中國儲能網訊：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家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的1011余家產業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產業(yè)鏈。
5月25日上午，興儲世紀科技股份有限公司副總裁、首席電池科學家劉楊受邀在新型儲能系統(tǒng)集成解決方案專場分享了主題報告，報告題目為《新型儲能系統(tǒng)中鈉離子電池的研究與應用》。以下是報告主要內容：
劉楊：各位來賓，各位專家，大家上午好，我是劉楊，來自興儲世紀。我今天演講的題目是：鈉離子電池研究與應用。
在“雙碳”目標的推進下，整個新型儲能在電力系統(tǒng)當中作用越來越突出。由于新型發(fā)電包括風光發(fā)電具有間斷性、不連續(xù)性、波動性這么一個弊端，使得新型儲能系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)關鍵要素由原來源網荷，逐漸轉為網荷儲四要素。新型儲能對于解決新型發(fā)電系統(tǒng)，包括經濟性、安全性及穩(wěn)定性，提供了非常好的解決途徑。
這張圖可以看到對于儲能技術角度來說大致可以分成三個方面，分別是物理儲能、電化學儲能和化學儲能。
對于未來儲能市場應該是多技術路線并存的市場，根據(jù)不同的細分市場領域，每一個儲能技術都會找到一個合適的細分市場。
電化學儲能包括的種類很多，目前比較火熱的包括鋰離子電池和鈉離子電池，都是屬于新型的儲能技術。由于電化學儲能投資小、見效快、性價比比較高、選址靈活等優(yōu)勢，對于區(qū)域的調峰調頻調壓方面具有很大的作用。在過去一兩年中，鈉離子電池無論在儲能市場還是在其他動力電池市場都受到了很大的關注。
關于鈉離子電池發(fā)展的過程，鋰離子電池和鈉離子電池基礎研究同時始于上世紀70年代。由于鋰離子電池迅速找到與之配對的負極材料，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)相對滯后一點。直至2011年世界上首家鈉離子電池公司Faradion在英國成立，之后在世界范圍內陸續(xù)成立了多家專門從事鈉離子電池的公司，中國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)、寧德時代、興儲世紀也在近幾年發(fā)布了鈉離子電池的規(guī)劃。
中國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)進入鈉離子電池賽道呢，我們簡單看一下鋰資源和鈉離子資源的對比。對于鋰資源來說，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80%的鋰資源需要依賴于進口，它的價格波動也是非常大?？梢钥吹教妓徜嚨膬r格從去年飆升到60萬/噸，降至今年年初18萬/噸。它的主要波動原因是受到了動力電池供需關系的影響。我們對比一下鈉資源，鈉資源在整個地殼環(huán)境當中儲量非常豐富，大概在2.75%左右，且分布非常平均?？梢钥吹?strong>中國的鈉儲量也是非常豐富的，位居全球前列。其次它的價格非常低廉，作為主要的鈉鹽的原材料，碳酸鈉價格長期穩(wěn)定在2千-3千元/噸，對比碳酸鋰價格目前在30萬/噸，應該說只有1%。鈉離子電池作為一種新型儲能技術，對于儲能市場對成本特別敏感的市場，它具有很強的預判性，所以發(fā)展鈉離子電池減少我國鋰資源對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非常相似，除此之外鈉離子電池也有獨特的特點，它的主要特點可以歸納于6個方面：工作溫域寬、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。同時從鈉離子電芯維度來看，它的正負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極材料需要采用銅箔，鈉離子成本可以得到進一步有效的控制。鈉離子電池安全性比較高，因為鈉離子電池可以完全放置0V進行保存和運輸，因此在運輸當中它的風險極大的降低了。在短路的過程當中，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，整個電池容量衰減的比較快。
能量密度適中，作為鈉離子來講，離子半徑要大于鋰離子，導致它的體積和質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)進程發(fā)展，未來幾年當中鈉離子電池有望超過磷酸鐵鋰的能量密度。
關于鈉離子電池這些特性，也是由于關鍵材料特性由來的。我們看看正極材料，目前主要分為三個體系，分別是：過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物、聚陰離子化合物。過渡金屬氧化物是所有電芯廠當中一個比較主流的選擇，它類似于鋰離子電池當中的三元材料，它的主要特點具有較高的能量密度、較高電壓平臺，但它在循環(huán)過程中存在結構相變，導致它的循環(huán)性能穩(wěn)定性稍微差一些。在過渡金屬氧化物當中，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，因為它的結構是特別開放的三維網狀結構，有利于鈉離子脫嵌。同時它在分子式當中采用比較低廉的鐵和錳為元素，使得材料成本非常低廉。同時材料結構穩(wěn)定性非常好，它的主要劣勢在于制備過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)定性以及結構穩(wěn)定性，包括高電壓平臺。但它的理論能量密度越低，導電性越差。
綜合3種不同的體系特性，目前過渡金屬氧化物是鈉離子電池工業(yè)化程度最高的，也是能迅速量產的一款體系。
關于負極材料，也分為三類：碳基材料、合金類材料、鈦基材料。目前，碳基材料應用比較廣泛的，硬碳是指難以石墨化的、無序的，能形成石墨硅晶無序排列的結構。其無序結構可以提供很多儲鈉點位，使得鈉離子可以有效得到儲存。它的比容量大概是250-350mAh/g，首次庫倫效率在80%-90%之間。電化學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極材料匹配的電解液。
對于鈉離子電池未來的優(yōu)化方向，目前鈉離子電池的整個性能并沒有完全發(fā)揮鈉離子電池應有的成本優(yōu)勢，以及電化學性能優(yōu)勢。主要原因是產業(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。通過不斷完善產業(yè)鏈及配方改良，在未來1-2年之內，鈉離子電池能夠進一步在儲能領域，以及低速車領域當中得到很好的應用。
興儲世紀成立于2007年，全球知名的新能源智能微電網解決方案提供商。在離網儲能建設和運維規(guī)模當中位于全球前列的，巴基斯坦第一大新能源獨立發(fā)電商，以及巴基斯坦分布式儲能市場占有率第一位。公司產品的全家福涵蓋了便攜式電源、光伏逆變器、戶儲、工商業(yè)儲能、集裝箱儲能等產品。
本次展會當中帶來了3款鈉離子電池產品，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、75安時和240安時，目前能量密度可以達到150瓦時每公斤，循環(huán)次數(shù)可以達到2500次-3000次的數(shù)值?？蓱糜趦δ茴I域，包括戶儲、工商業(yè)儲能都可以應用到鈉離子電池，以及低速交通工具，例如電動車，低速自行車，船舶以及公共汽車等大型電力應用。
興儲世紀鈉離子電池于2022年完成的材料體系確立和優(yōu)化，以及1860柱形電池驗證工作，在鈉離子電池技術和工藝以及材料方面有了很深的積累。興儲世紀鈉離子電池完成研發(fā)成果轉移至大尺寸電池，包括軟包和方殼電芯以及其他關鍵材料配套開發(fā)。目前，興儲世紀鈉離子方形鋁殼電芯循環(huán)壽命可以達到2500次左右，并啟動鈉離子電池在儲能領域的應用項目驗證。
興儲世紀規(guī)劃是5GWh的鈉離子電池產業(yè)園項目，總投資約25-30億元。第一期首批鈉離子電池建設，約1GWh，于今年2月份進行開工，計劃年底會完成土建和設備的調試工作，明年可以生產鈉離子電池。
以上是我的匯報，謝謝各位！
