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    顛覆鋰電池,鈉電池做得到嗎?

    2021-05-25 20:07:04 太陽能發(fā)電網(wǎng)
    新能源車火熱,鋰電池需求蹭蹭上漲。但如今,鈉離子電池又將橫空出世,吸引了市場的目光。5月21日上周五,寧德時代董事長曾毓群在股東大會上透露,將于今年7月份左右發(fā)布技術(shù)已經(jīng)成熟的鈉電池,由于系新推出,鈉電池可能比鋰電池貴。鈉電池是什么?與鋰電池有什么差別?未來的應(yīng)用路線如何?這都是投資者十分關(guān)注的問題。什么是鈉電池?鈉電池其實并非是一種全新的
    新能源車火熱,鋰電池需求蹭蹭上漲。但如今,鈉離子電池又將橫空出世,吸引了市場的目光。

    5月21日上周五,寧德時代董事長曾毓群在股東大會上透露,將于今年7月份左右發(fā)布技術(shù)已經(jīng)成熟的鈉電池,由于系新推出,鈉電池可能比鋰電池貴。

    鈉電池是什么?與鋰電池有什么差別?未來的應(yīng)用路線如何?這都是投資者十分關(guān)注的問題。

    什么是鈉電池?

    鈉電池其實并非是一種全新的電池技術(shù)路線,最早于20世紀(jì)70年代被首次提出,只是目前仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。

    鈉電池與鋰電池具有相似工作原理:依靠鈉離子在正極與負(fù)極之間可逆地遷移實現(xiàn)充放電,正極和負(fù)極均由允許鈉離子可逆地插入和脫出的插入型材料構(gòu)成。

    但就核心定位而言,鈉電池主打性價比。

    正極方面,和鋰離子電池正極不同,鈉離子電池的高價態(tài)過渡金屬選擇多為銅、鐵、鎳、錳等,也有鋰摻雜手段使用。

    充放截止電壓多在2.5-4.2V范圍,比容量在70-130mAh/g之間(相對高比容量體系的電壓稍低)。前瞻性的研究還包括引入晶格氧、類似富鋰正極的“富鈉”正極材料(首次比容量超過200mAh/g)構(gòu)建等。

    負(fù)極方面,和在鋰離子電池中的行為不同,石墨在含有碳酸酯電解液的鈉離子電池中的可逆比容量卻不足50mAh/g,不足以作為質(zhì)優(yōu)價廉的負(fù)極材料。

    相比之下各類無定型碳材料的可逆比容量在200-400mAh/g,甚至還有進一步的提升空間。

    與鋰電池相比,鈉電池有何優(yōu)勢?

    中國科學(xué)院物理研究所、中科海鈉科技有限責(zé)任公司的容曉暉、陸雅翔、胡勇勝等幾位研究員,曾在儲能領(lǐng)域核心期刊《儲能科學(xué)與技術(shù)》上發(fā)表題為《鈉離子電池:從基礎(chǔ)研究到工程化探索》的文章。

    文中稱,相比于鋰電池,鈉電池的優(yōu)勢如下:

    ①鈉資源儲量豐富,分布均勻,成本低廉;②鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相似,與鋰離子電池的生產(chǎn)設(shè)備大多可兼容;③由于鋁和鈉在低電位不會發(fā)生合金化反應(yīng),鈉離子電池正極和負(fù)極的集流體都可使用廉價的鋁箔;④在固態(tài)電池中,可設(shè)計雙極性電極, 在同一張鋁箔兩側(cè)分別涂布正極和負(fù)極材料,將這樣的極片周期堆疊,在一個單體電池中實現(xiàn)更高電壓,并可節(jié)約其他非活性材料以提高體積能量密度;⑤鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低,即具有更好的界 面離子擴散能力;⑥鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小,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,或者更低濃度電解液可以達到同樣離子電導(dǎo)率;⑦根據(jù)目前初步的高低溫測試結(jié)果,鈉離子電池高低溫性能更優(yōu)異;⑧在所有安全項目測試中,均未發(fā)現(xiàn)起火現(xiàn)象,安全性能更好。

    研究者還比較了鉛酸、鐵鋰和鈉離子電池的綜合性能。

    根據(jù)其分析,鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命相比于鐵鋰稍差,但是成本具備一定優(yōu)勢(約1/3),低溫容量保持率更高,耐過放能力強。

    和鉛酸電池相比,則除考慮回收的成本無優(yōu)勢外,其他方面的技術(shù)指標(biāo)實現(xiàn)全面大幅超越。

    鈉電池,短處在哪兒?

