鈉離子電池
關注創建者：獨行俠1 創建時間：2018-08-01
鈉離子電池的視頻教程
關于 ECM 鋰離子電池、單節電池和電池組（帶冷卻和不帶冷卻）的 CFD 仿真
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高精度的鋰離子電池建模與仿真
高精度的鋰離子電池建模與仿真主要內容： 電池建模的必要性 電池建模所面臨的問題與挑戰 利用測試數據建立精確的電池模型 電池模型仿真與應用
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鈉離子電池的實例教程
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 7月28日早間，寧德時代微信公眾號發布消息稱，寧德時代鈉離子電池發布會將于7月29日下午3:30舉行。
受此消息影響，寧德時代(300750.SZ)當日股價應聲大漲，盤中最高漲幅達到7.62%，截至收盤，漲6.07%，報525.05元，總市值12228億元。與此同時，鈉離子電池概念股，如華陽股份、容百科技、圣陽股份、欣旺達等當日股價也同步走高。
圖片來源：寧德時代
今年5 月 21 日，在寧德時代年度股東大會上，董事長曾毓群就透露，寧德時代將于今年 7 月前后發布鈉電池。實際上，鈉離子電池并非全新技術，上世紀70年代這一概念就已經被提出，如今再次被行業重視，是因為有諸多優勢。
首先鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰鹽而言儲量更豐富。據了解，鈉離子地殼豐度約為2.36%，遠高于鋰離子的0.002%。此外，全球鋰儲量分布主要集中在智利、澳大利亞、阿根廷三國，分布極不均衡，反觀各國家均可采用海水制備鈉鹽，鈉資源分布均勻；
在資源儲備豐富的前提條件下，鈉離子電池也就具備了成本優勢。根據中科海鈉測算，受益于正極材料成本低，鈉離子電池較鋰離子電池BOM成本低30%-40%。
此外，鈉離子電池電化學性能相對穩定，更具安全性。
不過，鈉離子電池也存在一些缺點。
展開 隨著對大型儲能電池的需求逐漸增加，鈉離子電池由于其資源豐富、價格低廉且與鋰性質相似等優點而被廣泛關注。在鈉離子電池的關鍵材料選擇中，鈉離子電池的電化學性能和安全性同時受電解液的影響，這不僅決定了電池的電化學窗口和能量密度，而且還控制著電極/電解液界面的性質。如何調控電解液的成分以及選擇合適的電解質鹽和溶劑，進一步提升固體電解質界面和電化學穩定性成為研究的熱點。
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鈉離子電池電解液的基本要求
在SIB體系中，電解質是發生電化學反應所必需的離子電荷載體。理想的情況下，鹽/溶劑的結合必須滿足高離子電導率在寬的電勢范圍內具有電化學穩定性和化學穩定性、熱穩定性、低成本、工藝簡單、低毒性和環境友好型等特點。
除了這些基本要求之外，為了滿足鈉離子電池高能量密度、長循環穩定性等要求，對電解液的設計又提出了以下幾點特殊要求：
（1）SIB電解液不僅要考慮高電導率和大的鈉離子遷移數，還要考慮其熱穩定性、經濟效益和固體電解質界面的穩定性。
（2）電解液在不同電極表面產生的SEI層具有不同的組成和性質，從而影響SIB的電化學穩定性，工業上生產要注重電解液與電極的匹配。
（3）對一系列電解液在不同體系下進行基礎性的實驗，通過先進的表征與模擬計算來探索溶劑的離子尺寸、溶劑化離子尺寸和LUMO-HOMO值等，這些參數將會影響在不同結構材料中的儲鈉機制。
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 “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。”這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。
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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
[圖片]
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質
來源 | Journal of Energy Storage
01
背景介紹
隨著社會向低碳經濟轉型，未來幾十年電池行業可能會出現數量級的增長。電池的生產用途廣泛，每種用途都有特定的電力需求，從電力電子設備、啟動電池設備到各種儲能設備。由于其卓越的能量密度、較長的循環壽命和較低的自放電率，鋰離子電池已成為儲能技術的首選。然而，鋰離子電池的效率
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。
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2
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。
