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宁德时代即将发布钠离子电池

2021-5-24 13:42 391 0 原作者: 电动知未来 来自: 百家号:电动知未来
简介
全世界的电能都用锂离子电池储存,根本不够,钠离子电池是新电池的首选,为什么介绍钠离子电池呢?因为锂离子电池现在全世界都在做,如果说全世界的车都用锂离子电池来开,全世界的电能都用锂离子电池储存,根本不够 ...
一、走到风口位置的钠离子电池

月21日,宁德时代董事长曾毓群在公司股东大会上透露,将于今年7月份左右发布钠电池。在谈及电池技术的发展趋势时,曾毓群讲到:“我们的技术也在发展,我们的钠离子电池已经成熟了。”

对于钠离子电池的成本问题,曾毓群表示,由于是新兴的电池技术,钠离子电池不是刚推出来就很便宜,因为目前的供应链规模还很小,不够成熟,钠离子电池可能比锂离子电池贵一些。

无独有偶,在今年1月17日举办的“第七届中国电动汽车百人会论坛”上,中国工程院院士陈立泉发表了主题演讲,重点提到了中科院胡勇胜团队所研发的钠离子电池。

陈立泉院士在论坛上表示:“全世界的电能都用锂离子电池储存,根本不够,钠离子电池是新电池的首选,为什么介绍钠离子电池呢?因为锂离子电池现在全世界都在做,如果说全世界的车都用锂离子电池来开,全世界的电能都用锂离子电池储存,根本不够,所以我们一定要考虑新的电池,钠离子电池是首选。锂的含量是相当少的,只有0.0065%,钠的含量2.75%,应该说钠的含量相当多。”

中科院研发的钠离子电池,已经初步实现产业化,具有优异的高低温性能、倍率性能、循环性能,同时成本还低于锂离子电池,具有非常广阔的发展前景和应用场景。

陈立泉院士是宁德时代董事长曾毓群的博士生导师,师徒二人的团队都在钠离子电池这个赛道投入重注,并先后实行产业化,意味着在锂离子电池产业链之外,即将诞生一个新的产品领域,成为电池企业奋力抢占的高地。

二、钠离子电池的前生今世

在电池的发展史上,锂离子电池从理论研究到大规模产业化,走过了半个多世纪的时光,1990年开始实行商业化,如今已经成为应用最为广泛的电池类型,从消费电子产品到电动汽车、电动船等移动储能设备,再到应急电源或储能电站等半移动或固定储能装置,大大改变了人类的生活和工作方式。

但是随着对锂离子电池需求的快速增长,锂资源的供应情况却变得越来越紧张,已经成为全世界关注和争夺的焦点。

据美国地质调查局2018年报告显示,全球锂资源储量约5300万吨,其中阿根廷占18.5%、玻利维亚17.0%、智利15.8%、中国13.2%、美国12.8%、澳大利亚9.4%。作为全球第四大锂储量国,我国理应不受锂资源短缺的困扰,但现实却是我国80%的锂资源供应依赖进口,是全球锂资源第一进口国,锂资源已经成为影响我国国家安全的战略性资源。


寻找锂离子电池的替代或备选储能技术,势在必行。在此背景下,与锂离子电池具有相似工作原理的钠离子电池受到了越来越多的研究人员的重视,由于地壳中钠资源储量丰富,且在全球范围内分布广泛,使钠离子电池具有大规模应用的巨大潜力。因此,钠离子电池可作为锂离子电池在大规模储能领域的重要补充技术,具有重要的经济价值和战略意义。

针对钠离子电池的研究可以追溯到20世纪70年代,近10年来钠离子电池的相关研究更是迎来了井喷式增长。2011年,全球首家专注钠离子电池工程化的英国FARADION公司率先成立,之后在全世界范围内钠离子电池公司雨后春笋般如约而至。

目前国内外有近二十家企业对钠离子电池进行产业化相关布局,主要包括英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、美国Aquion Energy公司、法国NAIADES计划团体、日本岸田化学、松下、三菱以及我国的中科海钠、钠创新能源、星空钠电等公司。其中欧洲因其锂、钴等重要锂电上游资源缺乏,相对重视钠离子电池的发展。

我国首家钠离子电池公司中科海钠成立于2017年,虽然晚于其他国家,但是依托于中国科学院物理研究所(下文简称物理所)的技术,目前在技术开发和产品生产上都已初具规模。除了中科海纳等初创型企业之外,以宁德时代为代表的电池巨头,也早已关注钠离子电池的发展趋势,并开展了产业化方面的研究。

钠离子电池,已经具备了大规模产业化的市场条件和技术条件。

三、钠离子电池的发展趋势

根据最新的研究结果,发现了钠离子电池的诸多优势,除了钠资源储量丰富的优势之外,还具有高低温性能优异、倍率性能好、安全性高、可用低盐浓度电解液等优点,一些技术指标甚至优于锂离子电池,展现出巨大的开发潜力。

正极材料:目前钠离子电池的正极材料主要有钠过渡金属氧化物、钠过渡金属磷酸盐、钠过渡金属硫酸盐、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物等几大类。正极材料的差异,是钠离子电池有别于锂离子电池最大的地方。

负极材料:软碳、硬碳、过渡金属氧化物等,考虑负极材料的成本、稳定性、循环性能等指标,最容易实现产业化和商业化的,仍然是碳材料。

电解质:钠盐+溶剂,除钠盐之外,溶剂与锂离子电池差别不大。

隔膜:与锂离子电池基本相同。

外形封装:圆柱、软包、方形,与锂离子电池基本相同。

制备工艺:与锂离子电池基本相同。


钠离子电池的能量密度可以做到150Wh/kg上下,与磷酸铁锂电池、锰酸锂电池比较接近,循环寿命可以做到3000~6000次,与磷酸铁锂相当,优于锰酸锂和三元锂,热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当。

电池成本分析,钠离子电池的BOM成本约为0.25元/Wh,而磷酸铁锂的BOM成本已超过0.35元/Wh,理论上钠离子电池材料成本比磷酸铁锂电池低30%以上。但现阶段钠离子电池体系由于制备工艺不成熟、生产设备有待改善,导致生产效率较低,产品一致性差,生产良率不高,生产成本明显高于锂离子电池,一定程度上抵消了材料成本优势。

随着产业链逐步完善,以及制程工艺的完善、生产设备的改良,钠离子电池的成本优势将会逐步凸显出来。

总结来说,钠离子电池具有较为明显的成本优势(大规模产业化之后),在循环寿命、安全性方面与磷酸铁锂相当,在倍率性能、高低温性能方面都不弱于各种类型的锂离子电池,因此比较适合对能量密度要求不高,但是对成本比较敏感,或者对循环寿命要求比较高的应用场景,比如轻型电动车、中低续航的新能源汽车(300公里续航以下)、备用电源、基站电源、电力储能、工程机械、工业车辆等。

目前钠离子电池仍然处于产业化的早期阶段,在未来相当长时间内,都不可能取代锂离子电池,两者更多的是互补关系,各自满足不同细分市场的应用需求。

同时,在产业链的完善、产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面,钠离子电池仍然有很长的路要走,没有十年时间,很难形成一个庞大的产业。
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