鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：3235次 | 2021年09月09日
鈉離子電池行業(yè)全面解讀
鈉離子電池一經(jīng)上線推出以來，行業(yè)內(nèi)有關(guān)鈉離子電池的討論熱度一直居高不下。梧桐樹資本自2020年始持續(xù)兩輪加碼中科海鈉，不僅因?yàn)槠渚邆溆芍锌圃何锢硭惲⑷菏?、胡勇勝研究員領(lǐng)銜的優(yōu)秀技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)還掌握基礎(chǔ)核心專利，兼?zhèn)渖詈窨蒲袑?shí)力。
中科海鈉作為國內(nèi)首家、國際上為數(shù)不多的專注于鈉離子電池研發(fā)和制造的高新技術(shù)技術(shù)公司，其核心技術(shù)來自于中科院物理所清潔能源實(shí)驗(yàn)室，在鈉離子電池正負(fù)極材料、電解液、電池制造工藝等技術(shù)上都具備完全自主研發(fā)能力，在國內(nèi)以及全球鈉離子電池底層研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位。
此前不少業(yè)內(nèi)人士也都發(fā)出鈉離子電池將取代鋰離子電池的呼聲。那么鈉離子電池究竟強(qiáng)在什么地方？未來的發(fā)展又將會是怎么樣呢？
1、電池分類
常見的電池分為一次電池和二次電池，一次電池常見的堿性鋅錳干電池、鋅錳電池、銀鋅電池。二次電池包括鉛酸電池（燃油車啟動電池）、鎳鎘電池（）、鎳氫電池（普銳斯）、鋰離子電池（筆記本電腦、手機(jī)、電動汽車）、鈉離子電池（剛進(jìn)入大家視野）。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鈉離子電池最早在1960s出現(xiàn)，分為兩大類，高溫鈉離子電池和室溫鈉離子電池
高溫鈉離子電池分為兩大類，鈉硫電池（日本東京電力公司大規(guī)模用于電網(wǎng)級儲能，在我國上海電氣做過示范），鈉-氯化鎳電池（Zebra電池、GE公司曾向商業(yè)化，但不是特別成功，相關(guān)專利授權(quán)給國內(nèi)的超威）；室溫鈉離子電池分為兩大類，水系鈉離子電池，溶劑系鈉離子電池。
2、鈉電池的工作原理
與鋰離子電池的工作原理類似，鈉離子電池同樣是一種嵌脫式電池，充電時(shí)鈉離子從正極脫嵌進(jìn)入負(fù)極，放電時(shí)鈉離子從負(fù)極進(jìn)入正極。外電路電子從負(fù)極進(jìn)入正極鈉離子被還原成鈉。
3、鈉離子電池的主材、輔材以及鋰離子電池差異
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
正極材料：正極材料的差異，是鈉離子電池有別于鋰離子電池最大的地方。目前的正極材料重要分為幾大類：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍(lán)類化合物。
負(fù)極材料：軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等，考慮負(fù)極材料的成本、穩(wěn)定性、循環(huán)性能等指標(biāo)，最容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的，仍然是碳材料，重要是軟硬碳。鋰離子電池重要負(fù)極材料是石墨，只有高功率負(fù)極材料會用到軟硬碳材料和鈦酸鋰等。
電解質(zhì)：鈉鹽+溶劑，除鈉鹽之外，溶劑與鋰離子電池差別不大，可以使用PC。
隔膜：與鋰離子電池相同。
外形封裝：圓柱、軟包、方形，與鋰離子電池相同。
制備工藝：與鋰離子電池基本相同。
鈉離子電池商業(yè)化比較快的原因重要就是可以沿用鋰離子電池現(xiàn)成的設(shè)備、工藝。
4、應(yīng)用場景及優(yōu)點(diǎn)
應(yīng)用場景：
除了高能量密度要求的手機(jī)、無人機(jī)、乘用車以外，有著非常廣泛的應(yīng)用前景。電動二輪車、電動三輪車、低速四輪車、家用儲能產(chǎn)品、數(shù)據(jù)中心、通信基站、新能源發(fā)電配套儲能、電網(wǎng)級儲能產(chǎn)品：調(diào)頻、調(diào)峰。
鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)：
（1）安全性高（已經(jīng)通過了一些國標(biāo)的測算）
（2）成本低儲量豐富
（3）兼容現(xiàn)有的鋰電設(shè)備
（4）集流體可以用鋁箔，成本比銅箔低
（5）電池結(jié)構(gòu)上可以做成雙極性電池
（6）溶劑化能低
（7）可以采用鈉離子濃度更低的電解液
（8）高低溫性能優(yōu)異，可以做寬溫區(qū)的電池
5、鈉離子電池研究重點(diǎn)
1.正極材料、負(fù)極材料及電解液的制備與選擇?，F(xiàn)在處于商業(yè)化早期，必須建立一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
2.提高鈉離子電池的電位（高電壓體系）。常規(guī)下，鈉離子電池比鋰離子電池電位要低0.3左右。
3.更低成本電極材料，如成本低于1萬元/噸的主材。
4.更高的性能，如循環(huán)壽命。
5.環(huán)境友好。
6、性能比較及成本
能量密度：鋰離子電池能量密度在150-350Wh/kg（種類比較多，磷酸鐵鋰能量密度低一些，三元高一些），鈉離子電池能量密度在70-200Wh/kg，低于鋰離子電池。
自放電率、循環(huán)壽命：鈉離子和鋰離子電池差別不大。
抗過充性能（和安全相關(guān)）：鈉離子電池和鋰離子電池都比較弱一些。
成本：
成本包括兩個(gè)層面：目前的成本，未來商業(yè)化的成本。中科院物理所陳立泉院士在今年一個(gè)公開演講中指出，中科海鈉BOM成本鈉電池（采用體系是鈉銅鐵錳氧化物-煤基負(fù)極）0.29元/Wh，磷酸鐵鋰離子電池0.34元/Wh。
