鈉離子電池技術
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
鈉離子電池技術的實例教程
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小）。
展開 鈉電池有能量密度相對較低、安全性比較高的特點，可以在這個領域起到非常大的作用。
（2）儲能領域：目前UPS電池大部分還是以鉛酸為主，國家發展改革委、國家能源局前端時間正式發布關于加快推動新型儲能發展的指導意見。明確提出量化的儲能發展目標，即到2025年，實現新型儲能從商業化初期向規模化發展轉變，新型儲能裝機規模達3000萬千瓦以上。到2030年，實現新型儲能全面市場化發展，新型儲能裝機規模基本滿足新型電力系統相應需求。在這個指導文件里面，是把儲能技術多元化并行再走的，鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用，實現壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期，加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規模化試驗示范。因此隨著鈉離子電池的應用，這個是很有可能趕在2030年派大用處的。
（3）在汽車領域里面和鋰電池協同使用：寧德時代提出的混用方案，在三元和鐵鋰兩種不同性質的鋰電池之間還需要工程和實踐的檢驗。如果在將來，可能是可以通過精細的管理來實現更好的使用，但是這條路是否能像預想的那樣，我們無從判斷。我個人覺得把鈉電池做成10kwh，放在A00 BEV純電車上，這部分有很大的應用空間的。
圖7 混用到底是否可行呢
真正實現車用，可能需要這個200wh/kg的鈉電池出來以后，才能在A級車上大量使用。當然這種情況，還需要很長一段路走。
展開 如，在能量密度方面，磷酸鐵鋰電池能量密度可達200Wh/kg，三元電池約240Wh/kg，鈉離子電池僅100-150Wh/kg，仍與前兩者存在較大差距；在循環壽命上，鈉離子電池當前循環次數最高約1500次，顯著低于磷酸鐵鋰電池的6000次與三元電池的3000次，未來有望進一步提升；另外，鈉離子電池產業鏈仍不完善，產品性能、成本控制及適配應用場景等有待進一步檢驗。
綜合鈉離子電池的性狀等，有觀點認為，鈉離子電池預期中前期在儲能、兩輪車領域有應用前景，但難言取代鋰電池地位。不過，中信證券此前發布的研報中指出，在能源變革大時代下，鈉離子電池在資源豐富度、成本方面優勢明顯，未來幾年，隨著產業投入的加大，技術走向成熟、產業鏈逐步完善，有望在儲能等領域實現商業化應用，對鋰離子電池、鉛酸電池等成熟的儲能技術形成一定的補充。
最后，從應用前景來看，廣發證券殷中樞團隊預計，2025年國內鈉離子電池潛在應用場景需求量為123 GWh，以磷酸鐵鋰電池價格計量，對應537億元左右的市場空間。
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展開 正極補鈉后，過電勢波動，總體有所增大，利于電池反應
正極補鈉后，正極表面的嵌入鈉離子濃度增大
參考文獻
[1]徐銘禮,劉猛闖,楊澤洲等.高比能鈉離子電池預鈉化技術研究進展[J].物理化學學報,2023,39(03):33-48.
文章來源：電池建模與仿真
【引言】
鈉離子電池憑借資源和價格優勢在大規模儲能領域具有重要應用前景。然而，鈉離子較大的半徑和質量不利于它與電極材料的可逆反應。開發能夠快速、穩定存儲鈉離子的高比能電極材料是提升鈉離子電池性能的關鍵之一。在目前已知的正極儲鈉材料中，鐵基磷酸鹽由于成本低廉、環境友好引起廣泛關注。其中，NaFePO4因理論比容量高（154 mAh g-1）和工作電位適宜脫穎而出。鑒于橄欖石結構LiFePO4在鋰離子電池中取得的巨大成功，橄欖石型NaFePO4已經被廣泛嘗試用作鈉離子電池正極材料。然而，橄欖石型NaFePO4并非熱力學穩定相，往往需要通過復雜的離子交換過程從橄欖石結構LiFePO4制得，限制其實際應用。相比而言，熱力學穩定相磷鐵鈉礦NaFePO4由于缺乏鈉離子傳輸通道通常被認為不具有電化學活性。此外，NaFePO4較低的本征電導率和脫/嵌鈉過程中較大的晶格差異影響其倍率性能和循環穩定性，有待改善。
【成果簡介】
