第二章 国内外钠离子电池技术现状及趋势

钠离子电池技术是一种利用钠离子作为电荷载体的二次电池技术,近年来发展迅速,以下是国内外钠离子电池技术现状及趋势的相关内容:
技术现状:

正极材料:目前钠电已经发展为层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物三大技术路线。层状过渡金属氧化物在能量密度、循环寿命、倍率性能、物料成本等方面综合表现较好,已率先实现产业化;聚阴离子化合物稳定性高,具备最长的理论循环寿命,产业化速度较快;普鲁士蓝类化合物在能量密度、物料成本等方面具备优势,但存在制备结晶化及热失控后产生有毒气体、循环寿命较短等问题,目前产业化进度较慢。
层状氧化物:如钴酸钠、NaNi0.5Co0.2Mn0.3O2、P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2等,一些企业如容百科技、振华新材、格林美、厦钨新能、传艺科技以及中科海纳等在层状氧化物方面有所布局。部分由层状氧化物正极材料构成的全电池甚至可以超过锂离子电池中的磷酸铁锂电池。
聚阴离子类:快离子导体以及部分材料的正极材料能量密度低一些,但可实现极高的功率密度,适用于高功率输出设备的需求。钠创新能源、鹏辉能源、众钠能源是布局聚阴离子类钠离子电池的代表企业。
普鲁士蓝类:宁德时代布局了普鲁士类钠离子电池。美国的 Natron Energy、Novasis Energies 等公司成功开发出了以普鲁士蓝类化合物为正极的钠离子电池,中国申请人在普鲁士蓝类化合物技术路线中也占据优势地位。

负极材料:通常由碳、石墨等材料构成,比容量和比能量密度较低,其研究面临诸多挑战。负极材料主要分为碳基材料、钛基材料、合金类材料、金属硫化物/氧化物以及有机负极五类,国内及日本的部分企业负极路线包括硬碳(如贝特瑞、佰斯格、日本可乐丽、圣泉集团以及比西迪)和软碳(如华阳股份)。
电解液:主要探究钠离子在所选用的溶剂中的电化学行为和电解质的选择及浓度等参数对钠离子电池性能的影响。
其他关键技术:包括电池设计、电极材料制备、电化学效应研究等。

技术趋势:

政策推动:中国高度重视钠离子电池技术的研发应用,出台了多项扶持政策,推动其技术攻关、细分领域应用、规模化生产与应用等。例如,国家发改委、国家能源局将钠离子电池列入《“十四五”能源领域科技创新规划》,支持其前沿技术和核心技术装备攻关;科技部在“十四五”期间实施的“储能与智能电网技术”重点专项中也涉及钠离子电池技术;工信部等六部门印发的《关于推动能源电子产业发展的意见》明确提出要加快钠离子电池技术突破和规模化应用。
性能提升:钠离子电池整体正朝着低成本、高密度、长寿命的方向发展。具体而言,正负极材料的研究会更加深入,以提高电池性能,新型正负极材料将更广泛应用;电解液的性能将进一步提高,以研发更安全、可靠的电解液;电池系统的完善也将成为重要目标,包括电池的组装、生产和应用等方面。
应用拓展:随着对新型电池系统需求的不断增加,钠离子电池的应用场景有望更加广泛。除了在传统能源领域、清洁能源领域的应用,其在航空、航天等领域也可能得到进一步拓展。例如在动力领域的电动两轮车、低速汽车(如物流车、电动车、农具车、电动船等)以及储能领域的家庭储能、工业储能(如风力电站、太阳能电站以及家庭储能)等方面,钠离子电池都具有一定的应用潜力。
技术创新:科研机构和企业将持续进行技术创新,以应对当前存在的技术挑战,包括提高能量密度以满足电动车、储能等领域的需求,增强循环稳定性以确保电池长期性能稳定,以及通过优化生产工艺和规模化生产降低制造成本,提高市场竞争力。
产业发展:目前钠离子电池仍处于产业化初期,随着技术逐渐成熟和成本降低,未来有望从实验室和试点项目走向大规模商业化应用。全球已有众多企业进行钠离子电池产业化的布局,且市场规模呈现显著增长趋势。根据相关预测,未来几年其市场规模可能会继续扩大。

总体而言,钠离子电池技术在安全性、成本等方面具有独特优势,虽然目前还面临一些挑战,但其发展前景广阔,有望在锂离子电池之外,成为另一种实现大规模商业化应用的二次电池技术。不过,钠离子电池的产业化进程仍需时间,需要在技术研发、产业链完善等方面不断努力,以充分发挥其潜力。同时,其在能量密度等方面与锂离子电池还存在一定差距,应用场景受到一定限制,需要更多的政策支持和产业推动。

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分类:鸿蒙