“2023xEV電池技術(shù)論壇暨新能源光儲(chǔ)充融合產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上，奇瑞集團(tuán)電池技術(shù)主任曾祥兵就《鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用挑戰(zhàn)》進(jìn)行了主題報(bào)告。

報(bào)告分為以下四個(gè)部分：

1、鈉離子電池開發(fā)背景

2、鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀

3、鈉離子電池特性及材料體系

4、鈉離子電池應(yīng)用挑戰(zhàn)及策略

鈉離子電池開發(fā)背景

鈉離子開發(fā)背景主要是資源驅(qū)動(dòng)，2021年車用鋰離子電池材料成本劇烈上漲，行業(yè)內(nèi)開始逐步開發(fā)鈉。在碳酸鋰價(jià)格大幅波動(dòng)的情況下，鈉的研發(fā)被快速推進(jìn)。

我國鋰礦資源稀缺，對(duì)外依存度高達(dá)80%，面臨“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)。鋰資源在地殼中豐度低(~0.0065%)且分布不均勻，全球70%鋰資源分布在南美，中國僅有6%，目前我國80%的鋰資源依賴進(jìn)口。碳酸鋰價(jià)格波動(dòng)大，一度接近60萬元/噸，開發(fā)鈉離子電池是支撐大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)可持續(xù)發(fā)展，是保障國家能源安全的必要措施。但是如今碳酸鋰價(jià)格下降到15萬左右，對(duì)鈉的發(fā)展也帶來了一些新的挑戰(zhàn)。

新能源汽車是國家3060碳達(dá)峰碳中和發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)碳中和已成為全球共識(shí)。能源轉(zhuǎn)型其中有一部分就是要推動(dòng)電動(dòng)汽車應(yīng)用，即鋰離子電池發(fā)展，2021年開始出臺(tái)了很多推動(dòng)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，新型儲(chǔ)能電池發(fā)展是實(shí)現(xiàn)碳中和碳達(dá)峰目標(biāo)的重要途徑。近兩年出臺(tái)一系列政策支持鈉離子電池發(fā)展，鈉電產(chǎn)業(yè)鏈猶如2010年左右的動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，正在興起。

市場驅(qū)動(dòng)方面，鈉離子電池在A00車、儲(chǔ)能及兩輪車市場的滲透率逐年增長。

鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀

鈉離子電池是可充電電池，原理與鋰離子電池相似。索尼公司1970年就推出過鋰離子電池，行業(yè)內(nèi)應(yīng)用在動(dòng)力電池領(lǐng)域在2010年以后，而大規(guī)模發(fā)展是2016年以后。新生電池應(yīng)用、材料發(fā)展周期非常長。鈉鋰子電池從八十年代初開始進(jìn)行研究，鋰、鈉是一個(gè)組內(nèi)元素，行業(yè)內(nèi)始終沒放棄研究，從專利來看，截止到2019年，鈉離子研究在2015年逐步推進(jìn)，2018年、2019年達(dá)到高峰期。雖然鈉離子開發(fā)相對(duì)鋰離子來說偏慢，但是目前已經(jīng)是大勢所趨。

（1）產(chǎn)業(yè)鏈概況：傳統(tǒng)鋰電相關(guān)企業(yè)+新入局者

原材料及前驅(qū)體，氰基化合物有重慶紫光、河北誠信；層狀氧化物前驅(qū)體有中偉、華友、格林美；錳、釩有紅星發(fā)展、湘潭電化、攀鋼、鞍鋼；鋁箔有鼎盛新材、南山鋁業(yè)、興恒鋁業(yè)。

四大主材，正極有當(dāng)升、瑞翔、夏鎢、長遠(yuǎn)；負(fù)極杉杉、貝特瑞、佰思格、凱金；隔膜有恩捷股份、星源材質(zhì)、中材科技；電解液有新宙邦、天賜、杉杉、國泰。

電芯端，層狀氧化物有寧德時(shí)代、中科海鈉、盤古新能源、鈉創(chuàng)新能源、蜂巢能源、天能；聚陰離子有寧德時(shí)代、鵬輝能源、山東章鼓、盤古新能源；普魯士藍(lán)有星空鈉電、寧德時(shí)代、賁安能源。

需求端，兩輪車有雅迪、艾瑪、小牛、臺(tái)鈴；乘用車有江淮、比亞迪、奇瑞、上汽、江淮。

（2）鈉離子電池正極材料

目前主流的有層狀氧化物、普魯士藍(lán)類化合物、聚陰離子化合物，從比容量來說，層狀氧化物和普魯士藍(lán)偏高，聚陰離子略微偏低；工作電壓，聚陰離子偏高。

優(yōu)勢方面，層狀氧化物有高比容量、更高的能量密度；普魯士藍(lán)除了高比容量和能量密度，成本較低，倍率好；聚陰離子優(yōu)勢是電壓高、循環(huán)壽命好、空氣穩(wěn)定性好，在新能源汽車應(yīng)用方面有一定的優(yōu)勢。同樣，這三種正極材料劣勢也非常明顯，層狀氧化物循環(huán)壽命偏低、堿性高、加速穩(wěn)定性差；普魯士藍(lán)最明顯的劣勢是導(dǎo)電性差、CN基有毒性、結(jié)晶水產(chǎn)氣嚴(yán)重；聚陰離子化合物比容量低、導(dǎo)電性差、能量密度低。

鈉離子正極材料層狀氧化物合成方法中，目前有液相法、固相法，會(huì)用到鎳/鐵/錳等金屬鹽溶液、氨水、碳酸鈉，在這些過程中，氨水材料有一定的污染性，環(huán)境不友好，層狀氧化物是各個(gè)材料廠家主體推崇的技術(shù)路線。層狀氧化物具有能量密度高，聚陰離子體系循環(huán)穩(wěn)定性好、普魯士藍(lán)體系成本低，目前層狀氧化物布局偏多一點(diǎn)。

