中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州召開。
來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中245家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日上午，興儲(chǔ)世紀(jì)科技股份有限公司副總裁、首席電池科學(xué)家劉楊受邀在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成解決方案專場(chǎng)分享了主題報(bào)告，報(bào)告題目為《新型儲(chǔ)能系統(tǒng)中鈉離子電池的研究與應(yīng)用》。以下是報(bào)告主要內(nèi)容：
劉楊：各位來(lái)賓，各位專家，大家上午好，我是劉楊，來(lái)自興儲(chǔ)世紀(jì)。我今天演講的題目是：鈉離子電池研究與應(yīng)用。
在“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)下，整個(gè)新型儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)當(dāng)中作用越來(lái)越突出。由于新型發(fā)電包括風(fēng)光發(fā)電具有間斷性、不連續(xù)性、波動(dòng)性這么一個(gè)弊端，使得新型儲(chǔ)能系統(tǒng)在整個(gè)電力系統(tǒng)關(guān)鍵要素由原來(lái)源網(wǎng)荷，逐漸轉(zhuǎn)為網(wǎng)荷儲(chǔ)四要素。新型儲(chǔ)能對(duì)于解決新型發(fā)電系統(tǒng)，包括經(jīng)濟(jì)性、安全性及穩(wěn)定性，提供了非常好的解決途徑。
這張圖可以看到對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)角度來(lái)說(shuō)大致可以分成三個(gè)方面，分別是物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。
對(duì)于未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)應(yīng)該是多技術(shù)路線并存的市場(chǎng)，根據(jù)不同的細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域，每一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)都會(huì)找到一個(gè)合適的細(xì)分市場(chǎng)。
電化學(xué)儲(chǔ)能包括的種類很多，目前比較火熱的包括鋰離子電池和鈉離子電池，都是屬于新型的儲(chǔ)能技術(shù)。由于電化學(xué)儲(chǔ)能投資小、見(jiàn)效快、性價(jià)比比較高、選址靈活等優(yōu)勢(shì)，對(duì)于區(qū)域的調(diào)峰調(diào)頻調(diào)壓方面具有很大的作用。在過(guò)去一兩年中，鈉離子電池?zé)o論在儲(chǔ)能市場(chǎng)還是在其他動(dòng)力電池市場(chǎng)都受到了很大的關(guān)注。
關(guān)于鈉離子電池發(fā)展的過(guò)程，鋰離子電池和鈉離子電池基礎(chǔ)研究同時(shí)始于上世紀(jì)70年代。由于鋰離子電池迅速找到與之配對(duì)的負(fù)極材料，也就是石墨。使得鋰離子電池的發(fā)展非常迅速，鈉離子電池研發(fā)相對(duì)滯后一點(diǎn)。直至2011年世界上首家鈉離子電池公司Faradion在英國(guó)成立，之后在世界范圍內(nèi)陸續(xù)成立了多家專門從事鈉離子電池的公司，中國(guó)首家專門從事鈉離子電池的中科海鈉在2017年成立，之后包括鈉創(chuàng)、寧德時(shí)代、興儲(chǔ)世紀(jì)也在近幾年發(fā)布了鈉離子電池的規(guī)劃。
