鈉電池
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-02
鈉電池的實例教程
作者｜聶漪垚
來源｜汽車大觀
5月21日舉行的寧德時代2020年度股東大會上，寧德時代董事長曾毓群透露了一個重要信息：寧德時代將于今年7月前后發布鈉電池。
“我們的技術在發展，我們的鈉電池已經成熟了”，曾毓群說。
因該消息發布于上周五，且寧德時代為全球最大鋰電池供應商，故圍繞鈉電池的討論迅速在汽車圈和資本圈傳開，成為火爆周末的話題。
關于寧德時代即將發布的鈉電池，究竟是怎么一回事？寧德時代為什么選擇此時發布最新技術的鈉電池？鈉電池會取代鋰電池成為下一代電池主角嗎？
筆者采訪了寧德萬和投資集團有限公司相關負責人，下文將就相關內容進行梳理。
鈉電池迎來大規模應用？
鈉電池是一個新興產業，卻非一個新鮮事物。早在20世紀70年代，鈉離子電池的研究幾乎與鋰離子電池同步展開。
但受當時研究條件的限制，和社會對鋰電池研究的側重，鈉電池的研究一度處于停滯狀態。與此同時，鋰電池迅速發展并商業化，成為“4C”產品（計算機、通訊、網絡和消費電子）不可或缺的重要組件。
尤其隨著新能源汽車的迅猛發展，車用鋰電池全球生產制造達到了空前規模。鈉電池則直到2010年后，才迎來其發展轉折。
我國鈉電池首次應用于汽車是在2018年6月，由中科海鈉科技公司推出的一輛鈉電池低速電動汽車，在中科院物理研究所園區內進行了示范演示。
這次頗具示范意義的演示，開啟了我國鈉電池產業步伐。隨后，中科海鈉公司在江蘇溧陽建立產業化基地，月產電芯達到30萬只，用于大型儲能設備和電動自行車等低速交通工具。
據介紹，寧德時代此次將推出的鈉電池，也將用于風力電站、太陽能電站、家庭儲能等儲能設備，以及電動自行車、物流車、電動船等小動力交通工具。
展開 “有人認為電池的化學體系已很難創新，只能在物理結構上做些改進。但我們認為，電化學的世界，就像能量魔方，未知遠遠大于已知?！边@是寧德時代董事長曾毓群在鈉離子電池發布會上的感言。
7月29日15:30分，寧德時代宣傳已久的鈉離子電池終于揭開神秘面紗。在短短10分鐘的線上發布會上，寧德時代向業界展示了其第一代鈉離子電池在材料體系、電池性能以及結構設計上的多項技術創新。特別是電芯單體能量密度已經達到160Wh/kg和創新的鋰鈉混搭電池包，讓一度被局限于儲能市場的鈉離子電池技術，有了更多可應用的場景和空間。
能量密度達160Wh/kg，AB電池系統補短板
大家知道，鈉離子電池并非全新技術，其與鋰離子電池相似的工作原理，主要是通過鈉離子在正負極之間的嵌入、脫出實現電荷轉移。但是相較鋰離子，鈉離子體積較大，在材料結構穩定性和動力學性能方面要求更嚴苛，這也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。
作為動力電池龍頭企業，寧德時代基于多年來在鈉離子化學體系材料領域的研發，已解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題，使創新的材料具備了產業化的條件。
展開 寧德時代昨天的鈉離子發布會特別簡短，等了2天，實際只看了10分鐘，就此簡單談一談看法。
一、鈉離子電池
首先要回答一個問題，什么是鈉離子電池？是指依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作，與鋰離子電池工作原理相似。上個世紀七十年代末期起，鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時開展研究。從最終的成熟度和應用范圍來看，鋰離子電池占據了很好的地位，當下，鈉離子電池主要的潛在應用領域是在儲能方面。
圖1 鋰電池和鈉電池的對比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）
對于產業鏈還沒完全成熟的鈉離子電池，它的優缺點都較為明顯。首先，體積能量密度及質量能量密度都比較有限；但和鉛酸電池相比，其成本優勢明顯，能量密度、循環壽命、高低溫性能以及倍率性能均較好，所以它早期的定位還是比較確定的。
二、這次寧德時代發布了什么？
我整理的發布會要點如下：
（1）鈉離子正極材料方面，目前具有潛在商業化價值的，有普魯士白和層狀氧化物兩類材料。克容量已經達到了160mAh/g，與現有的鋰離子電池正極材料相當。寧德時代的工作，主要是對材料的體相結構進行電荷重排，對材料表面進行重新設計，解決了材料在循環過程中容量快速衰減這一世界性的難題，使創新的材料具備了產業化條件。在負極材料方面，開發了能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行的獨特孔隙結構的硬碳材料。在電解液方面，開發了適配這樣的正極負極材料的新型獨特電解液體系。在制造工藝方面，可以與目前的鋰離子電池制造工藝和設備相兼容。
備注說明：也就是在現有鋰電池的封裝、產線上能做到最大可能的復用。
展開 自亞歷山德羅?伏打1800年發明銀鋅電池至今，電池已然在兩百多年的歷史中脫胎換骨。愈是發展完備，那么挖掘潛力和創新開發便難度愈高。故而，已經有觀點開始談及電池性能天花板。當真電池如今只能進行結構優化、而難以在材料方面實現跨越么？
“有人認為電池的化學體系已很難創新，只能在物理結構上做些改進?！痹谷涸诎l布會上如此介紹。然而鈉離子電池的誕生，即意味著寧德時代已經打破了上述桎梏。
