【原】【深度解讀】網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于鈉離子電池的“流言蜚語”

DT_Carbontech 2022-05-11 發(fā)布于浙江省

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有關(guān)于鈉離子電池的制造成本

目前，行業(yè)內(nèi)普遍的認為鈉電池的優(yōu)勢之一，就是電芯的制造成本要低于鋰離子電池。

（來源網(wǎng)絡(luò)評論）

那么鈉離子電池的制造成本應(yīng)該從哪些方面來分析呢？

早在2018年阿貢國家實驗室的長期研究中從電池設(shè)計來分析，建立BatPaC3.0模型，對鈉電池制造成本進行了詳細的分析。

(來源：A cost and resource analysis of sodium-ion batteries)

成本分析表明，用鈉代替鋰并不能直接大幅降低電池成本。然而，在鋰短缺和相關(guān)價格上漲的情況下，使用鈉可以帶來巨大的成本優(yōu)勢。相比之下，在SIBs中，集電器從銅到鋁的交換會對最終電池價格產(chǎn)生重要影響。此外，在陽極處使用鋁箔還可以提供其他優(yōu)勢，例如減少電池質(zhì)量、減少過放電問題和更安全的電池運輸。就陰極材料而言，在容量方面已經(jīng)有了很好的進展，但平均工作電位是一個有待優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)，始終與增加的材料密度相結(jié)合，以減少對昂貴電解質(zhì)的需求。對于陽極，石墨已被證明是LIBs中非常合適的材料，但其鈉離子儲存能力較差。通常提出的替代方案——硬碳——很容易合成，但其鈉含量比石墨中鋰的質(zhì)量和體積都要少。此外，硬碳密度較低，這增加了對耦合電池材料的需求和成本，尤其是對于電解液。因此，具有改進的電化學(xué)性能和更高密度的優(yōu)化硬碳可能會提高SIB的競爭力，但通過使用例如硬碳支持高容量和重量容量存儲材料的復(fù)合電極，這些電池的成本可能會大幅降低。此外，SiB的優(yōu)勢不太依賴于避免鋰，而是避免使用鈷，在鋰離子存儲的層狀氧化物中使用鈷被認為是不可避免的，但在鈉離子存儲中不需要。盡管約三分之二的鋰儲量集中在南美洲，但這些儲量的規(guī)模足以大幅提升電動汽車的產(chǎn)量，而鈷的供應(yīng)已經(jīng)面臨壓力，而且高度緊張，依賴于不穩(wěn)定地區(qū)的儲量以及其他元素的聯(lián)合生產(chǎn)。盡管增加使用貧鎳/貧鈷材料將減少對鈷的需求，但對鋰的需求將保持在相同水平，電池成本將大幅增加。因此，SIB可以成為未來儲能解決方案的一部分，但它們的競爭力，如電化學(xué)性能，仍有待提高，可能需要通過優(yōu)化材料。鋰離子電池已確定的原材料問題加劇，如鋰和鈷供應(yīng)短缺，也可能推動進一步的改善，這將使SIBs等無鋰和鈷系統(tǒng)成為更具吸引力和成本競爭力的替代品。

然而，目前，鈉電池的制造成本還是略高與磷酸鐵鋰電池，在大批量生產(chǎn)后，有望低于磷酸鐵鋰電池。

（圖表來源：森蔚汽車）

關(guān)于鈉離子電池的資源

除成本外，戰(zhàn)略考慮還應(yīng)考慮元素儲量、生產(chǎn)能力、地理生產(chǎn)集中度以及影響電池所需元素成本和供應(yīng)的其他方面。就鋰而言，資源存在于不同形式的礦物和鹵水礦床中。然而，如今已確定的儲量大多以鹵水的形式分布在南美洲的一個有限區(qū)域，即所謂的鋰三角區(qū)。這些位于干涸湖泊鹽殼下的礦床提供了最具成本效益的鋰資源，盡管它們位于極端的地理位置，受到惡劣氣候條件的影響。

來源：網(wǎng)絡(luò)評論

與鋰相比，我國鈉資源儲量豐富、分布廣泛。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，鈉元素豐度值達23000ppm，可達2.74％，而鋰在地殼當中占比僅約為0.0065%，資源分布較為均勻，成本低廉。我們常見的食鹽、海水中就有豐富的鈉元素。