中國(guó)鈉離子電池呈井噴式爆發(fā)，究竟是哪些原因使得眾多企業(yè)進(jìn)入鈉離子電池賽道呢，我們簡(jiǎn)單看一下鋰資源和鈉離子資源的對(duì)比。對(duì)于鋰資源來(lái)說(shuō)，地殼中含量非常稀少，大概在0.0065%左右，且分布非常不均勻，大部分集中在南美洲和澳洲。我國(guó)80%的鋰資源需要依賴于進(jìn)口，它的價(jià)格波動(dòng)也是非常大?？梢钥吹教妓徜嚨膬r(jià)格從去年飆升到60萬(wàn)/噸，降至今年年初18萬(wàn)/噸。它的主要波動(dòng)原因是受到了動(dòng)力電池供需關(guān)系的影響。我們對(duì)比一下鈉資源，鈉資源在整個(gè)地殼環(huán)境當(dāng)中儲(chǔ)量非常豐富，大概在2.75%左右，且分布非常平均?？梢钥吹?strong>中國(guó)的鈉儲(chǔ)量也是非常豐富的，位居全球前列。其次它的價(jià)格非常低廉，作為主要的鈉鹽的原材料，碳酸鈉價(jià)格長(zhǎng)期穩(wěn)定在2千-3千元/噸，對(duì)比碳酸鋰價(jià)格目前在30萬(wàn)/噸，應(yīng)該說(shuō)只有1%。鈉離子電池作為一種新型儲(chǔ)能技術(shù)，對(duì)于儲(chǔ)能市場(chǎng)對(duì)成本特別敏感的市場(chǎng)，它具有很強(qiáng)的預(yù)判性，所以發(fā)展鈉離子電池減少我國(guó)鋰資源對(duì)外依存度具有重要的戰(zhàn)略意義。鈉離子電池和鋰離子電池工作原理和特點(diǎn)非常相似，除此之外鈉離子電池也有獨(dú)特的特點(diǎn)，它的主要特點(diǎn)可以歸納于6個(gè)方面：工作溫域?qū)?、成本低、能量密度適中、循環(huán)壽命適中，安全性高、充放電倍率優(yōu)。
首先看一下它的成本，我們提到鈉離子電池鈉鹽的成本只是鋰鹽成本1%左右，所以說(shuō)它的正極材料以及電解液所使用的鈉鹽，使得鈉離子電池成本非常低廉。同時(shí)從鈉離子電芯維度來(lái)看，它的正負(fù)極材料均可以使用鋁箔作為集流體。有別于鋰離子電池需要使用負(fù)極材料需要采用銅箔，鈉離子成本可以得到進(jìn)一步有效的控制。鈉離子電池安全性比較高，因?yàn)殁c離子電池可以完全放置0V進(jìn)行保存和運(yùn)輸，因此在運(yùn)輸當(dāng)中它的風(fēng)險(xiǎn)極大的降低了。在短路的過(guò)程當(dāng)中，由于鈉離子電池材料本身材料的特性，自發(fā)熱量比較少，升溫溫度比較低一些，因此不容易引起電解液起火和爆炸的隱患。
同時(shí)它的工作溫域比較寬泛，大概可以在零下30-60度之間，都可以正常使用，有別于鋰離子電池在零下二三十度，整個(gè)電池容量衰減的比較快。
能量密度適中，作為鈉離子來(lái)講，離子半徑要大于鋰離子，導(dǎo)致它的體積和質(zhì)量的能量密度略遜于現(xiàn)在的磷酸鐵鋰電池。但隨著研發(fā)進(jìn)程發(fā)展，未來(lái)幾年當(dāng)中鈉離子電池有望超過(guò)磷酸鐵鋰的能量密度。
關(guān)于鈉離子電池這些特性，也是由于關(guān)鍵材料特性由來(lái)的。我們看看正極材料，目前主要分為三個(gè)體系，分別是：過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物、聚陰離子化合物。過(guò)渡金屬氧化物是所有電芯廠當(dāng)中一個(gè)比較主流的選擇，它類似于鋰離子電池當(dāng)中的三元材料，它的主要特點(diǎn)具有較高的能量密度、較高電壓平臺(tái)，但它在循環(huán)過(guò)程中存在結(jié)構(gòu)相變，導(dǎo)致它的循環(huán)性能穩(wěn)定性稍微差一些。在過(guò)渡金屬氧化物當(dāng)中，分為O3型和P2型。O3型主要是能量型的材料體系，而P2型是快速充放電倍率型的體系。普魯士類化合物，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)是特別開放的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于鈉離子脫嵌。同時(shí)它在分子式當(dāng)中采用比較低廉的鐵和錳為元素，使得材料成本非常低廉。同時(shí)材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常好，它的主要劣勢(shì)在于制備過(guò)程中配位水難以得到控制，從而影響到它的循環(huán)穩(wěn)定性。聚陰離子類化合物，它具有良好的熱穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，包括高電壓平臺(tái)。但它的理論能量密度越低，導(dǎo)電性越差。