（3）鈉離子電池負(fù)極材料

鈉離子電池負(fù)極材料主要是硬碳和軟碳，原材料更多是來自于椰殼、秸稈、竹子等生物質(zhì)基。目前硬碳和軟碳日本做得比較好，日本椰殼主要來自于東南亞市場，由于椰殼質(zhì)量不同，硬碳、軟碳質(zhì)量也有差異。主要的硬碳、軟碳公司有貝特瑞、佰思格、華陽股份等?？傮w上硬碳無序度和碳層間距大，其微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)導(dǎo)致硬碳儲(chǔ)鈉能力相對(duì)更佳。儲(chǔ)鈉機(jī)制主要包括吸附和嵌入等，制作過程主要通過生物質(zhì)材料，樹脂類等碳化得到。硬碳生產(chǎn)企業(yè)以傳統(tǒng)負(fù)極廠為主，初創(chuàng)企業(yè)同步入局，與頭部電芯廠合作開發(fā)產(chǎn)品。

鈉離子電池的特點(diǎn)

鈉離子電池理論成本有優(yōu)勢，但能否與鋰離子電池抗衡？從材料BOM上進(jìn)行理論分析，鈉離子有充分優(yōu)勢。從性能上，通過對(duì)比鉛酸、磷酸鐵鋰、三元和鈉離子電芯，可以看到量產(chǎn)的優(yōu)勢，低溫保持率優(yōu)勢明顯，理論預(yù)測要大于88%。還有耐過放電、安全性、環(huán)保特性，都有優(yōu)勢，材料獲取上也存在一定優(yōu)勢。

總結(jié)起來，鈉離子電池90%工藝過程與鋰離子電池相同；碳酸鈉價(jià)格遠(yuǎn)低于碳酸鋰且行情穩(wěn)定；軟、硬碳負(fù)極無需高能耗石墨化過程，鋰離子電池石墨化工序能耗非常大，一般會(huì)在內(nèi)蒙、山西或者西部水電比較發(fā)達(dá)的地方。另外，負(fù)極集流體可以用鋁箔代替銅箔，并且鈉電池在低溫、安全、快充等領(lǐng)域有特定優(yōu)勢。

鈉離子電池正極材料體系熱穩(wěn)定性優(yōu)于鋰離子電池正極材料，安全實(shí)驗(yàn)瞬間發(fā)熱少、溫升較低，在測試項(xiàng)目上容易得到優(yōu)勢，鈉電電解液整體放熱量低于鋰電電解液。下圖的熱分解溫度，焦耳當(dāng)量有很大的變化，從六氟磷酸鋰和六氟磷酸鈉角度來看，焦耳釋放將近20%的差異。電池安全特性，最終是在材料穩(wěn)定性和發(fā)熱量上呈現(xiàn)的。

鈉離子斯托克斯直徑比鋰電離子小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率；鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，在電解液中也具有更快的動(dòng)力學(xué)和界面擴(kuò)散性能，鈉離子電池低溫放電容量保持率遠(yuǎn)高于磷酸鐵鋰電池。

鈉離子電池發(fā)展現(xiàn)狀

從2020年開始鈉離子出現(xiàn)在動(dòng)力電池領(lǐng)域，頭部企業(yè)寧德時(shí)代、億緯鋰能、蜂巢、中科海鈉等都進(jìn)入了開發(fā)過程，目前各企業(yè)宣稱能量密度從120-160Wh/kg不等，寧德時(shí)代160Wh/Kg，兩輪、動(dòng)力電車也在進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用跟蹤過程。

（1）鈉離子電池應(yīng)用及應(yīng)對(duì)策略I

磷酸鐵鋰價(jià)格下行壓力大，2023年碳酸鋰價(jià)格持續(xù)下行至15萬元/噸，磷酸鐵鋰電池報(bào)價(jià)0.5元/Wh，鈉離子電池競爭壓力持續(xù)增大。鈉離子電池性能要增加競爭力，尤其是能量密度方面，現(xiàn)在鈉離子的能量密度和2009年國家開始制定新能源汽車產(chǎn)業(yè)時(shí)的磷酸鐵鋰125Wh/Kg量產(chǎn)化產(chǎn)品相當(dāng)，所以鈉離子電池路徑可能跟原來磷酸鐵鋰的發(fā)展路徑一樣，還有很長的路要走。磷酸鐵鋰差不多走了十年，今年將全面回歸這個(gè)路線，這個(gè)過程會(huì)很漫長。

（2）鈉離子電池應(yīng)用及應(yīng)對(duì)策略II

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成本降低，一是來自于技術(shù)突破，二是來自于規(guī)?；瘧?yīng)用，現(xiàn)在的鈉離子電池供應(yīng)鏈體系還不完善，很多材料價(jià)格遠(yuǎn)超于鋰離子電池材料。生物質(zhì)（椰殼、淀粉、果皮等）負(fù)極來源多樣，一致性較差；需要通過技術(shù)升級(jí)，原理升級(jí)，提高材料產(chǎn)率和優(yōu)率，降低成本。

（3）鈉離子電池應(yīng)用及應(yīng)對(duì)策略III

鈉電池在A00車短續(xù)航上有應(yīng)用空間，但是受制于成本原因，目前還不能大規(guī)模量產(chǎn)。但是從性能上來看，其較好的低溫、倍率和安全性能，能匹配一些應(yīng)用場景，比如部分續(xù)航區(qū)間的A00級(jí)車、混動(dòng)車的低溫應(yīng)用，短續(xù)航的PHEV車型，儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)電側(cè)的瞬態(tài)補(bǔ)充。

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