钠离子电池具有广阔的应用前景,近年来其研究开发及产业化取得了显著进展。以下是一些相关情况:
行业背景:随着全球能源结构的变革,电化学储能技术发展机遇空前。然而,锂离子电池原材料价格波动较大,限制了储能产业发展,而钠离子电池因成本优势、资源丰富、低温与倍率性能卓越及安全性高等特点受到关注,被视为极具潜力的新型储能电池。
研究开发成果:
中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员崔光磊带领的固态能源系统技术中心开发了多项关键技术。例如通过激光打孔聚酰亚胺石墨膜开发多孔石墨集流体及预钠化技术降低成本并提高能量密度;原位固态化技术开发高离子电导率聚合物电解质提升倍率性能;构筑固态聚合物钠电池提高安全性;设计开发兼顾高电压稳定性的磷酸酯阻燃新配方及水系电解质提升安全性等。近期该团队还获得了钠离子电池超高浓聚合物电解质新体系,使循环稳定性实现突破性提高。基于相关研究基础和技术积累,该中心研制出的固态钠离子电池电芯能量密度超 140Wh/kg,电池模组比能量密度超 110Wh/kg,且安全性超高,可通过针刺测试,并已实现在二轮电动车的示范应用。
其他企业和研究团队也在积极探索。如湖州超钠新能源科技有限公司在电池正极材料方面取得了进展,其单晶层状氧化物、多晶层状氧化物、普鲁士蓝 / 白正极材料等具有各自的特点和优势。该公司还规划推进高性能钠离子电池材料零碳智能产线项目,并计划联合产业投资者及上下游合作伙伴推动钠离子电池产业化。
力神电池推出 160Wh/kg 圆柱钠离子电池,可实现零下 40 摄氏度放电容量保持率大于 80%、5C 快充且通过相关安全性能测试。南都电源研制的钠离子电池能量密度达到 140Wh/kg,循环寿命 3000 次,支持 5C 充放电和零下 40 摄氏度极寒环境下工作,具备量产能力。
产业化进程:
2024 年,由易事特集团牵头申报的 “储能型钠离子电池及其关键材料研发及产业化” 项目正式获东莞市科技局批准。该项目将聚焦于开发高性能、低成本的储能型钠离子电池及其关键材料,涵盖层状氧化物与聚阴离子正极材料、硬炭负极材料及先进电解液等方面。通过技术创新,形成成品生产线、量产品及全方位性能检测评价体系,加速推动产品应用于规模化储能。易事特集团早在 2019 年就前瞻启动钠电项目研发,2023 年 9 月正式成立易事特钠电科技,投入资金建设钠离子电池研究与测试实验室,已建成 GWh 级钠离子电池产线,具备方形铝壳等钠离子电池的生产能力,产品可应用于高端电源、储能系统及车载动力等场景,并与南方电网、中国铁塔等建立了合作关系。
2023 年,总投资 20 亿元的瓦司特钠钠离子电池正极材料项目签约落户湖南长沙望城经开区,将建设年产 5 万吨钠离子电池正极材料生产线。比亚迪(徐州)钠离子电池项目也在徐州经济技术开发区开工奠基,计划总投资 100 亿元、年产能 30GWh,主要生产钠离子电池电芯以及相关配套产品。
华南师范大学化学学院教授郑奇峰团队研发的绿色低成本钠离子电池进入中试阶段,预计 2024 年四季度可以进入产业化生产。该团队围绕混合聚阴离子正极、复合生物质硬碳负极开展技术验证与优化工作,旨在解决钠离子电池瓦时成本、极限快充与长时循环稳定性的关键问题。
面临的挑战:尽管钠离子电池有诸多优势,但目前仍处于产业化初期,尚未形成规模效应,锂离子电池仍占据主导地位。钠离子电池存在能量密度较低、循环寿命较短等问题,且其发展面临正负极材料性能、制备工艺导致的产品一致性、成本等方面的挑战。
发展前景:钠离子电池未来有望与锂离子电池形成互补格局。随着技术研发不断突破和成本进一步降低,其商业化应用将越来越广泛。市场调查机构预测,到 2035 年,钠离子电池市场规模将达每年 142 亿美元。
总体而言,钠离子电池的研究开发正在不断推进,产业化进程也在逐步加快,但仍需解决一些技术和成本等方面的问题,以实现更广泛的应用。同时,政策支持、企业合作以及技术创新将对钠离子电池的发展起到重要推动作用。