钠好吗? 可以替代锂离子电池撑起电动车的天空吗?
 材料人客服小谭     2021-07-29
昨天,电池材料龙头企业、A股唯一市值过万亿的制造企业——宁德时代正式对外发布钠离子电池。

我们先来看看这款电池


据宁德时代介绍,

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“这款钠离子电池其电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。


第一代钠离子电池既可应用于各种交通电动化场景,尤其在高寒地区具有突出优势,又可灵活适配储能领域全场景的应用需求。


宁德时代目标是下一代钠离子电池能量密度研发目标是200Wh/kg以上。


在系统创新方面,宁德时代在电池系统集成方面另辟蹊径,开发了AB电池系统解决方案,即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭,集成到同一个电池系统里,通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。AB电池系统解决方案既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能好的优势。以此系统结构创新为基础,可为锂钠电池系统拓展更多应用场景。


在制造工艺方面,钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。目前,宁德时代已启动相应的产业化布局,2023年将形成基本产业链。”


见惯了电动车里装的锂电池的小伙伴估计想问了“啥是钠离子电池啊?它能用到电动车里吗?”


要说钠电池用在电动车里可不是新鲜事了。早在2018年,钠离子电池车就亮相于中科院物理所。时任中国科学院院长、党组书记白春礼在调研物理所期间,专门参观了该车。

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图中的中科海钠公司由中国科学院物理研究所研究员胡勇胜创办。胡研究员与宁德时代董事长曾毓群师出同门,都是中国工程院院士陈立泉的学生。


关于钠电池与锂电池的区别,中科院物理研究所微信公众号曾出过一篇科普文章,现摘录其中三张图片

胡勇胜研究员在接受《中国科学报》时介绍,“在二次电池中,锂离子电池的性能虽是最好,但锂资源的储量有限,且70%分布在南美洲,而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”


德国马普所&中科院物理所&新加坡国立大学最近发表在Nature Reviews Materials一篇钠离子电池综述(胡勇胜老师也是作者之一),从基本原理和具体材料两个方面对钠电池和锂电池进行了比较。讨论了钠电池结构合理设计的原则。最新的原型机证明钠电池提供了实实在在的锂电池替代品,其在性能方面与一些锂电池具有竞争力。


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2019年底已确定的锂资源的全球分布。途中每个位置的数量与所示圆圈的面积成正比。途中指出了全球至少100万吨矿藏的地点,这些地点加在一起可以占全球总量的97%。


因为锂资源在地球表面的不均匀分布,因此造成了锂电池的成本风险。全球生产的电池级Li2CO3大部分来自澳大利亚、阿根廷、智利和中国的12家工厂。此外,与锂矿开采相关的环境成本也很高。例如,据报道,在南美、中国和澳大利亚,至少各有一个锂矿附近有有毒物质泄漏到地下水中。这些泄漏非常严重,以至于煤矿的活动被暂时停止(中国)或被阻止扩大(澳大利亚)。此外,锂卤水的蒸发处理消耗了干旱地区的大量水资源,由此导致的地下水枯竭可能会导致与其他附近的用水单位产生用水冲突。另一方面,电池回收行业已经很成熟,可以高效地回收锂和其他元素。然而,未来几十年对新电池不断增长的需求将大大超过可供回收的报废电池数量。相比之下,钠的价格便宜,比锂丰富2-3个数量级,而且它的加工过程更环保。


目前,钠电池在比能量和能量密度上赶不上锂离子电池。但是其成本优势和与锂电池互补,应该会让钠离子电池有更大的发展空间。


除了新入局的宁德时代,目前国内外已有部分公司对钠离子电池进行产业化相关布局。国外的有英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、美国Aquion Energy公司、法国Tiamat公司、日本岸田化学、松下、三菱化学。国内有中科海钠、钠创新能源、星空钠电等。


参考来源:

1:宁德时代微信公众号:https://mp.weixin.qq.com/s/Sak9MbUlZjdfd-S6pW-GVw

2:中科院物理所微信公众号

3:中国科学院:https://www.cas.cn/xzfc/202010/t20201030_4764781.shtml

4:https://doi.org/10.1038/s41578-021-00324-w

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