钠离子电池是否真的可以实现量产并商业化?

Howell  |  点击量:170次  |  2022年03月15日  

       钠离子电池是否真的可以实现量产并商业化?我国工信部将推动钠离子电池全面商业化引发热议,电池技术革命是否真的正在到来?自1991年索尼公司首次商业化锂离子电池以来锂离子电池的地位渐渐地如日中天,但是当前锂离子电池行业存在着巨大危机:

①需求上在过去几年全球新能源车及大规模储能增长势头正猛导致锂离子电池的需求增长数倍;


②供给上锂在地壳中的储存量并不大且分布极不均匀,根据2020年地质调查局的数据全球“锂”储量主要集中在智利、澳大利亚、阿根廷三个国家合计约占世界储存量的75%,尴尬的是中国是第四大锂储量国,但是85%以上的锂资源分布在西部高海拔山区和盐湖地区存在“锂”资源品位低、分离难度大、开采成本高等问题,所以我国80%的锂资源都依赖进口,在以上几个因素的影响下金属锂以及锂离子电池相关原材料比如镍钴铜价格不断上涨,较小的储量加上暴增的需求锂资源供应问题越发紧张。

       对于中国来说锂离子电池相关的发展与成本受制于上游金属锂的供应,   因此我们也面临锂资源“卡脖子”的局面,加上随着锂离子电池的能量密度渐渐接近理论极限以及锂离子的安全隐患等问题,寻求锂离子电池的替代品被提上日程,于是“钠离子电池”成为一种选择。

       钠离子电池并非一种全新的电池技术,在20世纪70年代钠离子电池的发展与锂离子电池的发展是同步进行的,单随着锂离子电池凭借其更高的能量密度、低自放电、高循环寿命,锂离子电池显然有了更大的事业前景。往后商业中对钠离子的兴趣下降,然而步入21世纪第二个十年,随着锂离子电池原材料需求及成本剧增后钠离子电池再次开始被重视


       钠离子工作原理和锂离子电池依靠锂离子在电池内部迁移实现充放电的工作原理类似,钠离子电池有何优点呢:

①纳元素是地壳中第六元素储量丰富储量高达2.36%大约是锂元素的1000倍且分布较为均匀;


②钠离子电池成本比锂离子电池低,钠离子电池少用或者几乎不用稀有金属,相比之下锂离子电池中的钴元素是一种地质储量有限的金属而且以少数几个国家为中心的供应链也不稳定,另外金属钠不会与铝发生合金化反应,这使得可以使用便宜的金属铝作为部件材料,其次钠盐的导电率高于锂盐,因此钠离子电池可以采用低浓度的电解液来降低成本;


③钠离子电池安全性优于锂离子电池,在高低温性能测试数据表明钠离子电池性能更加优异,过充、过放、短路、针刺、挤压等安全测试都能顺利通过且不易起火爆炸。

     由此看来钠离子电池有这么多优点是否就证明钠离子电池将颠覆锂离子电池的主导地位可以实现量产并商业化呢?就目前的研发进度是还没有这么快的,最起码国家有想法往这一步在发展。除了有很多优点外钠离子电池也有缺点如:

①钠离子电池能量密度比锂离子电池低,在元素周期表中,“锂”元素排在第三位,“纳”元素排在第十一位,因而锂元素相对分子质量较少对应电池能量密度就越高,所以锂元素更适合作为能量的载体,目前钠离子电池的平均能量密度为100-150Wh/Kg,锂离子电池为150-250Wh/Kg,这带来的结果是钠离子电池更低的续航和更大的电池重量,众所周知新能源汽车想取代燃油车电池续航能力是关键因素,低能量密度意味着低的续航里程,更大的电池重量也不利于新能源的发展,相反钠离子电池更多的更适合用于低速车、基站、储能等对电池能量密度和重量没这么高的领域;


②钠离子电池的充放电次数效率比锂离子电池低,因为钠离子分子半径比锂离子电池大,因此钠离子在电池内穿梭更加迟缓大大影响充放电效率,导致电池能量密度利用率低且多次充放电后密度下降速度快,同时电池的温度管控难度可能较高;③钠离子
电池产业初期成本可能比锂离子电池更高;虽然前面讲到由于钠离子的特性钠离子原材料带来的成本较低,但这是产业化后的结果,目前由于产业化初期工艺的不成熟无法规模化量产,钠离子电池暂时并没有价格的优势,钠离子电池想要更具价格优势那就必须发展高能量密度和低价格辅材的钠离子电池体系进一步降低钠离子电池生产成本,

       总结:钠离子电池是否真的可以实现量产并商业化?综合上述,我们知道钠离子电池并无法碾压锂离子电池,虽然它的原材料丰富、成本低、安全性高,但是其他方面不如锂离子电池,就核心地位而言钠离子电池主打性价比,目前来看锂离子电池仍然是商业市场首选,钠离子电池可作为有效的技术储备和补充,钠离子电池的替代场景会在部分储能、小动力车、短程电动汽车、电力公司的备用电源领域.


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