近日，北京科技大學范麗珍教授（通訊作者）與劉永暢副教授（第一作者）團隊在材料領域國際權威期刊—Advanced Functional Materials (IF=12)上在線發表了題為“Approaching the Downsizing Limit of Maricite NaFePO4 toward High-Performance Cathode for Sodium-Ion Batteries”的文章。利用靜電紡絲技術將平均尺寸僅1.6 nm的超小磷鐵鈉礦NaFePO4納米粒子均勻鑲嵌入多孔氮摻雜的碳納米纖維。制得的NaFePO4@C纖維膜緊貼于鋁箔，可直接用作鈉離子電池正極。
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摘要: 鋰離子電池的綜合性能不僅取決于材料和結構的創新，還與制造工藝及相關設備技術的進步息息相關。目前電池制造廠商針對不同體系的電池工藝開發多采用窮舉法進行實驗試錯，在工藝仿真技術方面還存在較大的發展空間。面向電池高質量制造發展和數智化升級的行業發展趨勢，本文結合宏觀電池制造設備和微觀電池電極結構兩個角度，對電池制造工藝仿真研究現狀進行了系統總結，分析了各工序工藝仿真技術機理研究、結構發展及應用前景
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規模化發展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生
正極補鈉后，過電勢波動，總體有所增大，利于電池反應
正極補鈉后，正極表面的嵌入鈉離子濃度增大
參考文獻
[1]徐銘禮,劉猛闖,楊澤洲等.高比能鈉離子電池預鈉化技術研究進展[J].物理化學學報,2023,39(03
“COMSOL多物理場耦合仿真技術與應用-鋰離子電池”
1. COMSOL 仿真基礎
1.1 數值仿真基本要素及其在 COMSOL 中的對應
1.1.1 模型參數與變量
1.1.2 物理場添加及電解條件設置
1.1.3 模型構建與網格劃分
1.1.4 求解器類型與設置
1.1.5 后處理及數據分析
1.2 COMSOL 中鋰離子電池接口介紹
1.2.1 電池基本物理過程及控制方程
目前市場上的主流電池根據技術路線不同，大致可分為鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池和鈉離子電池。不同技術路線的電池響應速度、放電效率都不盡相同，也有各自的適用范圍和優缺點。
通過耦合不同性質的化合物構筑具有界面效應的異質結構被認為是改善電極材料的有效策略之一。異質結構處的內部電場及“離子泵”存儲機制可有效改善電極反應動力學，同時異質結構的二次結構組裝穩定性可有效提升材料的結構穩定性。然而，銳鈦礦/金紅石異質結構的電化學性能并不令人滿意，銳鈦礦-金紅石異質結構的電荷存儲機制仍不清晰。
考慮到金屬有機框架(MOF)中金屬和有機配體的強相互作用
大量研究表明，通過雜原子摻雜提高碳質陽極的倍率能力是由于層間距的擴大增加了二次控制的工作容量，從而提高了碳陽極的倍率性能，最終提高了碳陽極的倍率性能。然而，當掃描速率大于1 mV s-1時，擴散控制的容量的比例小于30%，則說明對炭質陽極倍率能力提高原理的認識仍然不準確。 中南大學梁叔全等人研究發現，雜原子摻雜對體相碳層間距影響不大，說明摻雜難以提高擴散效應的控制能力。然而，在拉應力協同作用下，次
其中，華陽股份擬通過子公司分別投建鈉離子電池正負極材料千噸級生產項目；格林美已經組建專門團隊進行鈉離子電池關鍵技術的研發工作；鵬輝能源在鈉離子電池研發方面現有多種技術在試產到量產的過程當中。
01
“鈉離子電池”來了！萬億巨頭宣布大消息，股價暴漲
澎湃新聞 7月29日收盤，寧德時代延續上漲勢頭，股價大漲6.05%，每股報收556.80元，總市值達到1.1人民幣萬億。寧德時代連續兩個交易日大漲，股價繼續沖高，一掃周二下跌陰霾。當日，寧德時代預熱許久的鈉離子電池亮相，其董事長曾毓群表示，鈉離子電池在低溫性能、快充以及環境的適應性等方面擁有獨特的優勢，將與鋰離子電池相互兼容互補
在這個指導文件里面，是把儲能技術多元化并行再走的，鋰離子電池等相對成熟新型儲能技術成本持續下降和商業化規模應用，實現壓縮空氣、液流電池等長時儲能技術進入商業化發展初期，加快飛輪儲能、鈉離子電池等技術開展規模化試驗示范。因此隨著鈉離子電池的應用，這個是很有可能趕在2030年派大用處的。
