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宁德时代即将发布钠离子电池,锂钠相争,谁更胜一筹?

2021-05-28 09:39:57 中国能源网   作者: 张学坤  

近日,宁德时代董事长曾毓群在公司股东大会上透露,将于今年7月份左右发布钠电池。曾毓群表示,由于是新兴的电池技术,钠离子电池不是刚推出来就很便宜,因为目前的供应链规模还很小,不够成熟,钠离子电池可能比锂离子电池贵一些。

目前,电动车发展势头正旺,而三元锂电池和磷酸铁锂电池早已经是人们熟知的技术路线,比亚迪也创新发布了刀片电池,但为什么宁德时代会突然发布钠离子电池呢?其实答案早在今年1月就已经露出端倪。

作为曾毓群博士生导师的陈立泉院士在第七届中国电动汽车百人会论坛上表示:“全世界的电能都用锂离子电池储存根本不够,所以我们一定要考虑新的电池,钠离子电池是首选。全世界锂的含量是相当少的,只有0.0065%,钠的含量2.75%,应该说钠的含量相当多。”

目前,由于新能源汽车产业发展尚处在初期阶段,锂离子电池作为储能材料的稀缺性尚未完全显现,而锂离子电池价格高昂只是锂资源稀缺的一个侧面。

据美国地质调查局2018年报告显示,全球锂资源储量约5300万吨,其中阿根廷占18.5%、玻利维亚17.0%、智利15.8%、中国13.2%、美国12.8%、澳大利亚9.4%。作为全球第四大锂储量国,我国的锂资源现状并不乐观,目前我国80%的锂资源供应依赖进口,是全球锂资源第一大进口国。

钠离子电池并不是新鲜事物,其发展研究可以追溯到上世纪70年代,目前国内外已经有近二十家企业布局钠离子电池产业,其中包括英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、法国NAIADES计划团体、日本岸田化学、松下以及我国的中科海纳等公司。其中欧洲和日本因为资源匮乏更注重钠离子电池的开发。

我国钠离子研发虽然晚于其他国家,但目前在技术开发和产品生产上已经初具规模。以宁德时代为主的电池巨头公布钠离子电池的研发进程,也为钠离子电池发展注入了新的动力。

解析钠离子电池

离子电池的工作原理是通过钠离子在电极之间的移动来实现充放电过程。与钠离子电池工作原理略有不同的是,锂电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电,而钠电池是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移。

以下为钠离子电池的主要组成部分:

正极材料:层状过渡金属氧化物(NaxTMO2)、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物(PBA,Na2M[Fe(CN)6],其中 M = Fe, Co, Mn, Ni, Cu, 等等)是目前最具发展前景三类材料。

负极材料:软碳、硬碳、过渡金属氧化物等,考虑负极材料的成本、稳定性、循环性能等指标,目前商业化的钠离子电池产品所使用的负极几乎都是硬碳。

电解质:钠盐+溶剂,除钠盐之外,溶剂与锂离子电池差别不大。

隔膜:与锂离子电池基本相同。

外形封装:圆柱、软包、方形,与锂离子电池基本相同。

制备工艺:与锂离子电池基本相同。

锂&钠电池的性能对比

1.能量密度

锂离子电池能量密度优于钠离子电池。

由于钠离子的离子半径大于锂离子,导致钠离子无法嵌入石墨材料。所以钠离子电池必须采用硬碳或其他负极材料,这导致钠离子电池能量密度低于使用石墨材料的锂离子电池。

据介绍,钠电池的平均能量密度在90-150Wh/Kg,相比锂电池的250Wh/Kg,能量密度偏小。按照锂电池250Wh/Kg能量密度计算,则锂电池的重量为400公斤,钠电池以150Wh/Kg计算,重量会增加至约650公斤。因此,预计钠离子电池的在储能系统、短程电动汽车、电力公司的备用电源等方面具有较大的替代潜力。

2.成本

锂离子电池成本远高于钠离子电池。

钠离子电池少用或者几乎不用稀有金属。由于铝和钠在低电位不会发生合金化反应,钠离子电池正极和负极的集流体都可使用廉价的铝箔。因此可以尽可能降低其他贵金属的使用量。

3.资源储备

钠元素的储量是锂元素的1000倍。

钠是地壳中第六丰富的元素(前六:氧、硅、铝、铁、钙、钠),而且在地球上分布非常均匀,地球中的钠含量占比约2.5%-3.0%,大约是锂元素的1000倍。

4.安全性能

钠离子电池安全性优于锂离子电池。

根据目前初步的高低温测试结果,钠离子电池高低温性能更优异。在所有安全项目测试中,均未发现起火现象,安全性能更好。

钠离子电池现状

目前,更多的行业声音认为钠离子电池暂时无法完全替代锂离子电池,钠离子电池更多的是作为一种技术储备。

由于钠离子电池的能量密度方面有明显的劣势,因此在商用车方面无法完全取代锂离子电池。不过钠离子电池在循环寿命与磷酸铁锂电池相当,在安全性方面具有明显的优势,因此比较适合对能量密度要求不高,但是对成本比较敏感的应用场景。

由此可见,钠离子电池未来应用场景或主要集中于储能、低速新能源车及小动力领域,锂离子电池仍是新能源汽车电池主流技术路线。

目前钠离子电池仍然处于产业化的早期阶段,在未来相当长时间内,在新能源汽车方面都不可能取代锂离子电池,两者更多的是互补关系,各自满足不同细分市场的应用需求。

同时,在产业链的完善、产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面,钠离子电池仍然有很长的路要走。

(张学坤)




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责任编辑: 李颖

标签: 宁德时代 钠离子电池

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