“2023xEV電池技術論壇暨新能源光儲充融合產業(yè)大會”上，奇瑞集團電池技術主任曾祥兵就《鈉離子電池發(fā)展現狀及應用挑戰(zhàn)》進行了主題報告。

報告分為以下四個部分：

1、鈉離子電池開發(fā)背景

2、鈉離子電池發(fā)展現狀

3、鈉離子電池特性及材料體系

4、鈉離子電池應用挑戰(zhàn)及策略

鈉離子電池開發(fā)背景

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

我國鋰礦資源稀缺，對外依存度高達80%，面臨“卡脖子”風險。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%的鋰資源依賴進口。碳酸鋰價格波動大，一度接近60萬元/噸，開發(fā)鈉離子電池是支撐大規(guī)模儲能技術可持續(xù)發(fā)展，是保障國家能源安全的必要措施。但是如今碳酸鋰價格下降到15萬左右，對鈉的發(fā)展也帶來了一些新的挑戰(zhàn)。

新能源汽車是國家3060碳達峰碳中和發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)，實現碳中和已成為全球共識。能源轉型其中有一部分就是要推動電動汽車應用，即鋰離子電池發(fā)展，2021年開始出臺了很多推動鈉離子電池的產業(yè)發(fā)展政策，新型儲能電池發(fā)展是實現碳中和碳達峰目標的重要途徑。近兩年出臺一系列政策支持鈉離子電池發(fā)展，鈉電產業(yè)鏈猶如2010年左右的動力鋰離子電池產業(yè)發(fā)展，正在興起。

市場驅動方面，鈉離子電池在A00車、儲能及兩輪車市場的滲透率逐年增長。

鈉離子電池發(fā)展現狀

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)內應用在動力電池領域在2010年以后，而大規(guī)模發(fā)展是2016年以后。新生電池應用、材料發(fā)展周期非常長。鈉鋰子電池從八十年代初開始進行研究，鋰、鈉是一個組內元素，行業(yè)內始終沒放棄研究，從專利來看，截止到2019年，鈉離子研究在2015年逐步推進，2018年、2019年達到高峰期。雖然鈉離子開發(fā)相對鋰離子來說偏慢，但是目前已經是大勢所趨。

（1）產業(yè)鏈概況：傳統(tǒng)鋰電相關企業(yè)+新入局者

原材料及前驅體，氰基化合物有重慶紫光、河北誠信；層狀氧化物前驅體有中偉、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，正極有當升、瑞翔、夏鎢、長遠；負極杉杉、貝特瑞、佰思格、凱金；隔膜有恩捷股份、星源材質、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；聚陰離子有寧德時代、鵬輝能源、山東章鼓、盤古新能源；普魯士藍有星空鈉電、寧德時代、賁安能源。

需求端，兩輪車有雅迪、艾瑪、小牛、臺鈴；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；普魯士藍最明顯的劣勢是導電性差、CN基有毒性、結晶水產氣嚴重；聚陰離子化合物比容量低、導電性差、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，層狀氧化物是各個材料廠家主體推崇的技術路線。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、普魯士藍體系成本低，目前層狀氧化物布局偏多一點。

（3）鈉離子電池負極材料

鈉離子電池負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，由于椰殼質量不同，硬碳、軟碳質量也有差異。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，其微觀結構的特點導致硬碳儲鈉能力相對更佳。儲鈉機制主要包括吸附和嵌入等，制作過程主要通過生物質材料，樹脂類等碳化得到。硬碳生產企業(yè)以傳統(tǒng)負極廠為主，初創(chuàng)企業(yè)同步入局，與頭部電芯廠合作開發(fā)產品。

鈉離子電池的特點

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上進行理論分析，鈉離子有充分優(yōu)勢。從性能上，通過對比鉛酸、磷酸鐵鋰、三元和鈉離子電芯，可以看到量產的優(yōu)勢，低溫保持率優(yōu)勢明顯，理論預測要大于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。

總結起來，鈉離子電池90%工藝過程與鋰離子電池相同；碳酸鈉價格遠低于碳酸鋰且行情穩(wěn)定；軟、硬碳負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，一般會在內蒙、山西或者西部水電比較發(fā)達的地方。另外，負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，安全實驗瞬間發(fā)熱少、溫升較低，在測試項目上容易得到優(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力學和界面擴散性能，鈉離子電池低溫放電容量保持率遠高于磷酸鐵鋰電池。

鈉離子電池發(fā)展現狀

從2020年開始鈉離子出現在動力電池領域，頭部企業(yè)寧德時代、億緯鋰能、蜂巢、中科海鈉等都進入了開發(fā)過程，目前各企業(yè)宣稱能量密度從120-160Wh/kg不等，寧德時代160Wh/Kg，兩輪、動力電車也在進行相應的應用跟蹤過程。

（1）鈉離子電池應用及應對策略I

磷酸鐵鋰價格下行壓力大，2023年碳酸鋰價格持續(xù)下行至15萬元/噸，磷酸鐵鋰電池報價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，現在鈉離子的能量密度和2009年國家開始制定新能源汽車產業(yè)時的磷酸鐵鋰125Wh/Kg量產化產品相當，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路線，這個過程會很漫長。

（2）鈉離子電池應用及應對策略II

產業(yè)的發(fā)展，成本降低，一是來自于技術突破，二是來自于規(guī)?；瘧茫F在的鈉離子電池供應鏈體系還不完善，很多材料價格遠超于鋰離子電池材料。生物質（椰殼、淀粉、果皮等）負極來源多樣，一致性較差；需要通過技術升級，原理升級，提高材料產率和優(yōu)率，降低成本。

（3）鈉離子電池應用及應對策略III

鈉電池在A00車短續(xù)航上有應用空間，但是受制于成本原因，目前還不能大規(guī)模量產。但是從性能上來看，其較好的低溫、倍率和安全性能，能匹配一些應用場景，比如部分續(xù)航區(qū)間的A00級車、混動車的低溫應用，短續(xù)航的PHEV車型，儲能領域發(fā)電側的瞬態(tài)補充。

返回第一電動網首頁 >