中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨第二屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會(huì)主題是“新能源、新機(jī)遇、新高度”。
會(huì)議期間，組委會(huì)邀請(qǐng)了興儲(chǔ)世紀(jì)科技股份有限公司副總裁、成都研究院副院長(zhǎng)劉楊分享主題報(bào)告《鈉離子電池—重芯儲(chǔ)發(fā)》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
劉楊：以鋰離子電池成本拆解為例，原材料中，60%是由正極材料所占據(jù)的。如果我們用鈉離子電池替換鋰離子電池，可以將正極材料原料成本可以大幅下降，而整體材料成本大概可以下降30～40%左右。
簡(jiǎn)單說一下鈉離子電池的正極材料。正極材料目前以三個(gè)體系為主，分別是過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物和聚陰離子。目前來講，過渡金屬氧化物是一個(gè)首選材料，因?yàn)楸姸鄰S家都選用過渡金屬氧化物。它是一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)，非常類似于我們今天用的鋰電池的三元材料。普魯士藍(lán)化合物它的結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常開放的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于鈉離子電的脫嵌。聚陰離子材料跟磷酸鐵鋰的結(jié)構(gòu)非常相似，是一個(gè)橄欖石結(jié)構(gòu)，其三維通道非常有利于鈉離子的脫嵌。
首先我們看一下這三個(gè)材料各自的優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)。
正極材料，過渡金屬氧化物，首先它具有比較高的理論能量密度和比較高的電壓平臺(tái)，但是在循環(huán)過程當(dāng)中，它存在著一個(gè)不可逆的相變，進(jìn)而導(dǎo)致它的循環(huán)穩(wěn)定性較差。通常來說O3的結(jié)構(gòu)它具有很高的鈉含量，它相對(duì)應(yīng)的能量密度非常高。而P2結(jié)構(gòu)它的鈉含量相對(duì)較少，循環(huán)穩(wěn)定性，它整個(gè)在鈉的傳導(dǎo)過程當(dāng)中，它所需要克服的勢(shì)壘較低，所以它具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性。
普魯士藍(lán)化合物具有比較高的開放的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)它所應(yīng)用的元素包括鐵和錳都是成本比較低廉的元素，因此它的整個(gè)材料的成本控制非常好。除此之外，材料穩(wěn)定性也非常優(yōu)異。但是它的主要劣勢(shì)在于，在制備的過程當(dāng)中，它的配備水難以控制，因此會(huì)導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性比較差一些。
鈉離子聚陰離子材料跟磷酸鐵鋰也很相似，它的特點(diǎn)是熱穩(wěn)定性非常好，而且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性也比較優(yōu)異，電壓平臺(tái)高。它的劣勢(shì)在于能量密度較低，且導(dǎo)電性較差。
我們可以看到右面這個(gè)圖（如圖）。在不同的正極材料體系當(dāng)中，包括層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍(lán)，它跟磷酸鐵鋰的能量密度應(yīng)該是非常相似的。
負(fù)極材料主要包括三個(gè)方面，分別是碳基材料、合金類材料和鈦基氧化物。碳基材料目前是一個(gè)主流的選擇，主要是以無定形碳，包括層間距比較大的軟碳和硬碳。它這種無序排列會(huì)提供很大的儲(chǔ)鈉的一個(gè)點(diǎn)位，因此是一個(gè)首選。合金類的化合物，它是指那些可以與鈉發(fā)生反應(yīng)的元素。在這個(gè)過程當(dāng)中，具體的化學(xué)反應(yīng)方程式顯示如下，大家可以看到（如圖）。鈦基氧化物目前它并非是一個(gè)主流的選擇，它主要是一個(gè)層狀或者隧道型的鈦基氧化物。
我們看一看負(fù)極這幾個(gè)具體的特點(diǎn)。
碳基氧化物包括硬碳和軟碳，硬碳是指那些難以石墨化的，并且具有很大的層間距。它可形成很多的石墨微晶的無序堆積，可以提供很多的儲(chǔ)鈉點(diǎn)位。它的比容量通常來說是在250～350mAh/g，它的主要缺點(diǎn)是首效比較低一些，大概在80～90%之間。軟炭是指那些比較易石墨化的，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該介乎于硬碳和石墨之間，它的有序度更高一些。主要優(yōu)點(diǎn)是成本比較低廉，容量應(yīng)該是遜色于硬碳的。
