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【派勒·解决方案】钠电产业大追逐:待“钠”风起云涌,静盼技术破关

日期：2023-09-07 07:16:50 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：24 评论：0

钠电产业大追逐：待“钠”风起云涌，静盼技术破关

来源：真锂研究

随着2022年碳酸锂价格的大幅波动，我国动力电池产业对于锂资源“卡脖子”问题的重视程度提升到一个新高度，钠离子电池作为锂离子电池的“补充”更具有了一定的战略意义，一时间激发了市场空前的热情。钠离子电池与锂离子电池属于同时代的概念，虽然锂离子电池获得了先一步的发展，但钠离子电池的技术攻关与储备也未曾停歇。

就国内情况来看，目前已有超过20家企业已具备了生产成品钠离子电池的能力，更多的动力电池企业和研究机构对于提升钠电性能的技术攻关正在紧锣密鼓地展开并取得了阶段性成果。与其说当下行情火热的钠离子电池是“一飞冲天”，不如说是“厚积薄发”的过程。

有争议才更健康的钠电市场

现实需求与政策扶持下奠定了钠离子电池的爆发式崛起。钠离子电池与锂离子电池几乎是同一个时期提出的概念，限于当时石墨负极材料储钠能力缺陷，研究重心就倾斜在了锂离子电池方面。

2000年，研究发现高容量硬碳可作为储钠的负极材料，钠离子电池的技术突破再次引起研究者的关注。但随着锂离子电池的蓬勃发展，锂资源全球供给不足且地域分布不均的问题愈发受到关注，锂资源价格波动对于新能源汽车全产业链的影响引发了对于替代资源的迫切需求，对于钠离子电池的研究热情空前高涨。

我国作为全球最大的动力电池生产国和消费国，对于维持国内新能源汽车产业稳定的期望是迫切的，对于摆脱锂资源“卡脖子”困境更是迫切的，基于此，我国针对推进钠离子电池的产业化发展出台了一系列相关扶持文件（图一）。

图一：近几年我国出台钠离子电池相关文件

目前，从国家层面来看，对钠离子电池的发展是大力扶持的态度，但市场对于钠离子电池的看法还存在一些争论。一部分观点认为钠离子电池的发展对于我国新能源汽车产业的作用看似意义重大，实则其较低的能量密度只能应用于低续航电动车场景，比较鸡肋。反倒是更适合在储能、电动二轮车、电动工具等领域使用。

这类观点只是片面的看待钠离子电池的发展，就像磷酸铁锂电池的发展过程一样，不断实现电芯、成组、成包工艺的技术迭代和材料体系革新，使磷酸铁锂体系的电池目前也能满足消费者的日常续航需求，我们更应该用发展的眼光看待钠离子电池。从另一个角度来看，不论是其当前的应用场景，还是替代铅酸电池的意义，都体现出钠离子电池自身的优势和存在的价值，是市场主动选择的结果。

另有一种观点则是表达了对于钠离子电池的隐忧，认为锂资源价格回落会削弱甚至打消对于钠离子电池的需要，钠离子电池的规模化很难顺利展开，技术限制和成本问题将长期存在。

对于此类观点，真锂研究墨柯指出：“当下其实是一个很好的时间窗口。锂价低位的时候，正好不用去考虑市场开拓，踏实把钠电技术的成熟度搞上去，这样，到了下一个锂价周期，钠电就有腾飞的基础了。”锂资源价格的回调阶段正是钠离子电池的积累阶段，为钠离子电池技术优化争取了时间，为钠离子电池企业进行产业化布局争取了时间。据真锂研究统计，我国已有近30家企业宣布了钠离子电池投产规划（图二），未来这个趋势将会持续扩大。

图二：2022-2030E国内钠离子电池产能规划（GWh）

行业内普遍将2023年视作钠离子电池“元年”，是由于2023年钠离子电池开始了放量投产。但目前钠离子电池自身还存在一些待攻破的技术问题，例如电极产气的问题，从科研院校实验室到企业研发部门都在针对这一问题选择不同路径进行技术攻关，我们关注到比克电池提出的“半固态+钠电”的解决思路。

对“半固态+钠电”的众说纷纭

2022年，中科海钠、立方新能源等钠离子电池企业开始小规模产线的投产并陆续有了产品下线。随后，宁德时代、鹏辉能源、孚能科技等一众老牌锂离子电池企业纷纷推出了自家的钠离子电池产品，钠离子电池一时风头无二。不过，宁德时代也曾在行业交流会议中谈到过的钠离子电池电极产气的问题，目前仍是需要进一步技术攻关和优化。而比克电池提出的“半固态+钠电”的思路可能是解决该技术难题的抓手之一。对此，我们通过多种形式采访了多位业内专家。

