隨著鋰價高速飛漲,鈉離子電池得到極大關注,尤其是當前處于快速成長期的儲能市場,更是急迫需要低成本、長壽命和高安全的儲能技術,而鈉元素在地殼中儲量豐富,資源分布廣泛,受地域影響較小,其單質、化合物及前驅體與鋰的相關資源相比,價格上優勢明顯。另外,從價格上來看,除了相關鈉資源的價格優勢外,由于鈉與鋁不會形成合金,所以對于鈉離子電池產業來說,可以選用成本廉價的鋁集流體來代替鋰離子電池中的銅集流體,從而進一步降低鈉離子電池的生產成本。盡管鈉離子電池的能量密度和功率密度明顯低于鋰離子電池,但大規模儲能應用對電池的能量密度和功率密度要求并不高,使得安全、廉價的鈉離子電池得到了眾多關注。當然,除了儲能這個大塊頭,在鋰資源非常緊張的當下,車企成本壓歷山大,甚至有些廠家(部分造車新勢力)說我們賣一輛車虧5-12萬(聽起來就像我們賣車就是在做慈善)。因此有望大幅降低成本的鈉離子在乘用車領域也是非常值得期待的,據公開資料稱規模化的鈉離子電池較鋰離子電池成本可以大降約30%。
目前鈉離子電芯單體能量密度可達140-160Wh/kg,接近LFP(主流的磷酸鐵鋰電池單體能量密度在160Wh/kg附近,目前最高或可達200Wh/kg)水平,從快充和低溫性能來看,頭部廠商鈉離子電池產品在充電15分鐘的情況下就能達到80%的容量,在零下20℃的低溫環境下,仍能保持90%以上的放電保持率。2021年7月,寧德時代就發布了第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度達到160Wh/kg,創下全球最高水平,2023年將開啟鈉離子電池產業化元年。
鈉與鋰雖處于同一主族,其物理化學性質與鋰有諸多相似之處,但電極材料體系卻無法簡單復制,需對Na+與電極材料之間的反應機理作研究。正極材料作為鈉離子電池的重要功能組成部分,是影響電池可逆容量和工作電壓的關鍵,因而開發性能優異的正極材料對于鈉離子電池的產業化應用至關重要。正極材料主要包括氧化物類(隧道結構和層狀結構)、聚陰離子類和普魯士藍類。在各類正極材料中,層狀過渡金屬氧化物具有能量密度高、制備工藝簡單、價格低廉、產業化相容性好等優勢,為鈉離子電池的產業化提供了有效的解決方案,正受到廣泛關注和高度重視。層狀過渡金屬氧化物是近年來最受關注的鈉離子電池正極材料之一,它的一般通式為NaxMO2(0.45≤x≤1,M為過渡金屬)。層狀金屬氧化物的結構是由過渡金屬層與堿金屬層交替排布而成,其中過渡金屬層是由重復的MO6八面體共棱連接而成,鈉離子則處于過渡金屬層之間,形成堿金屬層。在眾多層狀氧化物中,P2型錳基層狀氧化物由于具有理論比容量高、工作電壓適宜、原材料豐富及環境友好等優點,被認為是最具應用前景的鈉離子電池正極材料之一。
從負極材料角度看,鈉離子電池的負極材料與鋰離子電池負極材料的一個很大的區別在于,目前商業化的鋰離子電池負極材料石墨,并不能作為鈉離子電池負極使用,即鈉離子無法在石墨層間進行可逆的存儲。對于鈉離子電池,硬碳是目前比較主流的低成本負極材料的候選體系。另外,其他碳材料、合金型負極、轉化反應負極以及嵌入類負極也是正在開發的鈉離子電池負極體系。
當然,對于鈉離子電池而言,其電極材料目前還存在諸多問題需要克服和解決。目前鈉離子正負極材料中的研究進展如何?鈉離子電池產業化進展如何?對相關內容感興趣的小伙伴,可以關注“2022年全國新能源粉體材料暨增效輔材創新發展論壇(第二屆)”,屆時來自桂林電子科技大學新能源材料與器件專業系主任王鳳博士,將現場分享報告“長循環、低成本鈉離子電池研發與產業化”,報告主要包含如下三個部分:
1)錳基層狀鈉離子正極材料研究進展;
2)生物質硬碳負極材料研究進展;
3)鈉離子電池產業化進展及展望。
想要進一步了解鈉離子電池的企業家朋友,可以直接聯系會務組李幸萍女士13168670536。PS:更多會議詳情,參會企業名單,報告內容,可以點擊鏈接查看。
報告人簡介
王鳳博士/副教授
桂林電子科技大學新能源材料與器件專業系主任
王鳳,女,博士,碩士生導師,副教授,桂林電子科技大學新能源材料與器件專業系主任,主要致力于鈉離子正極材料材料、鋰離子正極材料研究,目前主持、參與省部級及以上項目10多項。迄今已在 Energy Storage Materials, J. Power Sources, Electrochimica Acta, Journal of Alloys and Compounds, Applied surface science等權威期刊發表學術論著20多篇,擔任Energy, Journal of Alloys and Compounds等期刊審稿人。入選“桂林市百名博士下企業名單”,被聘為廣西納維科技有限公司高級顧問。
2022珠海新能源論壇會務組
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作者:粉體圈
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