根據黃起森博士公布的信息：第一代鈉離子電池的單體能量密度為160Wh/kg；在常溫下充電15分鐘，電量就可以達到80%，具備了快充能力；熱穩定性優異，甚至超過了國家標準，且在零下20°C低溫的環境下，仍然有90%以上的放電保持率。
除了能量密度，鈉電池在各方面均優于LFP電池
而根據寧德時代的數據，鈉離子電池的集成效率可達80%。換而言之，鈉離子電芯集成到電池系統中后，系統的能量密度仍可達128Wh/kg。這個數據不如現有的磷酸鐵鋰電池，但差距并不大。
此外，在發布會上寧德時代同時還宣布，在第二代鈉離子電池中，也會快速補齊能量密度短板，有望達到200Wh/kg。
每到夏季，各大電動車新老勢力無不心驚膽戰，能量密度和安全性，是制約鋰電池發展的兩個重要維度，所以，更為穩定而且安全的鈉電池的誕生，就迅速成為關注熱點。
當然，在能量密度和安全性的平衡點外，還有第三個關鍵點——成本。
展開 周末最熱鬧的是有關于鈉離子電池的討論，在寧德拋出自己的鈉離子電池已經成熟以后，7月要發布產品以后，基本以一己之力帶動了這個方向的投入。如下圖所示，按照我們原有對于動力和電化學儲能電池的理解，歐盟“電池2030” 未來重點發展的電池體系，包括鋰離子電池（Gen3、Gen4和Gen5）、非鋰離子電池（鈉離子是一個很前的順序）和未來新型電池，這里單把鈉離子電池拉出來成熟，就有點出人意料了。
圖1 歐洲電池2030年的計劃
鈉離子電池同樣是在上個世紀七十年代末期鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時開展研究，從應用范圍和成熟度來看，鋰離子電池占據了很好的卡位，從當下來看，鈉離子電池主要的應用潛在領域是在儲能領域
圖2 鋰電子電池和鈉離子電池的對比（出自From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities）
在中國公司進入以前，在這個研究領域主要有歐美日幾個創業企業來嘗試和探索，我們大致可以梳理一下歐洲的企業運行情況，主要有兩家公司英國Faradion Limited和法國TIAMAT SAS。
1）Faradion
這家初創公司成立于2011年，主要在2017年發布產品設計，然后和鋰電池企業談合作。下面是他們工程設計的一些產品（正極材料為Ni、Mn、Ti基O3/P2型層狀氧化物，負極材料采用硬碳），主要做一些儲能和電動自行車裝車嘗試（這個電池容量也比較?。?。
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鈉電池的最新內容
海克斯康聯合弗勞恩霍夫應用研究院（Fraunhofer ITWM），構建電池結構仿真分析的新解決方案，能夠模擬常見鋰離子電池、鋅電池和鈉電池的組成微觀結構、電解質、隔膜、活性材料、粘合劑和集電器的電化學性能，幫助用戶在電池設計過程中更好的理解其中的多物理場相互作用，從而更快地推動新電池的創新。
然而科技在不斷進步，近些年固態鈉離子電池引起了人們越來越多的關注，雖然現在技術還不夠成熟，但有望在不久的將來實現能量密度及安全性均超越鋰離子電池，引領電池走向新紀元。
總結：已經有電動自行車的小伙伴，可以根據視頻開頭的方法判斷一下電池種類，如果是鉛酸電池，那你基本就不用擔心自燃問題了，比較安全。
主題：
新能源電池材料技術
高安全功能復合材料電解質材料
固態電解質復合材料
新型復合材料在鋰離子電池、固態電池、鈉離子電池等中的應用研究
復合材料對電池能量密度、循環壽命、安全性能的提升機制
復合材料制備工藝的創新與優化
復合材料的環境友好性與可持續性發展
復合材料在電池熱管理、結構強度等方面的應用探索
復合材料在電池回收與再利用中的潛力與挑戰
3.鈉離子電池儲能
鈉離子電池是一種新型的儲能方式，相對于鋰離子電池和鉛酸電池來說，鈉離子電池的成本更低，更加環保，也更加穩定。但是，鈉離子電池還處于實驗室階段，需要進一步的研究和發展。
4.燃料電池儲能
燃料電池是一種將氫氣或甲烷等氣體轉化為電能的設備，可以將光伏發電產生的電能儲存在燃料電池中，待需要用電時，再將電池中的電能釋放出來。
2.儲能展區
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統等儲能技術及產品等。
2.儲能展區
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統等儲能技術及產品等。
2.儲能展區
◆儲能材料、技術、產品、設備、儲熱中高溫應用；離網逆變器；各類蓄電池（鎳氫電池、釩液流電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鉛酸蓄電池、鈉硫電池、液流電池等）；電容器；儲能應用解決方案；充交換電站產品；新能源汽車；充電樁；家庭儲能系統等儲能技術及產品等。
其中，電化學儲能包含了多種電池類型，如鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池和液流電池等，是目前應用范圍最廣、發展潛力最大的電力儲能技術。
電化學儲能系統的熱管理是其產業鏈中的關鍵環節。在電化學儲能中，鋰電池占據主導地位，因此，鋰電池的熱失控是引發儲能系統安全事故的主要原因之一。
鈉損耗
鈉離子電池 的電極材料也存在電化學循環中的鈉損失問題，從而導致其循環性能惡化。鈉離子電池中的不可逆容量損失的原因主要如下：
①電解液分解形成固體電解質界面膜(SEI膜)。
二、產品應用及優勢
中國電動兩輪車產業經過20年的發展，正處于轉型升級關鍵時期，鋰電池、鈉電池、智能網聯等新技術不斷涌現崛起，加速電動兩輪車產業升級轉型。
