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钠离子电池的技术特点

2023.3.20
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zhaoqisun

致力于为分析测试行业奉献终身

 一、钠离子电池优势:

 

1、资源丰富:不用多说

 

2、成本低:资源多,成本自然就低,综合成本比锂电池低30%。

 

 

3、安全性高:钠离子电池瞬间发热更少、稳定性更好,钠离子电池经历短路、针刺、挤压等测试后,无起火、无爆炸。

 

4、无过放电情况:正极可以放电至0V而不影响后续使用,进而使得电池在储存运输过程中更具安全性。

5、倍率性能好:相同浓度电解液情况下较锂盐电解液离子电导率更高,快充性 能更好。根据宁德时代数据,钠离子电池能够在15min内充电至80%,中科海钠则提出其电池能够在12min内充电至90%,充电速度均明显优于正常状态下锂离子电池30min充电80%的充电速度。

 

6、低温性能佳:因为上一个优点的存在,电解液的浓度要求更低,低温时电解液粘度比锂离子电池更低,电池整体性能更为优异。钠离子电池正常工作温度范围在-40°C-80°C,部分产品在-20°C下容量保持率能够达到88%,显著优于磷酸铁锂60-70%左右的容量保持率。

 

二、目前钠离子电池的不足有两个:

 

1、循环寿命:现在整体循环寿命2000次左右,比磷酸铁锂电池表现略差,相较于部分用于储能领域的循环寿命超5000次的磷酸铁锂电池而言仍有一定差距。

 

2、能量密度:目前电芯能量密度超130-145Wh/kg之间,仍有进一步优化空间。

 

钠离子电池生产工艺同锂离子电池类似,锂离子电池现有的电池组装生产线稍加修改即可用来生产钠离子电池,发展钠离子电池的重置成本很低。

 

从材料体系来看,除了隔膜以外,其他各材料组分均有明显变化,特别是正极和负极材料变化明显。

 

1、正极材料:层状氧化物

 

宁德时代使用层状氧化物和普鲁士白共同推进的方案,中科海钠选用铜铁锰氧化物, 钠创新能源选用铁酸钠基氧化物以及磷酸钒钠作为正极方案。

 

层状氧化物中过渡金属元素可使用过渡金属硫酸盐、过渡金属草酸盐、过渡金属氧化物等作为原材料。

 

2、正极材料:聚阴离子材料

 

聚阴离子材料结构稳定、循环寿命长,但是成本高、能量密度表现较差。常见的聚阴离子材料有硫酸铁钠、磷酸铁钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、焦磷酸盐复合聚阴离子化合物等。
 

众钠能源采用低成本的硫酸铁钠作为解决方案,钠创新能源在积极研发磷酸钒钠、磷酸锰钒钠等材料体系。从产品性能看,聚阴离子钠离子电池的循环寿命表现突出。

 

钒基聚阴离子材料的钒源常为五氧化二钒、钒酸铵、偏钒酸钠等。中国是全球钒储量最多的国家,占全球总储量的43%,2020年年产量占全球的62%。
 

3、正极材料:普鲁士蓝类材料

 

普鲁士蓝类材料主要优势在于成本低、能量密度表现良好,不足之处在于导电性差、循环寿命差,且氰化物具有潜在毒性。

 

宁德时代推出普鲁士白材料用于钠离子电池中,星空钠电也提出铁基普鲁士蓝材料用做电池正极。

 

普鲁士蓝类材料多采用亚铁氰化钠作为重要原材料。氰化物具有危害人身健康的属性,国家对其实行严格的管理制度。 目前国内主要生产氰化物的企业有安徽曙光化工、重庆紫光化工、河北诚信集团、晋城鸿生化工等。

 

4、钠离子电池负极材料:以硬碳材料为主

 

目前可选用的材料主要有四类:碳基材料(软碳/硬碳等)、过度金属化合物、合金类负极和有机化合物。硬碳材料具备储钠比容量高、 较低储钠电压、循环稳定等优势,是当前首选的负极材料。

 

5、钠离子电池电解液与锂电池类似

 

钠电池的组成成分与锂电池相似,均为溶剂、溶质、添加剂,其中溶质方面成分有所差异,目前钠离子电池常用钠盐有:

 

六氟磷酸钠:电化学稳定性优于六氟磷酸锂,在PC基(碳酸丙烯酯)电解液中导电率最高。

 

高氯酸钠:拥有离子迁移速度快、兼容性好、成本低等优势,但其含水量高、易爆炸和高毒性等不足影响其实际应用。

 

6、集流体:以铝箔为主

 

集流体在电池中主要发挥着承载活性物质、传导电流的重要作用。在锂离子电池中,负极电势较低,铝箔更容易与锂发生合金化反应,因而不能采用铝箔作为负 极集流体,只能使用铜箔。钠离子电池中钠与铝不易发生合金化反应,因而多选用铝箔作为负极集流体。

 

与传统铝箔相比,电池级铝箔对洁净度、板形均匀一致性、机械性能、表面润湿能力等方面均有较高要求。而钠离子电池用铝箔与锂离子电池用铝箔并无显著差异。

 

 

五、国内钠离子电池环节主要企业

 

1、中科海钠、立方新能源等企业均已实现量产,宁德时代等企业也在积极推进钠离子电池产业化,蜂巢能源、亿纬锂能、国轩高科、欣旺达、派能科技等传统锂离子电池企业也已具备相关技术布局。

 

2、钠离子电池正极材料布局方面,容百科技已具备初步量产能力,振华新材已开始进行相关产能建设,当升科技、格林美、广东邦普等均具有相关ZL布局,并且积极推进产业化进程。

 

3、负极材料布局方面,中科海钠以无烟煤作为前驱体制备软碳材料,宁德时代开发出了具有独特孔隙结构的硬碳材料,贝特瑞目前能量产硬碳、软碳材料;璞泰来、翔丰华目前正在推进中试工作、

 

4、电解液方面布局方面,钠创新能源目前已有5000吨电解液投产,预计未来3-5年内会建设配套8万吨正极材料的电解液产线;多氟多目前已有千吨六氟磷酸钠生产能力,同时NaFSI已经研发成功;天赐材料、新宙邦、石大胜华、永太科技目前正在推进中。

 

5、铝箔企业目前布局与进展

 

钠离子电池正负极集流体有望均采用价格相对低廉的铝箔,因而在单GWh电池铝箔用量上,钠离子电池有望比锂离子电池提升近一倍。


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