7、未來的發(fā)展
電極：由于鈉位于鋰的下一個(gè)周期，所以鈉擁有比鋰更大的半徑，大約比鋰的半徑大70%，這就導(dǎo)致鈉離子在陰極與陽極之間進(jìn)行嵌入以及脫嵌要比鋰更難。所以電極要具備的條件有：（1）良好的擴(kuò)散通道一遍鈉離子能夠快速轉(zhuǎn)移；（2）擁有較高的嵌鈉量，以獲得較高的電容量；（3）電極電位受嵌鈉量的影響要??；（4）良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以保證循環(huán)壽命。
電解液：應(yīng)該滿足以下條件：熱穩(wěn)定性能好，不易發(fā)生分解；溶液中的離子導(dǎo)電率高；有寬的電化學(xué)窗口等。
8、布局的公司及典型產(chǎn)品
目前國內(nèi)外有近三十家公司對鈉離子電池進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化相關(guān)布局，重要包括英國FARADION公司、美國NatronEnergy公司、美國AquionEnergy公司、法國Tiamat公司、日本岸田化學(xué)、松下、三菱化學(xué)以及我國的中科海鈉（中科院物理所背景）、鈉創(chuàng)新能源（上海交大背景）、星空鈉電（國內(nèi)外合作）等。其他公司：賁安（水系鈉電，正極普魯士藍(lán)，負(fù)極鈦酸鹽，公司在上海）；日本岸田化學(xué)（電解質(zhì)）；星空鈉電（正極普魯士藍(lán)，負(fù)極硬碳）。
英國Faradion公司：采用層狀金屬氧化物/硬碳的有機(jī)電解液體系；140Wh/kg，80%DOD循環(huán)壽命1000次；與現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工藝兼容；成本優(yōu)勢不明顯，有機(jī)體系存在安全隱患。
美國NatronEnergy公司：普魯士藍(lán)水系電解液；能量密度50Wh/L（比較低）,循環(huán)壽命1萬次以上；水系電解液安全性高，高倍率性能優(yōu)異；能量密度低，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。
法國Tiamat公司：氟磷酸釩鈉/硬碳有機(jī)電解液體系，圓柱電池；90Wh/kg，1C循環(huán)4000次；循環(huán)壽命長，與與現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工藝兼容；V和F元素有毒性，體系能量密度較低，成本較高，存在安全隱患。
我國鈉創(chuàng)新能源：層狀金屬氧化物/硬碳有機(jī)電解液體系，軟包電池；能量密度120Wh/kg,循環(huán)超過1000次；與現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工藝兼容；成本優(yōu)勢不明顯，有機(jī)體系存在安全隱患。
我國中科海鈉：層狀金屬氧化物（不含貴金屬鎳）/無定形碳有機(jī)電解液體系，軟包電池；能量密度135Wh/kg，大于2000次；與現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工藝兼容；成本優(yōu)勢明顯。
典型產(chǎn)品：
美國AquionEnergy公司生產(chǎn)的鈉離子電池（水性）
負(fù)極：價(jià)格低廉的活性炭，具有很高的電容效應(yīng)；正極：Na0.44MnO2；電解液：Na2SO4，中性水溶液；隔膜：無紡布；成本：鋰離子電池的1/3；循環(huán)5000次電容量保持率為85%；已經(jīng)破產(chǎn)，被我國泰坦集團(tuán)收購，應(yīng)該是產(chǎn)線搬到國內(nèi)了。
中科海鈉：
正極：銅鐵錳基正極材料，克容量:>120mAh/g，顆粒尺度:D50=10μm；
負(fù)極：無煙煤基負(fù)極材料，克容量:240mAh/g，顆粒尺度:D50=5μm；
鈉鹽：NaPF6；
溶劑：EC-DEC-添加劑；
循環(huán)壽命：2000-6000次。
產(chǎn)業(yè)化過程：2015年鈉離子軟包示范；2016年小批量試制鈉離子軟包/圓柱電池；2017年中科海鈉公司成立；2017年鈉離子電動自行車示范；2018年首輛鈉離子電池電動汽車示范；2019年首座100kWh鈉離子電池儲能電站示范。中科海鈉是世界上所有做鈉離子電池的初創(chuàng)公司里面進(jìn)展最快的。
9、總結(jié)
大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化之后（GWh水平的產(chǎn)業(yè)鏈和電芯產(chǎn)量），鈉離子電池具有較為明顯的成本優(yōu)勢。
鈉電和鋰電各有特點(diǎn)，在未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，兩種電池化學(xué)體系互補(bǔ)，各自滿足不同細(xì)分市場的應(yīng)用需求。鈉離子電池在循環(huán)壽命、安全性方面與磷酸鐵鋰相當(dāng)，在倍率性能、高低溫性能方面都不弱于各種類型的鋰離子電池，因此比較適合對能量密度要求不高，但是對成本比較敏感，或者對循環(huán)壽命要求比較高的應(yīng)用場景，比如輕型電動汽車、中低續(xù)航的新能源汽車（300公里續(xù)航以下）、備用電源、基站電源、電力儲能、工程機(jī)械、工業(yè)車輛等。同時(shí)，在產(chǎn)業(yè)鏈的完善、產(chǎn)品系列的豐富、性能的成熟、標(biāo)準(zhǔn)的制定、市場的認(rèn)可等方面，鈉離子電池仍然有很長的路要走，但一定是未來可期。
（聲明：本文轉(zhuǎn)自調(diào)研紀(jì)要，原創(chuàng)出處不詳。）
