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壓在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化路上的“三座大山”！

2023-01-29 08:50:14來(lái)源：智能制造網(wǎng) 關(guān)鍵詞：鈉離子電池閱讀量：21312

導(dǎo)讀：2022年，鈉離子電池行業(yè)“風(fēng)起云涌”。美團(tuán)、七彩化學(xué)、順灝股份等企業(yè)先后跨界鈉離子電池；寧德時(shí)代、中科海鈉、傳藝鈉電等鈉電先行者更是捷報(bào)不斷，鈉離子電池賽道熱度大增。

　　鈉離子電池是鋰離子電池的理想替代品，具備低溫性能、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

　　2022年，鈉離子電池行業(yè)“風(fēng)起云涌”。美團(tuán)、七彩化學(xué)、順灝股份等企業(yè)先后跨界鈉離子電池；寧德時(shí)代、中科海鈉、傳藝鈉電等鈉電先行者更是捷報(bào)不斷，鈉離子電池賽道熱度大增。

　　不過(guò)，雖然眾多資本巨頭加盟，相關(guān)技術(shù)企業(yè)也是日夜攻關(guān)，鈉離子電池依舊未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，原因在于鈉電負(fù)極材料、鈉電正極材料和預(yù)鈉化技術(shù)這三大限制因素和包括試驗(yàn)成本在內(nèi)的其他因素。

　　鈉電負(fù)極材料方面，鈉離子電池負(fù)極材料主要分硬碳和軟碳，其中硬碳是主流路線，分為生物質(zhì)類(lèi)、樹(shù)脂類(lèi)、化工原料類(lèi)等。

　　生物質(zhì)類(lèi)硬碳，材料來(lái)源包括椰子殼、核桃殼、花生殼、棉花和動(dòng)植物組織等，優(yōu)點(diǎn)是成本低、來(lái)源廣泛、可逆容量高；缺點(diǎn)是產(chǎn)碳率低、一致性差，由于其性?xún)r(jià)比較高，目前是市場(chǎng)技術(shù)主流。

　　樹(shù)脂類(lèi)硬碳，材料來(lái)源包括醛樹(shù)脂、聚苯胺和聚丙烯腈等，優(yōu)點(diǎn)是材料結(jié)構(gòu)容易調(diào)控、原材料供應(yīng)穩(wěn)定；缺點(diǎn)是成本較高。

　　化工原料類(lèi)硬碳，材料來(lái)源包括無(wú)煙煤、瀝青、石油焦等，優(yōu)點(diǎn)是材料多，成本低，產(chǎn)碳率高；缺點(diǎn)是可逆容量較低。

　　此外，一些新興技術(shù)也在發(fā)展，比如樹(shù)脂和無(wú)煙煤混合硬碳技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品性能優(yōu)異、成本較低、供應(yīng)穩(wěn)定，潛力巨大。

　　負(fù)極材料制約鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的原因有三個(gè)。

　　1、生產(chǎn)工藝適配性差，不同原材料需要應(yīng)用不同的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)負(fù)極產(chǎn)品，因此工藝的適配難度極大。

　　2、原材料批次一致性差，椰殼等原料的年份、產(chǎn)地、部位等，都會(huì)嚴(yán)重影響硬碳質(zhì)量。

　　3、成本高昂，我國(guó)硬碳材料嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，價(jià)格約15~20萬(wàn)元/噸，成本較高。

　　正極材料方面，鈉離子電池有上百條技術(shù)路線，各具優(yōu)劣，主流技術(shù)路線有三條：層狀過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)化合物和聚陰離子型化合物。

　　層狀過(guò)渡金屬氧化物優(yōu)點(diǎn)是制備簡(jiǎn)單、比容量高、能量密度較高、可與鋰電池三元材料共用生產(chǎn)線，缺點(diǎn)是層狀材料大多易吸水，或與空氣反應(yīng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能較差。

　　普魯士藍(lán)化合物優(yōu)點(diǎn)是成本較低、能量密度較高，缺點(diǎn)是氰化物具有潛在毒性、導(dǎo)電性較差、循環(huán)壽命較短，且材料結(jié)晶水不易去除，壓實(shí)密度不高，產(chǎn)業(yè)化難度較大。

　　聚陰離子型化合物優(yōu)點(diǎn)是大多具有開(kāi)放型的三維骨架，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、倍率性能、循環(huán)性能較好、循環(huán)壽命較長(zhǎng)，缺點(diǎn)是成本較高、導(dǎo)電性和能量密度較差。

　　綜合來(lái)看，三種技術(shù)路線里，層狀過(guò)渡金屬氧化物鈉離子電池，電化學(xué)性能最為優(yōu)異，理論比容量可達(dá)約240mAh/g，是磷酸鐵鋰電池的1.4倍左右，且原料豐富、合成簡(jiǎn)單、產(chǎn)業(yè)路徑順暢，是中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源等眾多鈉電公司重點(diǎn)布局的技術(shù)路線。

　　換言之，鈉離子電池行業(yè)還沒(méi)有業(yè)界工人的集低成本、高性能、長(zhǎng)壽命、寬溫度等于一體的鈉離子電池正極技術(shù)路線。

　　預(yù)鈉化技術(shù)方面，這一技術(shù)可補(bǔ)充鈉離子電池在循環(huán)過(guò)程中的不可逆鈉損耗，提高其能量密度、循環(huán)壽命和倍率性能，在鈉離子電池制備過(guò)程中異常重要。

　　目前，預(yù)鈉化技術(shù)主要分為正極預(yù)鈉化和負(fù)極預(yù)鈉化。正極預(yù)鈉化方法有正極添加劑和富鈉正極兩種；負(fù)極預(yù)鈉化方法有物理預(yù)鈉化、電化學(xué)預(yù)鈉化和化學(xué)反應(yīng)預(yù)鈉化。

　　不過(guò)，不同預(yù)鈉化方法，多少都存在問(wèn)題?；诮饘兮c粉末的物理預(yù)鈉化方法，由于金屬鈉活性極高，難以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用；電化學(xué)預(yù)鈉化方法，工藝繁瑣，成本較高；化學(xué)反應(yīng)預(yù)鈉化方法，溶液中陰離子有進(jìn)一步調(diào)整的空間，調(diào)整后會(huì)帶來(lái)不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題。

　　最具商業(yè)化潛力的預(yù)鈉化方法，是正極添加劑預(yù)鈉化，具有低成本、高性能、操作簡(jiǎn)單和高安全性等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)缺點(diǎn)也明顯，正極添加劑會(huì)產(chǎn)生“死質(zhì)量”、“死體積”或者釋放氣體等不良后果。

　　試驗(yàn)成本方面，由于鈉電技術(shù)發(fā)展不夠成熟，當(dāng)下鈉電池試驗(yàn)成本、制造成本偏高。

　　壽命方面，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前主流鈉電池循環(huán)壽命為1000~1500次，中科海鈉和寧德時(shí)代鈉電產(chǎn)品壽命可達(dá)3000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上磷酸鐵鋰電池。

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