    華金證券在研報中指出,鈉電池的四大主要問題在于:

    1、鈉離子的離子半徑大于鋰離子,導(dǎo)致鈉離子無法嵌入石墨材料。鈉離子電池需要采用硬碳或其他負(fù)極材料,能量密度低于石墨材料。2、更大的尺寸使鈉離子,很難嵌入發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所在的電極晶體結(jié)構(gòu)中,導(dǎo)致鈉離子的移動速率就比較慢,影響鈉離子電池充、放電速率。3、鈉離子嵌出電極的晶體結(jié)構(gòu)也較難,導(dǎo)致電池可逆性差,能量密度利用率低,多次充放電后的能量密度下降速度快。4、主流的鈉離子電池正極材料NaMnO4、Na3V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3等,理論能量密度不及三元鋰,實際能量密度較磷酸鐵鋰低。

    中信建投也在研報中表示,電池系統(tǒng)方面,磷酸鐵鋰單體容量相比于鈉離子電池有數(shù)量級的領(lǐng)先優(yōu)勢,這使得鈉離子電池在成組方面可能存在劣勢;鈉離子電池相對較高的內(nèi)阻意味著電池的溫度管控難度可能較高,能量循環(huán)效率也較差。

    未來什么路線?

    分析師普遍認(rèn)為,鈉電池暫無替代鋰電池成為動力領(lǐng)域主流技術(shù)的可能性,更多的是一種技術(shù)儲備和補充。

    光大證券測算稱,中國鋰鹽生產(chǎn)超過60%的鋰原料需要進口,對外依存度較高。而鈉元素相對鋰元素而言并不稀缺,因此開發(fā)鈉離子電池可作為未來有效的技術(shù)儲備和補充。

    中信建投推測認(rèn)為,如進展順利,鈉離子電池有望大幅度取代鉛酸電池,甚至部分替代鋰離子電池。

    如用于上汽通用五菱的五菱宏光MINI EV(工況續(xù)航120/170km,電池系統(tǒng)能量密度100Wh/kg,起售價2.98萬元),或可實現(xiàn)綜合性能持平、成本降低1000-1500元的效果;如用于5G基站備用電源,其弱點幾乎完全被規(guī)避,而且優(yōu)勢得以發(fā)揮。

    上述券商估計,鈉離子電池有潛力用于儲能電站、備用電源、電動自行車、低速乃至稍高性能指標(biāo)電動車。

    中泰證券同樣認(rèn)為,鈉電池未來應(yīng)用場景或主要集中于儲能、低速新能源車及小動力領(lǐng)域,鋰離子電池仍是新能源汽車電池主流技術(shù)路線。

    假設(shè)在2025年儲能需求達到90gwh,鈉離子電池在滲透率達到30%-80%,則碳酸鋰需求量約減少1.70-4.54萬噸,而碳酸鋰屆時的總需求量將達到100萬噸以上,鈉離子電池的應(yīng)用不改碳酸鋰中長期高景氣周期。

    華金證券也稱,鈉離子電池技術(shù)是鋰離子電池的有效補充,但考慮到其理論能量密度低于三元鋰電池,該短板或?qū)?dǎo)致鈉離子電池永遠無法在高端車型上實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。鈉離子電池有望在儲能市場和低端動力電池市場對鋰離子電池實現(xiàn)部分替代。


    作者: 來源:華爾街見聞 責(zé)任編輯:jianping

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