合金類，它的特點(diǎn)非常鮮明，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常鮮明。比如說它的理論的容量非常高，但是伴隨著比較大的體積膨脹。
鈦基氧化物，它跟我之前說的非常相似，它的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，循環(huán)性能比較好，但是它現(xiàn)在并不是一個(gè)主流的負(fù)極材料選擇。
鈉離子電池優(yōu)化。我簡(jiǎn)單說一下正極材料的主流的選擇，過渡金屬氧化物。因?yàn)橹拔乙蔡岬搅耍c離子電池尤其是過渡金屬氧化物，它在循環(huán)的過程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生不可逆的相變。我們?cè)趺匆种七@種相變的產(chǎn)生？可以通過多相金屬來合成一個(gè)層狀氧化物，來抑制這種不可逆相變的形成，從而提高它的循環(huán)性能。
第二種，我們都知道，過渡金屬在正極材料當(dāng)中提供了氧化還原反應(yīng)，并為正極材料提供容量。同時(shí)我們也可以考慮類似于富鋰的富鈉正極材料，使得陰離子也就是氧離子的還原活性提供額外的一個(gè)容量，進(jìn)一步提升鈉離子電池的能量密度。
舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。這是我們?cè)缧┠曜龅囊粋€(gè)研究成果，它是用鎳、錳、鈦、鎂及其他的過渡金屬氧化物合成一個(gè)比較復(fù)雜的化合物，它的克容量大概在155mAh/g，放電平臺(tái)在3.2V，整個(gè)材料的能量密度大概在500Wh/kg。我們可以看到這半電池和全電池的結(jié)果當(dāng)中，它有非常好的一個(gè)容量保持率，尤其在高低溫性能上，它的容量保持率也非常優(yōu)秀。
下一個(gè)是負(fù)極材料，這里我著重講的是硬碳材料。硬碳材料，我們第一個(gè)系列是通過將兩種硬碳前驅(qū)體進(jìn)行混合，高溫碳化，得到的“系列一”，它主要有以下這些特點(diǎn)：全電池克容量可以達(dá)到320mAh/g。振實(shí)密度可以達(dá)到1.05g/cm3每立方厘米。我們將a和 b物質(zhì)按不同比例來進(jìn)行混合，中間的實(shí)線是日本可樂麗的一個(gè)振實(shí)密度，可以看到按照不同比例的混合，我們振實(shí)密度可以達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)分布。1.05g/cm3目前應(yīng)該是比較高的一個(gè)振實(shí)密度，這樣比較高的振實(shí)密度可以大大提升整個(gè)鈉離子電池的能量密度。同時(shí)在最右面是一個(gè)全電池（如圖）的比較。綠色的線是我們混合的硬碳材料，而黑色的線是日本可樂麗的硬碳材料。在全電池的表現(xiàn)當(dāng)中，混合硬碳表現(xiàn)更加優(yōu)異，在100次循環(huán)它的容量衰減率只有0.2%，而我們看到黑色的日本可樂麗硬碳它大概有5～7%的容量衰減率。
第二個(gè)是一個(gè)硬碳復(fù)合材料。從左邊SEM（圖）當(dāng)中可以看到我們的中間是一個(gè)硬碳顆粒，外圍包覆的是納米錫材料。我們知道錫材料可以跟鈉進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)它的最大問題是它的體積膨脹，所以說我們把錫金屬進(jìn)行納米化包覆在這個(gè)硬碳材料當(dāng)中，所以我們得到的克容量在全電池當(dāng)中可以達(dá)到420mAh/g。同時(shí)在全電池當(dāng)中，我們可以看到放電平臺(tái)也有一定提升，放電平臺(tái)提升可以再進(jìn)一步的提高整個(gè)電池的能量密度。
最后我介紹一下我們興儲(chǔ)世紀(jì)的鈉離子電池。興儲(chǔ)世紀(jì)科技股份有限公司成立于2007年，是全球知名的智能微電網(wǎng)解決方案提供商。我們?cè)谒拇?、甘肅等偏遠(yuǎn)地區(qū)完成了很多新能源儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)，同時(shí)我們的業(yè)務(wù)遍布巴基斯坦，目前我們正在積極開拓美洲和歐洲市場(chǎng)。興儲(chǔ)世紀(jì)的離網(wǎng)光儲(chǔ)智能微電網(wǎng)項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模已位居全球前列，我們是巴基斯坦光伏發(fā)電領(lǐng)域第一大能源獨(dú)立發(fā)電商（IPP），是巴基斯坦知名的新能源品牌。2022年我們發(fā)布了鈉離子電池的規(guī)劃路線，在今年早些的時(shí)候，我們首先完成了鈉離子電池的體系確立、組合優(yōu)化，包括18650圓柱形電池的小試。目前我們正在進(jìn)行大尺寸電池的市場(chǎng)驗(yàn)證，同時(shí)進(jìn)行了關(guān)鍵材料開發(fā)和配套。在未來的兩年之內(nèi)，我們會(huì)不斷地優(yōu)化我們產(chǎn)品，包括材料、產(chǎn)品規(guī)格以及儲(chǔ)能裝置的驗(yàn)證工作。最終在2025年，我們將推出自己的鈉離子電池電芯，包括不同規(guī)格、不同型號(hào)的。最終的產(chǎn)品會(huì)用到我們自己的儲(chǔ)能產(chǎn)品上面。
