SES Power为你解说钠离子电池的原理、材料、前景-瑞达国际集团

　　SES Power为你解说钠离子电池的原理、材料、前景

　　钠离子电池最早在20世纪80年代初出现，随后由于锂离子电池的性能更为优异，钠离子电池的研究一度停滞。2010年后，随着全球各个行业对锂电池的需求越来越大，导致锂离子电池的材料供不应求，人们对钠离子电池的研究重新兴起。

　　SES Power经常使用锂电池来定制化制作产品，比如采用了EVE、CATL、BYD的方形铝壳磷酸铁锂电池的12V100Ah、24V100Ah、36V100Ah、48V100Ah，家庭储能3KW、5KW系统，机架式储能系统等产品。但是我们相当关心钠离子电池的发展，因为它意味着无限的可能性。下面让SES Power的资深工程师为你分析下钠离子的电池的原理、组成、前景。

　　钠离子电池的工作原理主要依靠钠离子在正极和负极之间移动进行工作：充电时，钠离子从正极脱嵌，在电解液中游动穿过隔膜嵌入负极，负极处于富钠状态;放电时则相反。

　　(钠离子电池原理图及内部构成)

　　钠离子电池的优势是能量密度相对较高、使用安全性高(可放电到0V)，环保(不含铅、镉、汞等对环境有污染的元素)、资源来源广泛、成本低。

　　由于钠离子电池工作原理以及电池材料与锂离子电池高度相似，电池生产的工艺和设备可以复用。这也意味着电池工厂的投入会大大减少。

　　根据应用场景不同，钠离子电池主要可分为动力和储能两种。相比成熟的锂离子电池商业化水平，钠离子电池的商业化进度仅仅处于起步阶段，仅有少数企业的钠离子电池进行了初步的商业化，完整成熟的产业链也未形成。

　　由于钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，很多材料和工艺可以复用，从原材料的方面看来也是如此。在原材料方面，钠离子电池和锂离子电池首先最明显的区别就是工作离子的不同。

　　A：正极材料

　　而目前实验室中合成钠离子电池用正极材料，钠的来源十分广泛，但是大规模工业生产对于成本、工艺安全性、酸碱性都有一定的要求，最有可能成为工业生产原料的还是碳酸钠(即纯碱)。

　　与锂资源在全球分布不均且稀少的情况相反，钠资源在全球广泛分布，其在地壳中的丰度位于第6位，我们日常食用的食盐就是最常见的钠盐——氯化钠。最常见的氯化钠来源有海盐、湖盐以及岩盐(矿盐)等。

　　钠离子电池组成结构主要包括正极材料、负极材料、电解质、集流体和隔膜五个部分。正极材料正极和负极材料影响着钠离子电池的能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等关键性能指标，对电池性能至关重要。

　　与锂离子电池的正极技术路线基本确定的情况不同，目前钠离子电池相关的正极材料超 100种，技术路线尚处于进化中。根据成分，主流钠离子电池正极材料可分为层状金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物体系。

　　B：负极材料

　　负极材料与锂离子电池采用的石墨材料负极不同，由于石墨层间距过小，较大半径的钠离子嵌入石墨层间需要更大的能量，无法在有效的电位窗口内进行可逆脱嵌，因此认为传统的石墨无法作为钠离子电池的负极。

　　钠离子电池负极材料的研究方向有硬碳，软碳，钛基氧化物以及合金等，针对硬碳的研究最多，目前商业化的钠离子电池也以硬碳材料作为负极为主。

　　C：隔膜

　　隔膜用于隔离钠离子电池的正负极，防止短路现象，同时起到离子通道的作用。

　　目前最常见的有机电解液系的钠离子电池的电解液与锂离子电池的电解液成分非常相近，溶剂不变，仅是溶质盐从六氟磷酸锂改为六氟磷酸钠，所以完全可以使用和锂离子电池一样的隔膜。

　　D：电解液

　　电解液是发生电化学反应所必需的离子电荷载体，是提高钠离子电池功率特性的关键。电解质主要由溶剂、溶液、添加剂等组成。

　　钠离子电池最常见的电解质为有机液体电解质。有机电解质的有机溶剂部分与锂离子电池的对应成分相似。

　　E：正极、负极载体

　　与锂不同，由于铝和钠在低电位不会发生合金化反应，钠离子电池正极和负极的载体，也就是集流体，都可使用廉价的铝箔而不是成本更高的铜箔。钠离子电池集流体铝箔与锂电池基本相同，性能要求基本接近。

　　由于钠离子电池的商业化水平仅处于起步阶段，对电池系统的研究也相对较少。宁德时代在电池系统集成方面开发了AB电池系统解决方案，即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS精准算法进行不同电池体系的均衡控制。

　　应用市场目前的二次电池市场，锂离子电池是绝对的主力和核心。尽管锂离子电池相对没有明显的性能限制，但碳酸锂和钴酸锂等原材料的来源变得越来越困难。

　　SES Power认为尽管钠离子电池研发的初衷是用来补充和替代锂离子电池在动力电池领域的应用，但是由于目前钠离子电池的能量密度不及锂离子电池，暂时无法撼动锂离子电池为主导的电动汽车领域。在固定储能方面，由于对体积和质量要求不高，钠离子电池有广阔的前景。但是因为从公开资料来看，钠离子电池的循环寿命远低于磷酸铁锂电池，成本上也没有很大的优势，特别是磷酸铁锂电池替代铅酸电池的场合，即使钠离子电池能够正式批量生产，在很长时间内都无法替代磷酸铁锂电池。

　　至于我们的能够在-40摄氏度环境下使用磷酸铁锂电池，是经过多年的研发和实验才稳定下来，我们相信钠离子电池更加无法替代。