首页/文章/ 详情

钠离子电池发展现状

1月前浏览2400

钠离子电池

技术特点

  • 钠离子电池是锂离子技术的替代品,其工作原理与锂离子电池相同,采用可逆阳离子插入“摇椅”原理。

  • 尽管能量密度较低,反应动力学较慢,但由于Na的氧化还原电位较高(Na+/Na的氧化还原电位为- 2.71 V,而SHE为- 2.71 V),并且与Li(氧化还原电位为- 3.01 V,离子半径为0.76 Å)相比,尺寸较大(1.02 Å)。

  • 它们对铝是惰性的,使其能够用作阳极集流体,并与各种3d过渡金属表现出平滑的Na嵌入。

  • 潜在适用于成本效益和寿命至关重要的固定存储应用,钠离子电池利用丰富的钠,更快的充电能力和更宽的温度范围。

  • 作为电网电力存储的潜在解决方案,正在进行的研究旨在实现更低的储能平准化成本,目标是< 0.1美元/千瓦时。

材料选择

钠离子电池正极材料可分为三类:层状氧化物,聚阴离子,普鲁士白/蓝。其中普鲁士白/蓝具有较高的比容量,但由于对湿度敏感,生产车间需要布置更多的除湿机,从而拉高了制造成本。另外该类材料的振实密度有待提高,从而提高体积能量密度。

钠离子电池负极材料可分为三类:硬碳,合金,钠金属。目前硬碳的化学体系最有利于电池的循环寿命。2021年CATL发布了首款自研钠离子电池,采用了普鲁士白/硬碳的解决方案,并于2023年在奇瑞iCar车型的发布会上宣布联合开发Ener-Q钠离子电池。

性能对标

相对于锂离子电池,钠因其在地壳中的储量丰富,可以在规模化后实现更低的成本。目前由于研发投入仍处于初期,化学体系的能量密度和快充性能仍有待提高。由于钠离子半径比锂离子大,导致其脱溶剂化能力较低,低温时脱溶剂化速度更快,赋予了钠离子电池更好的低温性能。而且,钠离子电池在放电至0V时集流体金属仍能保持稳定,不会出现过放电风险,从长途运输角度比锂离子电池更具优势。

生产工艺

  • 钠离子电池的生产工艺与锂离子电池几乎相同;

  • 避免需要重新发明用于其他下一代电池(例如Li-S, Li-ASSB,含SSE)的制造步骤/协议;

  • 外形因素灵活,即圆柱形电池,方形电池,软包电池可用于SIB和LIB;

  • 降低生产成本的潜在领域:减少干燥室需求,消除SOC运输需求。

优势和挑战

成本挑战:由于供应链不成熟,较低的BOM尚未体现在较低的电池成本上;依赖Ni, V,其他含稀土材料,或某些SIB阴极的高水分敏感性。

安全挑战:目前尚无针对SIB运输标准的监管指导,SIB仍与LIB归为同一类别;足够的BMS液位保护,防止过放电,可能会消除需求。

应用挑战:低温性能仅限于放电,充电时仍要求-10℃以上;使用高压阴极时,在高温下产生过多气体。

2023钠电“大事件”

可以看到,2023年国内外各大电池厂和整车厂都纷纷开始布局钠电,随着车规级钠离子电池陆续量产,未来应该会看到更多搭载钠离子电池的汽车或电动两轮车。

钠电“玩家”

目前钠离子电池的材料、电芯/模组、电池包和完整系统的玩家多集中在北美和亚太地区。其中亚太地区竞争最激烈的领域在钠离子电池电芯/模组,60%的玩家都有参与;而在北美的公司多集中在材料和系统方面。

主打产品

下表列出了部分公司的钠离子电池产品,其中能量密度较高的有瑞典的ALTRIS,中国的CATL和Farasis,正极材料选用普鲁士或层状材料,搭配硬碳负极。

市场应用

目前钠离子电池在乘用车上的应用多集中在A级小车,未来随着能量密度的提高,有望进入更长轴距的车型,届时LFP的市场份额可能会受到影响。

钠离子电池因其低成本和安全性,在储能领域也备受关注,例如国内的中科海纳已经落地了100kWh的储能柜,并计划在本月实现10MWh的钠离子电池交付。

(未完待续)

来源:小明来电
化学汽车电力材料储能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-07-26
最近编辑:1月前
小明来电
硕士 新能源干货,尽在小明来电~
获赞 4粉丝 1文章 86课程 0
点赞
收藏
作者推荐

广汽固态电池,“真”来了??

