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颠覆锂电池钠电池做得到吗?



  新能源车火热,锂电池需求蹭蹭上涨。但如今,钠离子电池又将横空出世,吸引了市场的目光。

  5 月 21 日上周五,宁德时代董事长曾毓群在股东大会上透露,将于今年 7 月份左右发布技术已经成熟的钠电池,由于系新推出,钠电池可能比锂电池贵。

  钠电池是什么?与锂电池有什么差别?未来的应用路线如何?这都是投资者十分关注的问题。

  钠电池其实并非是一种全新的电池技术路线 年代被首次提出,只是目前仍处于产业化初期。

  钠电池与锂电池具有相似工作原理:依靠钠离子在正极与负极之间可逆地迁移实现充放电,正极和负极均由允许钠离子可逆地插入和脱出的插入型材料构成。

  正极方面,和锂离子电池正极不同,钠离子电池的高价态过渡金属选择多为铜、铁、镍、锰等,也有锂掺杂手段使用。

  充放截止电压多在 2.5-4.2V 范围,比容量在 70-130mAh/g 之间(相对高比容量体系的电压稍低)。前瞻性的研究还包括引入晶格氧、类似富锂正极的 富钠 正极材料(首次比容量超过 200mAh/g)构建等。

  负极方面,和在锂离子电池中的行为不同,石墨在含有碳酸酯电解液的钠离子电池中的可逆比容量却不足 50mAh/g,不足以作为质优价廉的负极材料。

  相比之下各类无定型碳材料的可逆比容量在 200-400mAh/g,甚至还有进一步的提升空间。

  中国科学院物理研究所、中科海钠科技有限责任公司的容晓晖、陆雅翔、胡勇胜等几位研究员,曾在储能领域核心期刊《储能科学与技术》上发表题为《钠离子电池:从基础研究到工程化探索》的文章。

  ②钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似,与锂离子电池的生产设备大多可兼容;

  ③由于铝和钠在低电位不会发生合金化反应,钠离子电池正极和负极的集流体都可使用廉价的铝箔;

  ④在固态电池中,可设计双极性电极, 在同一张铝箔两侧分别涂布正极和负极材料,将这样的极片周期堆叠,在一个单体电池中实现更高电压,并可节约其他非活性材料以提高体积能量密度;

  ⑥钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小,相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率,或者更低浓度电解液可以达到同样离子电导率;

  根据其分析,钠离子电池的能量密度、循环寿命相比于铁锂稍差,但是成本具备一定优势(约 1/3),低温容量保持率更高,耐过放能力强。

  和铅酸电池相比,则除考虑回收的成本无优势外,其他方面的技术指标实现全面大幅超越。

  1、钠离子的离子半径大于锂离子,导致钠离子无法嵌入石墨材料。钠离子电池需要采用硬碳或其他负极材料,能量密度低于石墨材料。

  2、更大的尺寸使钠离子,很难嵌入发生化学反应所在的电极晶体结构中,导致钠离子的移动速率就比较慢,影响钠离子电池充、放电速率。

  3、钠离子嵌出电极的晶体结构也较难,导致电池可逆性差,能量密度利用率低,多次充放电后的能量密度下降速度快。

  4、主流的钠离子电池正极材料 NaMnO4、Na3V2 ( PO4 ) 3、Na2Fe2 ( SO4 ) 3 等,理论能量密度不及三元锂,实际能量密度较磷酸铁锂低。

  中信建投也在研报中表示,电池系统方面,磷酸铁锂单体容量相比于钠离子电池有数量级的领先优势,这使得钠离子电池在成组方面可能存在劣势;钠离子电池相对较高的内阻意味着电池的温度管控难度可能较高,能量循环效率也较差。

  分析师普遍认为,钠电池暂无替代锂电池成为动力领域主流技术的可能性,更多的是一种技术储备和补充。

  光大证券测算称,中国锂盐生产超过 60% 的锂原料需要进口,对外依存度较高。而钠元素相对锂元素而言并不稀缺,因此开发钠离子电池可作为未来有效的技术储备和补充。

  中信建投推测认为,如进展顺利,钠离子电池有望大幅度取代铅酸电池,甚至部分替代锂离子电池。

  如用于上汽通用五菱的五菱宏光 MINI EV(工况续航 120/170km,电池系统能量密度 100Wh/kg,起售价 2.98 万元),或可实现综合性能持平、成本降低 1000-1500 元的效果;如用于 5G 基站备用电源,其弱点几乎完全被规避,而且优势得以发挥。

  上述券商估计,钠离子电池有潜力用于储能电站、备用电源、电动自行车、低速乃至稍高性能指标电动车。

  中泰证券同样认为,钠电池未来应用场景或主要集中于储能、低速新能源车及小动力领域,锂离子电池仍是新能源汽车电池主流技术路线gwh,钠离子电池在渗透率达到 30%-80%,则碳酸锂需求量约减少 1.70-4.54 万吨,而碳酸锂届时的总需求量将达到 100 万吨以上,钠离子电池的应用不改碳酸锂中长期高景气周期。