綜合3種不同的體系特性，目前過(guò)渡金屬氧化物是鈉離子電池工業(yè)化程度最高的，也是能迅速量產(chǎn)的一款體系。
關(guān)于負(fù)極材料，也分為三類：碳基材料、合金類材料、鈦基材料。目前，碳基材料應(yīng)用比較廣泛的，硬碳是指難以石墨化的、無(wú)序的，能形成石墨硅晶無(wú)序排列的結(jié)構(gòu)。其無(wú)序結(jié)構(gòu)可以提供很多儲(chǔ)鈉點(diǎn)位，使得鈉離子可以有效得到儲(chǔ)存。它的比容量大概是250-350mAh/g，首次庫(kù)倫效率在80%-90%之間。電化學(xué)性能略低于鋰離子電池石墨的性能。軟碳雖然成本很低，但性價(jià)比不突出，并不是目前主流的選擇。至于合金類材料和鈦基類材料目前還屬于研發(fā)狀態(tài)。除此之外，電解液材料及隔膜材料也會(huì)影響到鈉離子電芯性能的表現(xiàn)，包括選擇與正極材料和負(fù)極材料匹配的電解液。
對(duì)于鈉離子電池未來(lái)的優(yōu)化方向，目前鈉離子電池的整個(gè)性能并沒(méi)有完全發(fā)揮鈉離子電池應(yīng)有的成本優(yōu)勢(shì)，以及電化學(xué)性能優(yōu)勢(shì)。主要原因是產(chǎn)業(yè)鏈并不是非常完善的，以及鈉離子電池研發(fā)的初始階段。通過(guò)不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈及配方改良，在未來(lái)1-2年之內(nèi)，鈉離子電池能夠進(jìn)一步在儲(chǔ)能領(lǐng)域，以及低速車領(lǐng)域當(dāng)中得到很好的應(yīng)用。
興儲(chǔ)世紀(jì)成立于2007年，全球知名的新能源智能微電網(wǎng)解決方案提供商。在離網(wǎng)儲(chǔ)能建設(shè)和運(yùn)維規(guī)模當(dāng)中位于全球前列的，巴基斯坦第一大新能源獨(dú)立發(fā)電商，以及巴基斯坦分布式儲(chǔ)能市場(chǎng)占有率第一位。公司產(chǎn)品的全家福涵蓋了便攜式電源、光伏逆變器、戶儲(chǔ)、工商業(yè)儲(chǔ)能、集裝箱儲(chǔ)能等產(chǎn)品。
本次展會(huì)當(dāng)中帶來(lái)了3款鈉離子電池產(chǎn)品，包括一款軟包電池和兩款方形鋁殼電芯。額定容量分別是22安時(shí)、75安時(shí)和240安時(shí)，目前能量密度可以達(dá)到150瓦時(shí)每公斤，循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2500次-3000次的數(shù)值?？蓱?yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，包括戶儲(chǔ)、工商業(yè)儲(chǔ)能都可以應(yīng)用到鈉離子電池，以及低速交通工具，例如電動(dòng)車，低速自行車，船舶以及公共汽車等大型電力應(yīng)用。
興儲(chǔ)世紀(jì)鈉離子電池于2022年完成的材料體系確立和優(yōu)化，以及1860柱形電池驗(yàn)證工作，在鈉離子電池技術(shù)和工藝以及材料方面有了很深的積累。興儲(chǔ)世紀(jì)鈉離子電池完成研發(fā)成果轉(zhuǎn)移至大尺寸電池，包括軟包和方殼電芯以及其他關(guān)鍵材料配套開發(fā)。目前，興儲(chǔ)世紀(jì)鈉離子方形鋁殼電芯循環(huán)壽命可以達(dá)到2500次左右，并啟動(dòng)鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用項(xiàng)目驗(yàn)證。
興儲(chǔ)世紀(jì)規(guī)劃是5GWh的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目，總投資約25-30億元。第一期首批鈉離子電池建設(shè)，約1GWh，于今年2月份進(jìn)行開工，計(jì)劃年底會(huì)完成土建和設(shè)備的調(diào)試工作，明年可以生產(chǎn)鈉離子電池。
以上是我的匯報(bào)，謝謝各位！
