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  • 發布時間:2023-03-20 11:28 原文鏈接: 鈉離子電池的技術特點

     一、鈉離子電池優勢:

     

    1、資源豐富:不用多說

     

    2、成本低:資源多,成本自然就低,綜合成本比鋰電池低30%。

     

     

    3、安全性高:鈉離子電池瞬間發熱更少、穩定性更好,鈉離子電池經歷短路、針刺、擠壓等測試后,無起火、無爆炸。

     

    4、無過放電情況:正極可以放電至0V而不影響后續使用,進而使得電池在儲存運輸過程中更具安全性。

    5、倍率性能好:相同濃度電解液情況下較鋰鹽電解液離子電導率更高,快充性 能更好。根據寧德時代數據,鈉離子電池能夠在15min內充電至80%,中科海鈉則提出其電池能夠在12min內充電至90%,充電速度均明顯優于正常狀態下鋰離子電池30min充電80%的充電速度。

     

    6、低溫性能佳:因為上一個優點的存在,電解液的濃度要求更低,低溫時電解液粘度比鋰離子電池更低,電池整體性能更為優異。鈉離子電池正常工作溫度范圍在-40°C-80°C,部分產品在-20°C下容量保持率能夠達到88%,顯著優于磷酸鐵鋰60-70%左右的容量保持率。

     

    二、目前鈉離子電池的不足有兩個:

     

    1、循環壽命:現在整體循環壽命2000次左右,比磷酸鐵鋰電池表現略差,相較于部分用于儲能領域的循環壽命超5000次的磷酸鐵鋰電池而言仍有一定差距。

     

    2、能量密度:目前電芯能量密度超130-145Wh/kg之間,仍有進一步優化空間。

     

    鈉離子電池生產工藝同鋰離子電池類似,鋰離子電池現有的電池組裝生產線稍加修改即可用來生產鈉離子電池,發展鈉離子電池的重置成本很低。

     

    從材料體系來看,除了隔膜以外,其他各材料組分均有明顯變化,特別是正極和負極材料變化明顯。

     

    1、正極材料:層狀氧化物

     

    寧德時代使用層狀氧化物和普魯士白共同推進的方案,中科海鈉選用銅鐵錳氧化物, 鈉創新能源選用鐵酸鈉基氧化物以及磷酸釩鈉作為正極方案。

     

    層狀氧化物中過渡金屬元素可使用過渡金屬硫酸鹽、過渡金屬草酸鹽、過渡金屬氧化物等作為原材料。

     

    2、正極材料:聚陰離子材料

     

    聚陰離子材料結構穩定、循環壽命長,但是成本高、能量密度表現較差。常見的聚陰離子材料有硫酸鐵鈉、磷酸鐵鈉、磷酸釩鈉、氟磷酸釩鈉、焦磷酸鹽復合聚陰離子化合物等。
     

    眾鈉能源采用低成本的硫酸鐵鈉作為解決方案,鈉創新能源在積極研發磷酸釩鈉、磷酸錳釩鈉等材料體系。從產品性能看,聚陰離子鈉離子電池的循環壽命表現突出。

     

    釩基聚陰離子材料的釩源常為五氧化二釩、釩酸銨、偏釩酸鈉等。中國是全球釩儲量最多的國家,占全球總儲量的43%,2020年年產量占全球的62%。
     

    3、正極材料:普魯士藍類材料

     

    普魯士藍類材料主要優勢在于成本低、能量密度表現良好,不足之處在于導電性差、循環壽命差,且氰化物具有潛在毒性。

     

    寧德時代推出普魯士白材料用于鈉離子電池中,星空鈉電也提出鐵基普魯士藍材料用做電池正極。

     

    普魯士藍類材料多采用亞鐵氰化鈉作為重要原材料。氰化物具有危害人身健康的屬性,國家對其實行嚴格的管理制度。 目前國內主要生產氰化物的企業有安徽曙光化工、重慶紫光化工、河北誠信集團、晉城鴻生化工等。

     

    4、鈉離子電池負極材料:以硬碳材料為主

     

    目前可選用的材料主要有四類:碳基材料(軟碳/硬碳等)、過度金屬化合物、合金類負極和有機化合物。硬碳材料具備儲鈉比容量高、 較低儲鈉電壓、循環穩定等優勢,是當前首選的負極材料。

     

    5、鈉離子電池電解液與鋰電池類似

     

    鈉電池的組成成分與鋰電池相似,均為溶劑、溶質、添加劑,其中溶質方面成分有所差異,目前鈉離子電池常用鈉鹽有:

     

    六氟磷酸鈉:電化學穩定性優于六氟磷酸鋰,在PC基(碳酸丙烯酯)電解液中導電率最高。

     

    高氯酸鈉:擁有離子遷移速度快、兼容性好、成本低等優勢,但其含水量高、易爆炸和高毒性等不足影響其實際應用。

     

    6、集流體:以鋁箔為主

     

    集流體在電池中主要發揮著承載活性物質、傳導電流的重要作用。在鋰離子電池中,負極電勢較低,鋁箔更容易與鋰發生合金化反應,因而不能采用鋁箔作為負 極集流體,只能使用銅箔。鈉離子電池中鈉與鋁不易發生合金化反應,因而多選用鋁箔作為負極集流體。

     

    與傳統鋁箔相比,電池級鋁箔對潔凈度、板形均勻一致性、機械性能、表面潤濕能力等方面均有較高要求。而鈉離子電池用鋁箔與鋰離子電池用鋁箔并無顯著差異。

     

     

    五、國內鈉離子電池環節主要企業

     

    1、中科海鈉、立方新能源等企業均已實現量產,寧德時代等企業也在積極推進鈉離子電池產業化,蜂巢能源、億緯鋰能、國軒高科、欣旺達、派能科技等傳統鋰離子電池企業也已具備相關技術布局。

     

    2、鈉離子電池正極材料布局方面,容百科技已具備初步量產能力,振華新材已開始進行相關產能建設,當升科技、格林美、廣東邦普等均具有相關ZL布局,并且積極推進產業化進程。

     

    3、負極材料布局方面,中科海鈉以無煙煤作為前驅體制備軟碳材料,寧德時代開發出了具有獨特孔隙結構的硬碳材料,貝特瑞目前能量產硬碳、軟碳材料;璞泰來、翔豐華目前正在推進中試工作、

     

    4、電解液方面布局方面,鈉創新能源目前已有5000噸電解液投產,預計未來3-5年內會建設配套8萬噸正極材料的電解液產線;多氟多目前已有千噸六氟磷酸鈉生產能力,同時NaFSI已經研發成功;天賜材料、新宙邦、石大勝華、永太科技目前正在推進中。

     

    5、鋁箔企業目前布局與進展

     

    鈉離子電池正負極集流體有望均采用價格相對低廉的鋁箔,因而在單GWh電池鋁箔用量上,鈉離子電池有望比鋰離子電池提升近一倍。


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