2024年4月9日,广汽埃安昊铂官方微博预告了自主研发的固态电池,将于4月12日与大家见面。莫非今年是中国固态电池元年??让我们简单回顾一下本月国内的固态电池新闻。固态电池大事件2024年4月2日,太蓝新能源对外宣布,公司在“车规级全固态锂电池”的研发方面取得重大进展,成功制备出世界首块车规级单体容量120Ah、实测能量密度达到720Wh/kg的超高能量密度体型化全固态锂金属电池。2024年4月3日,蔚来汽车宣布150kWh超长续航电池包正式步入量产阶段,计划在接下来的第二季度正式上线投入使用。该电芯由卫蓝新能源提供,能量密度为360Wh/kg。2024年4月8日,上汽集团超级智能轿车智己L6正式亮相,首发搭载“第一代光年固态电池”。根据此前预热等信息,该款电池为清陶能源第一代半固态电池产品,采用纳米尺度固态电解质包裹超高镍正极和新一代高比能硅碳负极,单体能量密度达到368Wh/Kg,CLTC续航将超过1000km。(细节参看智己首款固态电池,什么来头???)2024年4月9日,广汽埃安旗下昊铂品牌宣布,昊铂“全固态电池”将于4月12日发布。广汽的研发历程 2023年11月17日,在广州车展上,广汽宣布将在2026年量产固态电池,目前广汽已经将固态电池、无钴电池、低钴电池、钠离子电池等列入关键技术攻关。其中,固态电池已经取得突破性进展。根据企知道的专利搜索,笔者找到了7篇比较相关的专利,最早出现于2019年,比上汽略晚一年左右。根据专利名称可以看出,广汽的研发重点集中在“固态电解质”上,这与微博宣传的刚好契合。电解质材料2020年发明公开了一种复合固态电解质,所述复合固态电解质包括聚合物固态电解质以及无机固态电解质与无机填料中的一种或两种,所述聚合物固态电解质由聚合物的均聚物、无规共聚物或嵌段共聚物中的一种或多种与盐混合而成;该复合固态电解质具有高离子电导率、高锂离子迁移数、高热稳定性,且机械性优异以及电化学稳定。制备出来的全固态锂电池电芯适用于‑50℃~200℃的温度范围,同时能保证优异的电化学性能和安全性能。同时,能够提升全固态锂电池电芯和全固态锂电池的使用寿命和能量密度。2021年发明探索了一种新的共聚物制备方法,同样可以在宽温域提高离子电导率,对比测试结果如下。2022年发明公开了一种聚合物固态电解质及其制备方法、固态电池,涉及电池领域。聚合物固态电解质的制备方法,将接枝二氧化硅、单体1、单体2、金属盐混合于有机溶剂中,然后催化使得接枝二氧化硅、单体1、单体2之间发生聚合。使用该制备方法制得的聚合物固态电解质,其机械强度高、离子电导率高,能制备高电压、高比能,耐温性好且不易泄露的固态电池。2023年5月发明公开了一种锂金属复合负极及其制备方法、锂金属电池和用电设备,属于电池技术领域。锂金属复合负极包括负极本体、氟醚填充层以及氟醚包覆层,负极本体包括锂金属本体和位于锂金属本体内的三维导电骨架,锂金属本体和三维导电骨架电性接触;氟醚填充层位于锂金属本体和三维导电骨架之间的部分区域;氟醚包覆层包覆于负极本体表面且与氟醚填充层连接,其不仅能够有效缓解锂枝晶的形成以及有利于规模化生产,而且当其应用于固态和半固态锂金属电池时,可有效缓解界面接触损失的问题。2023年9月发明公开了一种复合固态电解质及其制备方法、固态电池以及用电设备,属于固态电池制造技术领域。复合固态电解质包括聚合物纳米纤维膜以及填充物,聚合物纳米纤维膜为多孔结构;填充物包括混合的聚多巴胺包覆的无机电解质、聚合物电解质和锂盐,填充物填充于多孔结构内,该复合固态电解质具有离子电导率较高的优势,相应地,其对应的电池具有较为优异的循环性能和倍率性能。固态和液态怎么选?根据懂车帝的信息,笔者猜测上汽智己L6的“133kWh光年”固态电池应该会搭载售价33万的车型上,相对于磷酸铁锂和三元,固态电池的生产成本目前可能只适合高端车型,未来形成规模效应后应该会价格下探,作为消费者,是愿意选择成本较低、技术较成熟的铁锂或三元车型,还是愿意为固态电池的低温和安全性买单呢?欢迎在投票或评论区告诉我。来源:小明来电

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