我簡(jiǎn)單介紹一下我們自己的儲(chǔ)能產(chǎn)品。
首先這款產(chǎn)品叫做Panda，它是戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)。從這個(gè)圖（如圖）當(dāng)中，我們可以看到它由三部分組成，分別是逆變器、多控系統(tǒng)和電池模塊。在之后的鈉離子電池量產(chǎn)化，我們的電池模塊就采用我們自己鈉離子電池電芯，每一個(gè)電池模塊大概為3.8度電。這個(gè)系列產(chǎn)品安裝維護(hù)非常的便捷快速簡(jiǎn)單，主要是面向戶用儲(chǔ)能。
下一款產(chǎn)品是我們公司的明星產(chǎn)品，叫做Scopio（音）。這款產(chǎn)品已大量應(yīng)用在我國(guó)無電偏遠(yuǎn)山區(qū)和巴基斯坦的儲(chǔ)能項(xiàng)目。（如圖）從右面的圖我們可以看到，這些是我們非常成功的一些儲(chǔ)能項(xiàng)目。整個(gè)產(chǎn)品分為電控柜和電池柜兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分應(yīng)該說可以進(jìn)行分布式級(jí)聯(lián)應(yīng)用，整個(gè)電池柜和電控柜它的體積非常小，便于運(yùn)輸，尤其在交通欠發(fā)達(dá)的地區(qū)優(yōu)勢(shì)更為明顯。
最后一款產(chǎn)品是我們公司的集裝箱式產(chǎn)品。這款集裝箱產(chǎn)品叫Blue，我們分為20尺和40尺的。我簡(jiǎn)單舉個(gè)例子，這款是40尺的（如圖），根據(jù)不同場(chǎng)景和設(shè)計(jì)的要求，我們可以把它做到2MWh和2.8MWh，它主要面向的項(xiàng)目是大型儲(chǔ)能裝置。
最后我簡(jiǎn)單說一下我個(gè)人對(duì)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)以及未來的展望。目前鈉離子電池還有一定的技術(shù)挑戰(zhàn)，首先是關(guān)鍵材料性能有待提升。我們知道有三個(gè)體系，哪個(gè)體系能夠脫穎而出，現(xiàn)在還沒有確定。技術(shù)成本優(yōu)勢(shì)有待實(shí)現(xiàn)，目前我們的生產(chǎn)工藝成熟度還不是特別高，也沒有出現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)。最后一點(diǎn)是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有待制定，使得鈉離子電池更加規(guī)范化安全地使用。鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化目前還處于研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化初期，預(yù)計(jì)在2023年可以形成產(chǎn)業(yè)鏈，預(yù)計(jì)在2025年鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正式開啟。
對(duì)于應(yīng)用市場(chǎng)，鈉離子電池的主要應(yīng)用市場(chǎng)還是在儲(chǔ)能領(lǐng)域。預(yù)計(jì)在2025年之后，鈉離子新增的電化學(xué)儲(chǔ)能將超過傳統(tǒng)的抽水儲(chǔ)能，主要用于發(fā)電車的新能源消納和電網(wǎng)側(cè)的調(diào)峰調(diào)頻，預(yù)計(jì)在2025年電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)量就超過50GWh。除此之外，其他的領(lǐng)域類似于低速力電動(dòng)車，也是鈉離子電池的另外一個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)。在這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，鈉離子電池有望對(duì)鉛酸電池進(jìn)行部分替代。
以上就是我的簡(jiǎn)短報(bào)告。謝謝大家。