有關(guān)于鈉離子電池安全的討論

總所周知，鋰離子電池產(chǎn)生安全性問題的原因，主要歸結(jié)為兩大方面：一是鋰離子電池自身特點引起，二是突發(fā)外部事件或者電池使用不當造成。鋰離子電池內(nèi)部潛在的放熱反應(yīng)，是誘發(fā)鋰離子電池安全性能的根源。

目前業(yè)界也普遍認為鈉離子電池的安全性要高于鋰離子電池。

（來源：網(wǎng)絡(luò)評論）

但是，目前常用到的有機電解質(zhì)存在著易燃、易泄漏的安全性風(fēng)險，在鈉離子電池的進一步發(fā)展與應(yīng)用中需要克服。而且，電池的設(shè)計制造對電池的安全性能影響非常大。

1、電池正負極容量的配比是關(guān)乎鈉離子電池安全性的重要環(huán)節(jié)，正極片所有區(qū)域均必須要有負極片與之對應(yīng)，而且對應(yīng)的負極容量必須過量，以防止充電過程中出現(xiàn)金屬鈉沉積。

2、鈉電電解質(zhì)的選擇對安全性能尤為關(guān)鍵。電解液在不同電極表面產(chǎn)生的SEI層具有不同的組成和性質(zhì)，從而影響SIB的電化學(xué)穩(wěn)定性，工業(yè)生產(chǎn)要注重電解液與電極的匹配。

3、電芯的制造過程，設(shè)備的匹配，工藝的匹配，人為等因素都會對電池的安全性能產(chǎn)生影響。

（圖片來源：周權(quán)博士論文）

有關(guān)于鈉離子電池應(yīng)用的討論

（來源：網(wǎng)絡(luò)評論）

1、由于儲能電池對循環(huán)次數(shù)的要求較高，因此在實際應(yīng)用環(huán)節(jié)仍需等待鈉基電池性能實現(xiàn)突破。

2、5G基站的應(yīng)用領(lǐng)域，由于5G基站大多采用的是鉛酸電池，不管是體積、生命周期、成本還是電池容量等多方面都比不上鈉離子電池，其低溫性能讓廠商可以根據(jù)使用地區(qū)的溫度環(huán)境靈活選擇；更重要的是，鈉離子電池的能量密度大約是鉛酸電池的4倍，因此也就被認為是在某些應(yīng)有領(lǐng)域可以逐步替代鉛酸電池。

3、鈉離子電池具有更強的溫度適應(yīng)性，在高低溫環(huán)境下表現(xiàn)更為優(yōu)異，與航標這類對溫度要求嚴苛的載體極為適配。

4、鈉離子電池在電動自行車上的應(yīng)用。早在2017年，中國電子新能源（武漢）研究院研發(fā)試制的48V10Ah鈉離子電池組成功實現(xiàn)在電動自行車上的示范應(yīng)用。

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有關(guān)于鈉離子電池未來的討論

今年以來，已有華為、寧德時代在內(nèi)的多家公司布局鈉離子電池賽道。網(wǎng)絡(luò)上對鈉離子電池的未來討論的熱火朝天，有人非?？春茫腥藙t表示擔(dān)憂。

（來源網(wǎng)絡(luò)評述）

那么，鈉離子電池未來到底如何，我們還是應(yīng)該理性看待。

目前，國家層面已經(jīng)出臺鈉離子電池的相關(guān)支持政策，《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》均提出要研發(fā)及優(yōu)化鈉離子電池的儲能技術(shù)。

但是，短期來看，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈剛起步，理論能量密度低，還有技術(shù)難點沒有解決，是否能夠順利大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍有不確定性，并且在正極制備電解液封裝技術(shù)等方面還有很長的路要走。

未來的鈉離子電池是對鋰離子電池的重要支撐和保障。鈉離子電池的主要應(yīng)用場景除儲能領(lǐng)域外，在通信基站、低端低速電動車、電動自行車、太陽能路燈等對能量密度需求較低的領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，鈉離子電池的高安全性技術(shù)路線將會是鋰離子電池重要的補充。

關(guān)于鈉離子電池，還有許多內(nèi)容值得探討。

2022鈉電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)論壇