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钠离子电池产业化元年将至 锂离子电池面临终结?

作者:中国储能网新闻中心 来源:《中国科技信息》杂志社 发布时间:2022-09-29 浏览:

中国储能网讯:锂离子电池作为市面上的主要能源电池,正面临着诸多瓶颈:一方面,受到储量和分布不均匀的限制,锂资源稀缺且昂贵,而且我国目前80%锂资源依赖进口;另一方面,锂电池能量密度如何再上一台阶也成了困扰业界多时的问题。

尤其是2018 年下半年至 2020 年,锂资源经历周期底部,供给端谨慎扩张。2020 年四季度以来终端需求高增, 中游加速扩张,锂资源扩张滞后,供给出现明显缺口,价格大幅上涨创历史新高。而2021年中以来,伴随着碳酸锂价格的飙升,锂电池成本大幅提升,给产业链带来压力。可以见得,在未来,消费、动力、储能等领域的确定性,又将使得锂资源的长期需求旺盛。

长此以往下去,锂离子电池将难以同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业的发展。因此,产业中急需一个能代替锂离子电池,且足够“重量级”的另一储能技术产品。在万众瞩目之下,钠离子电池因为天然的成本优势而成为首选,大规模量产后成本有望降低至0.5元/wh(pack),相较于10万/吨碳酸锂下的磷酸铁锂电池仍具成本优势。同时碳酸钠对应的国内供给充足,供应链更为安全;随着各方在纳电上的研发投入纳电研发进展快速,钠电池技术及材料逐步具备产业化的可能。

锂离子电池的“近亲”

钠离子电池(Sodium-ion battery),是一种二次电池(充电电池),主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。

与锂离子电池内部结构一致,钠离子置换锂离子。与锂电池一样,钠电池主要由正极、负极、集流体、电解液和隔膜组成。由于钠离子的半径 比较大,因此阴阳极材料优先选择规律的层状结构,通过层间距的设计是钠电池性能表现的关键参数。

单质同为第一主族的活泼金属,钠和锂都是人类文明大厦的基石。但前者多以维持人体渗透压的关键元素 为人所知,后者则率先拥有了“能源金属”名号。相较于锂电池,钠离子电池在成本、安全性、体积等方面具有优势。

首先,钠的天然在我国储备量大,而锂资源则大多是需要进口。其次,钠的化学性质和锂接近,虽然荷质比、比容量、容量密度均比锂低,但得益于钠盐特性,钠离子电池允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液,钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本。

钠离子不与铝形成合金,负极可采用铝箔作为集流体,可以进一步降低成本8%左右,降低重量10%左右;钠离子电池能量密度大于100Wh/kg。

由此看来,钠离子电池不仅很好地解决资源短缺问题,更能够实现能源储备“最大化”。

钠离子电池在中国商业化初具规模

那么,钠离子电池在我国发展得又如何呢?实际上,钠离子电池近十年来在研究方面取得了突飞猛进的发展。这离不开对锂离子电池研究经验的成功借鉴,更离不开对钠离子电池本征优势的不断探索。

随着研究的不断深入,研究者发现钠离子电池不仅具有钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好和兼容锂离子电池现有生产设备的优势,还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性能和无过放电问题等优势。同时借助于正负极均可采用铝箔集流体构造双极性电池这一特点,可进一步提升钠离子电池的能量密度,使钠离子电池向着低成本、长寿命、高比能和高安全的方向迈进。

一些优秀企业也加入钠离子电池的探索赛道中。2021年7月29日宁德时代在线上发布会上发布了第一代钠离子电池,并在锂钠混搭电池包结构创新的基础上进行了电池能源的革新,将电池实物运用到实车上,改变了人们认为钠离子电池不适用于车上的认识。

而长虹新能源材料实验室也在2021年底发布消息指出,实验室与电子科技大学联合研发,在钠离子电池领域取得重大技术突破,该新型技术可使钠离子电池实现超级稳定、超长寿命、超高倍率。

在产、学、研三位一体共同努力下,我国在技术层面为钠离子电池在中国的产业化做好了充分准备,不仅不会在核心技术方面遭遇卡脖子的危险,而且还有机会为钠离子电池争取更大的海外市场。

除了关键材料的研发,我国相关企业不断有序推进关键材料放大制备和生产、电芯设计和研制、模块化集成与管理,推动钠离子电池的商业化进程。目前,我国在钠离子电池产品研发制造、标准制定以及市场推广应用等方面的工作正在全面展开,为钠离子电池在中国的商业化奠定坚实的基础。

钠离子电池有望成为锂电池的有效补充

事实上,在钠离子电池的一片叫好声中,有人理智地发出提醒:钠离子电池的出现将不会是锂离子电池的终结,而是让钠和锂在各自的领域发挥各自的优势。就目前市场上的钠电池数据来说,主要应用于小动力车和储能领域,储能又要根据产品各自的循环次数应用在不同的大储或户储。

这与专业人士的观点不谋而合。有专家预计,今年年底钠电池技术和材料体系有望基本定型,2023年为钠电产业化元年,实现小批量出货。

数据显示,目前国内公司产业化进程推进较快,多于22-23年实现量产,海外代表厂商包括Natron Energy、NAIADES、FARADION等,国内代表厂商包括中科海钠、宁德时代、钠创新能源、立方新能源等。

而到了2024年,钠离子电池或将实现大批量量产,规模有望达到30GWh,预计未来首先取代铅酸电池,并逐渐切入A00级电动车和储能领域。而2025年,钠电池全球需求将超100GWh,有望成为锂电池的一个有效补充。

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关键字:钠离子电池

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