber selbst wenn man den Wert von "160 Wh/kg" betrachtet, liegt er weit hinter den Lithium - Eisenphosphat - Batterien zurück, ganz zu schweigen von den Lithium - Nickel - Mangan - Kobalt - Batterien mit einer Energiedichte von über 200 Wh/kg. Ohne Lösung des Problems der Energiedichte ist es schwierig, Natriumbatterien in großem Maßstab einzusetzen.
Insbesondere wenn der Lithiumpreis stark steigt, werden die Kostenvorteile der Natriumbatterie hervorgehoben. Sinkt der Lithiumpreis jedoch unter 100.000 Yuan, wird der Mangel an Energiedichte der Natriumbatterie noch deutlicher.
Ende 2023 wurden in der Pkw-Markt nur wenige Modelle wie Jianghuai Yiwei Huaxianzi und Jiangling Yizhi EV3 (Natriumbatterie - Version) mit Natriumbatterien ausgestattet. Diese Modelle sind alle Kleinwagen oder Kleinstwagen, die hauptsächlich für die städtische Fortbewegung gedacht sind. Sie haben keine hohen Anforderungen an die Reichweite, sondern achten stattdessen sehr auf die Kosten.
Die Natriumbatterie wurde lange Zeit als "Reserve" der Lithium - Eisenphosphat - Batterie angesehen. Das heißt, die Natriumbatterie muss zumindest in der Energiedichte mit der Lithium - Eisenphosphat - Batterie auf Augenhöhe sein, damit ihre Vorteile wie niedrige Kosten, Kältebeständigkeit und hoher Thermik - Auslösetemperatur wirklich "nützlich" werden.
Im Jahr 2021 hat CATL auf der Grundlage der Natriumbatterie das AB - Batterie - Konzept vorgeschlagen, bei dem Natrium - und Lithiumbatterien in einem bestimmten Verhältnis gemischt werden, um die Kältebeständigkeit der Natriumbatterie und die Energiedichte der Lithiumbatterie zu kombinieren und von beiden Seiten zu profitieren.
Die AB - Batterie von CATL im Jahr 2021: Blau steht für Lithium - Ion - Batterien, Silber für Natrium - Ion - Batterien
Auch die Lithium - Eisenphosphat - Batterie hatte einst das Problem der niedrigen Energiedichte. Die erste Generation der Blade - Batterie von BYD basiert auf der CTP - Struktur, und die Energiedichte des gesamten Batteriepacks erreicht 150 Wh/kg. Ohne Module wurde die Raumnutzung um 50 % verbessert, und in denselben Batteriepack können 1,5 Mal mehr Batteriezellen passen, was BYD gegenüber den Lithium - Nickel - Mangan - Kobalt - Batterien wieder aufgewogen hat.
Laut BYD kann die Energiedichte der zweiten Generation der Blade - Batterie durch die Verwendung von Kathodenmaterialien mit hoher Druckdichte 190 Wh/kg erreichen, was bereits die theoretische Obergrenze der Lithium - Eisenphosphat - Batterie übersteigt.
Während BYD an der Verbesserung arbeitet, hat sich auch CATL nicht untätig bewahrt.
Die Veröffentlichung der ersten Generation von Natriumbatterien durch CATL zielte mehr darauf ab, Investitionen in die upstream - und downstream - Branche zu fördern. Nach fünf Jahren hat sich die Technologie der Natriumbatterie deutlich verbessert.
Laut CATL erreicht die Energiedichte einer einzelnen Zelle der zweiten Generation von Natriumbatterien 175 Wh/kg. Obwohl dies nicht das ursprünglich festgelegte Ziel von 200 Wh/kg erreicht, ist es mit der Lithium - Eisenphosphat - Batterie vergleichbar und kann die meisten Marktbedürfnisse erfüllen.
Im vergangenen Jahr stellte die Naxin - Batterie die Xiaoyao Dual - Core - Batterie vor, die auf der Kombination von Natrium und Lithium basiert und eine reine Elektroreichweite von 700 km erreichen kann.
Die "Natrium - Eisen" - Dual - Core - Batterie in der Xiaoyao Dual - Core - Batterie
Das heißt, nach fünf Jahren der Forschung und Entwicklung hat die Natriumbatterie ein relativ reifes Technologiekonzept entwickelt, das die Marktbedürfnisse erfüllen kann. Es fehlt nur noch der letzte Schritt zur Massenproduktion. Deshalb hat CATL seine Lieferanten ermutigt, Kapazitäten aufzubauen.
Im September des vergangenen Jahres erwähnte Zeng Yuqun bei einem Gespräch mit Nicolai Tangen, dem Leiter des norwegischen Staatfonds, dass die zweite Generation von Natriumbatterien in der Anfangsphase die Möglichkeit hat, 20 % - 30 % der Lithium - Eisenphosphat - Batterien in Kleinwagen zu ersetzen. Im November änderte Zeng Yuqun in einem Interview mit Reuters seine Meinung erneut: Die Natriumbatterie wird wahrscheinlich 50 % des Marktes der Lithium - Eisenphosphat - Batterien einnehmen.
Die Technologie wurde vorgestellt, das Produkt ist aufgetaucht und die Lieferantenkonferenz ist vorbei. Diesmal kommt der Wolf wirklich.
Referenzen
[1] Sodium - ion batteries: disrupt and conquer, Wood Mackenzie
[2] Qidian Natriumbatterie - Plattform
[3] CATL Super Technology Day - Kommentare zur 12C - Schnellladetechnologie, Natriumbatterietechnologie und Branchentrends, Research Institute of Minmetals Securities