隨著全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步擴(kuò)張和市場(chǎng)需求的進(jìn)一步增加，動(dòng)力鋰電池所需的鋰資源供應(yīng)成為一大難題，鋰資源價(jià)格一路上漲。作為鋰電池的替代品，鈉離子電池也引起了大家的關(guān)注。寧德時(shí)代于2021 年7月發(fā)布了第一代鈉離子電池，預(yù)計(jì)鈉離子電池將成為下一個(gè)趨勢(shì)。

在化學(xué)周期表中，鈉元素位于鋰元素的正下方，這種位置關(guān)系中的元素具有類似的特性。而且，鈉離子有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，那就是資源儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)。顯然，鈉離子電池的普及可以抵消鋰礦的價(jià)格上漲。鈉電池是否可靠？鈉電池大規(guī)模生產(chǎn)需要多長(zhǎng)時(shí)間？

 

鈉離子電池的發(fā)展階段

要制造鈉電池，我們必須首先找到合適的鈉離子電極材料。然而，早期設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的幾種材料（MoS2、TiS2和NaxMO2）的電化學(xué)性能并不理想。相比之下，鋰離子電池材料已經(jīng)找到了幾種良好的材料（LCO、LFP和NCM）來(lái)快速發(fā)展，因此鈉電池的發(fā)展非常緩慢。

到2010年，材料科學(xué)的發(fā)展也為鈉離子電池帶來(lái)了新的機(jī)遇。結(jié)合鈉離子電池的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一系列正極和負(fù)極材料，大大提高了容量和循環(huán)壽命。此時(shí)，鈉離子電池開(kāi)始受到全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，其相關(guān)研究迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。

 

 

但鈉離子電池整體仍處于工業(yè)化初期，離量產(chǎn)還有一定距離。目前，世界上有許多公司，如：英國(guó)FARADION、美國(guó)Natron Energy、法國(guó)Tiamat、豐田、松下等。中國(guó)的鈉離子電池制造商包括：寧德時(shí)代、欣旺達(dá)等公司，正在為鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行相關(guān)布局。

 

鈉離子電池的發(fā)展路線與難點(diǎn)

● 鈉離子電池正極材料

鈉離子電池的正極材料主要有三種：氧化物、聚陰離子和普魯士藍(lán)。三條路線各有優(yōu)勢(shì)：

● 層狀氧化物體系的制備方法簡(jiǎn)單，但其在空氣中的穩(wěn)定性較差。

● 聚陰離子系統(tǒng)具有良好的速率性能和循環(huán)性能，但導(dǎo)電性通常較差。

● 普魯士藍(lán)化合物具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和速率性能，但在該過(guò)程中存在加工復(fù)雜性的問(wèn)題。

目前，層狀氧化物法作為正極材料的成熟度較高，有望率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。普魯士藍(lán)型具有低成本、高比容量和能量密度、優(yōu)異的速率性能以及未來(lái)的巨大潛力。然而，普魯士藍(lán)化合物上游的氰化鈉是一種具有高進(jìn)入壁壘的危險(xiǎn)化學(xué)品。

● 鈉離子電池用陽(yáng)極材料

由于鈉離子的半徑遠(yuǎn)大于鋰離子的半徑，因此鋰電池中廣泛使用的石墨材料作為陽(yáng)極材料的鈉儲(chǔ)存性能較差。目前，無(wú)定形碳是最有前途的陽(yáng)極材料，暫不討論。對(duì)于原材料而言，材料成本控制仍存在挑戰(zhàn)，關(guān)鍵問(wèn)題仍在早期投資階段，這需要大規(guī)模生產(chǎn)。

 

 

與鋰電池系統(tǒng)不同的是，鈉離子電池的陰極和陽(yáng)極等材料環(huán)節(jié)尚未量產(chǎn)和驗(yàn)證，匹配尚未進(jìn)入大規(guī)模供應(yīng)，材料成本難以控制。鈉離子電池相關(guān)材料的性能仍需進(jìn)一步提高，目前的產(chǎn)品水平與2013-2015年鋰電池相似。

● 鈉離子電池制造工藝

由于鈉離子的化學(xué)特性與鋰離子電池非常相似，鈉離子電池在外觀、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和包裝工藝上基本遵循鋰離子電池。外觀大致分為三類：圓筒形、袋形和方形硬殼。因此，鈉離子電池的生產(chǎn)可以直接在現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線上進(jìn)行調(diào)整，這也使得用大量生產(chǎn)鈉離子電池取代鋰電池成為可能。

然而，從制造工藝來(lái)看，鈉離子電池的成熟技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和良率仍需要時(shí)間進(jìn)一步提高，以提高鈉離子電池關(guān)鍵性能。

 

鈉離子電池行業(yè)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)

與鋰離子電池相比，盡管鈉離子電池距離量產(chǎn)還有7或8年的時(shí)間，但寧德時(shí)代作為全球動(dòng)力電池公司的領(lǐng)先公司，已經(jīng)在計(jì)劃鈉離子電池。將鈉電材料直接放在原電池中可以覆蓋以下電池體積能量密度：300-380Wh/L、380-500Wh/L。

 

 

也就是說(shuō)，以現(xiàn)有的Pack尺寸，純電動(dòng)乘用車在更換為鈉離子電池后，可以滿足電池壽命小于400公里的需求。它還可以通過(guò)AB電池技術(shù)、鋰鈉混合和匹配以及優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，繼續(xù)提高電池系統(tǒng)的能量密度。預(yù)計(jì)將擴(kuò)展到電池壽命為500公里的車型，覆蓋約65%的汽車市場(chǎng)。

 

結(jié)論

一些專業(yè)人士表示，2023年作為鈉離子電池爆炸的年份，仍然相對(duì)困難。盡管每個(gè)人都抱有很大的期望，但客觀地說(shuō)，實(shí)現(xiàn)鈉離子電池的量產(chǎn)至少有三個(gè)困難：

● 上游材料膨脹需要一個(gè)周期。

● 鈉離子電池的生產(chǎn)也需要逐步驗(yàn)證。

● 鈉離子電池需要在冬季和夏季進(jìn)行測(cè)試，汽車公司需要積累更多數(shù)據(jù)。