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钠离子电池的确定性思考 (1)

(1)锂离子电池全产业链中,上游锂矿资源大头不在中国,未来依然会存在类似石油一样的卡脖子问题。钠和锂是同族元素,化学性质类似,钠的元素分布全世界广泛且元素含量约为23000 ppm,丰度位于第6位,所以如果部分替代锂电池后不但可以降低化学储能电池的成本,而且可以缓解锂离子电池上游锂矿资源供给的进口问题。

(2)技术上可行,成本相对锂电池更低。新能源车用动力电池可能高端依然采用的是锂离子电池,但是如果考虑储能端用化学储能的方式,虽然在能量密度等方面与目前的锂离子电池相比还存在差距(较重的钠离子质量和较大的钠离子半径致使钠离子电池的重量和体积能量密度无法完全与锂离子电池相媲美),然而在低速电动车和储能应用中成本和寿命是比能量密度更重要的指标,钠离子电池将在低速电动车、大规模电力储能、5G通信基站等应用领域拥有比锂离子电池更大的市场竞争优势。价格较低的新能源车,如果采用的是磷酸铁锂电池,因为钠离子电池的能力密度已经接近磷酸锂铁且成本更低,也具有一定的竞争优势。而在两轮车电池行业,钠离子电池因为成本低、能量密度远高于铅酸电池,估计一旦大规模推广,很有可能快速占领电动两轮车电池市场。

(3)从中科海钠的发展历史看,目前公司已经具有了市场化大工业生产钠离子电池的初步能力。胡勇胜团队无论从研发、专利角度、工业化生产能力上看,都毫无疑问代表了中国钠离子电池的最高水平。用胡教授的原话说:“从竞争格局来看,我国钠离子电池无论从技术水平还是产业化推进速度在国际上都处于前列,且拥有钠离子电池核心技术和自主知识产权,自主创新也是标准的灵魂。产业发展,标准先行,事实证明,标准意味着市场认可的新技术与新规范,主导标准者才能占据市场竞争和行业的制高点。在这方面,我国已具备较大优势,应力争获得全球钠离子电池标准制定的主导权,引领钠离子电池技术与应用的发展趋势。”从关键的能力密度指标看,依托中国科学院物理研究所技术的中科海钠公司已经研制出能量密度超过135 W·h/kg的钠离子电池,电池平均工作电压3.2 V,在3 C/3 C、100%DOD循环1000次后容量保持率91%。现已实现正、负极材料的百吨级制备及小批量供货,并率先完成了在低速电动车和30 kW/100 kW·h/1MW·h储能电站的示范应用。中科和华阳的合资子公司目前是钠离子电池行业第一个进行正负极材料千吨级投产的公司,今年年底投产顺利的话,展望未来3-5年大概是10倍扩产计划。宁德时代的钠离子电池宣传片上的仪器设备显示和材料展示推测可能宁德的钠离子电池还在中试阶段或者是刚刚完成中试,尚未大规模投产。但宁德时代宣传片中的钠离子电池能量密度较高,达到了160 W·h/kg,而且宁德时代宣称其二代钠离子电池的能量密度会更高,这就意味着钠离子电池可以和磷酸铁锂电池进行PK。

(4)从华阳来看,其主打产品无烟煤正是钠离子电池负极材料的关键材料。因为钠离子电池的负极不能采用石墨,硬碳是替代石墨的较优选择,但硬碳的成本较高,如果采用沥青+无烟煤等组成碳源前驱体,软硬结合会降低负极材料的成本。而且从储能端看,华阳和未来国家储能建设的主体:国家能源集团、华能、华电等巨无霸企业都有很好的合作历史,在依托山西省的支持下很有可能顺利切入电网端的化学储能项目。

(5)钠离子电池是锂离子电池的有效补充,未来可能是光伏分布式项目中化学储能电池的首选;也有可能是沿海地区采用风能供电储能配套的一个选择(大规模商业化应用后,钠离子电池的储能成本可能会低到0.2元/度)。大概率可以替代铅酸电池占据两轮电动车电池市场;因为能量密度上和磷酸锂铁电池相差不多,基本上可以和其竞争低端电动车电池市场份额。

(6)存在的问题:主要是负极储钠机理尚未明确,与正负极材料相匹配的电解液体系的开发也不足;核心的正负极材料和电解液的供应链稳定性还需要在产能扩充中不断完善和证明。

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