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昨天和大家分享了動(dòng)力電池系列的第四部分：材料體系演進(jìn)之富鋰錳基

今天和大家分享第五部分：材料體系演進(jìn)之鈉離子電池

鈉離子電池工作原理與鋰離子電池相似，都為“搖椅式”電池。充電過程中， Na +從陰極脫出并嵌入陽極，同時(shí)電子通過外部電路，此時(shí)陽極處于低電勢(shì)富鈉態(tài)，陰極處于高電勢(shì)貧鈉態(tài)，嵌入陽極的 Na+越多，充電容量越高；放電時(shí)，發(fā)生相反的過程，Na+從負(fù)極脫出，嵌入正極，正極回到富鈉態(tài)，回到正極的 Na +越多，放電容量越高。

鈉離子電池工作原理：

與鋰離子電池構(gòu)造相同，鈉離子電池主要由正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜組成。

1、正極材料

主流鈉離子材料包括金屬氧化物、聚陰離子型化合物、以及普魯士 藍(lán)類化合物。其中商業(yè)化價(jià)值最大的正極材料為金屬氧化物與普魯士藍(lán)類化合物。

金屬氧化物具有成本低、較高比容量等優(yōu)勢(shì)，但由于金屬氧化物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，循環(huán)過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)無定型化，電池的循環(huán)穩(wěn)定性與倍率性較差。

普魯士藍(lán)類化合物具有三維立體開放結(jié)構(gòu)和有利的間隙位置，允許堿離子的可逆脫嵌，具有成本低、穩(wěn)定性高、電化學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，但制備過程中存在配位水含量難以控制等問題。

2、負(fù)極材料

目前常用的鈉離子負(fù)極材料為硬碳和軟碳材料。

硬碳材料具有高可逆比容量、低電壓等優(yōu)點(diǎn)，但硬碳的制備成本較高，產(chǎn)碳率相對(duì)較低，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。軟碳材料具有缺陷少、結(jié)晶度高、電導(dǎo)率高等特點(diǎn)，且具有良好的速率性能與循環(huán)穩(wěn)定性，缺點(diǎn)仍然是成本高，難以工業(yè)化。

3、電解質(zhì)

與鋰離子電池電解質(zhì)相同，鈉離子電池電解質(zhì)分為液體電解質(zhì)、固液復(fù)合電解質(zhì)、固態(tài)電解質(zhì)。

受鋰離子電池上游供給緊張與原材料價(jià)格上漲的影響，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化加速落地，2021 年 7 月寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池。

1）、性能超預(yù)期，高寒及高功率應(yīng)用場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)顯著。

根據(jù)寧德時(shí)代發(fā)布的數(shù)據(jù)，第一代鈉離子電池電芯單體能量密度達(dá)到 160Wh/kg，為目前全球最高水平。同時(shí)具備優(yōu)異的快充性能，常溫下充電 15 分鐘即可達(dá)到 80%電量；且在-20℃的低 溫環(huán)境下具有 90%以上的放電保持率；此外，系統(tǒng)集成效率可達(dá) 80%。

2）、關(guān)鍵輔料實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，為產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。

正極材料方面，使用普魯士白和層狀氧化物兩種創(chuàng)新型材料，克容量可達(dá) 160mAh/g，與現(xiàn)有鋰離子正極材料相當(dāng)，并對(duì)材料體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，解決了在循環(huán)過程中容量衰減的問題；負(fù)極材料方面，開發(fā)了能夠讓鈉離子自由穿梭且具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的硬碳材料，克容量可達(dá) 350mAh/g，與現(xiàn)有石墨相當(dāng)；電解液方面，采用適配上述材料的新型電解液體系，可與目前鋰離子電池制造工藝及設(shè)備兼容。

公司積極布局鈉離子電池領(lǐng)域，計(jì)劃于 2023 年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈，下一代鈉離子電池能量密度將突破 200Wh/kg。

3）采用 AB 電池解決方案，拓寬下游應(yīng)用場(chǎng)景。

創(chuàng)新性地將鈉離子與鋰離子電池按照一定比例和排列同時(shí)集成到電池系統(tǒng)中，并使用 BMS 算法對(duì)不同電池體系進(jìn)行均衡控制，既彌補(bǔ)了鈉離子電池的能量密度短板，也發(fā)揮了其在低溫及高功率場(chǎng)景下的優(yōu)勢(shì)。

第一代鈉離子電池性能優(yōu)越：

AB 電池解決方案實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)：

鈉的地殼元素含量排名第六，為2.75%；是含量?jī)H為 0.0065%的鋰元素的 400 多倍；同時(shí)，鈉元素均勻分布于全球各地，不受到地域限制。此外，鈉離子電池的正負(fù)極集流體均可以使用較為便宜的鋁箔，進(jìn)一步降低了電池的成本。根據(jù)中科海鈉測(cè)算，鈉離子電池的材料成本相較于鋰電池可以降低 30%-40%。

鈉元素資源豐度高：

鈉離子電池材料體系：

由于鈉離子電池具有成本低、安全性高、低溫情況下表現(xiàn)好等優(yōu)勢(shì)，目前已初步應(yīng)用于儲(chǔ)能和低速動(dòng)力領(lǐng)域，如：儲(chǔ)能電站、5G 通訊基站、低速四輪車、電動(dòng)兩輪車。隨著鈉離子電池的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化后，有望進(jìn)一步對(duì)目前磷酸鐵鋰和鉛酸電池應(yīng)用廣泛的上述領(lǐng)域進(jìn)行替代。

鈉離子電池的性能優(yōu)勢(shì)：

動(dòng)力電池系列的第五部分的內(nèi)容就分享到這里，明天和大家分享第六部分的內(nèi)容：封裝方式演進(jìn)之4680 大圓柱

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