孙先生是一位具有多年电解液研发从业经验的一线研发人员，曾供职于国内某头部电池企业，对于电芯研究和电芯材料研究具有独特的看法。孙先生对于比克提出的“半固态+钠电”方案对于电池安全方面表示了肯定，他指出：“SEI膜容易被溶解，半固态电解质能有效缓解这一问题，同时，钠离子电池当前主要应用于两轮车市场，两轮车用车电池包BMS品质相对较低，相应的就增加了安全隐患，而半固态电解质方案能有效提升电池包安全性，解决电池包的安全问题。”

针对钠离子电池技术层面的研究，高校及科研院所进行了大量的研究，苏州大学赵教授指出：“现有解决钠离子电池产气的方案主要有：1.控制材料制备过程中的残碱含量，2. 考虑层状氧化材料的表面包覆和改性；3. 采用耐高压和成膜性好的电解液体系；4. 控制DOD，采用相对较窄的工作电压区间等等。”同时，赵教授也表达出了对于半固态电池倍率性能差的隐忧，并对比克电池采用“半固态+钠电”方案并优化半固态电池倍率性问题表达了期许。四川大学吴教授对比克电池选用半固态电解质优化钠离子电池性能的研究思路首先进行了肯定，他同时指出：“产气问题这个事情解决的办法基本还都是掺杂和包覆，但是因为过渡金属的本质都不会有太大的效果，现在文献报道里面对于产气的关注也比较少，最简单的策略还是控制电压上限。掺杂和包覆在锂电三元里也用的很多，从工艺上来说实现不困难。”吴教授指出了半固态的思路成本控制或许会是个问题，钠离子电池的低成本优势或许会失去。吴教授指出的问题或许也会是比克电池接下来产业化生产中需要解决的问题。

此外，我们也同蜂巢能源、孚能科技等国内布局了钠离子电池的企业研发人员进行了沟通了解，对于比克电池进行的“半固态+钠电”的研究思路普遍比较认可，赞同了这种有效解决钠离子电池产气问题的研究方向，但从技术积累到产业化的过程艰辛也是可想而知的。

通过汇总高校及科研院所、钠离子电池一线从业研究人员的观点来看，对于比克电池提出的“半固态+钠电”的研究思路是赞同的，也提出了目前研究中可能存在的电池倍率性差、从实验室走向产业化难度高等问题，体现出大家对于钠离子电池技术发展的广泛关注和共同期盼。比克电池“半固态+钠电”的研究究竟有什么优势，真锂研究通过资料整理和对比克电池的采访进行了汇总。

比克电池“携钠”而来

目前，钠离子电池的正极材料选择方向主要有层状氧化物、聚阴离子、普鲁士蓝三种材料，负极材料主要以硬碳为主。比克电池对钠离子电池的研究始于2021年，选择了正极层状氧化物和负极硬碳的路线，在此基础上开始了钠离子电池性能优化的技术研发。

从液态成膜添加剂到半固态电解质的进阶。比克电池通过大量钠电电解液添加剂试验研究发现，在以层状氧化物钠电正极产气为主的情况下，正极成膜添加剂可以有效抑制正极与电解液的副反应，从而大幅提升电池高温循环性能。而新型成膜添加剂成膜阻抗低，则有效隔绝了电解液与正负极反应，使得高温和低温性能双双提高。半固态电解质的出现，又对液态电解液产生了束缚作用，改善了界面稳定性，明显提升电池循环，并抑制产气现象。

从正极金属元素变价角度择取最优解。比克电池针对最成熟的钠电体系测试了元素变价情况，市面上成熟的含铜体系的层状氧化物，其中铜元素可以参与变价过程，会令材料即使面对空气和水分也非常稳定。这给电池浆料制作过程增添了很多好处，比如很多材料都可以采用单晶，压实密度进一步提高，电池循环也能保持较好的性能。

基于以上的研究成果，优化正负极成膜设计可以降阻抗提升钠离子电池循环，且半固态电解质与合适的钠离子电池正极材料反应效果更有利于提升了钠离子电池的性能，其中，在倍率性能方面，钠电的倍率充电和倍率放电性能显著优于锂电，这或许是对行业研发人员疑虑的最好回应；在高低温性能方面，零下40摄氏度，锂电不能放电，而钠电还能放出室温容量的50%以上；在常温循环方面，预估2000圈以上性能皆优异；在安全性能方面，经过电芯常规安全性测试包括150℃热箱测试、针刺和重物冲击等结果表明，钠电的安全性介于锂电三元和铁锂之间，值得放心。

基于对半固态电解质的充分测试验证，比克电池确立了“半固态+钠电”的研究方向并开始了中试阶段，目前比克电池开发的钠离子电池能量密度达到150Wh/kg，这将会为钠离子电池发展和固态电池发展打开多赢的局面。

由于钠离子电池的结构和工作原理基本与锂离子电池相同，因此，钠离子电池可以借鉴锂离子电池的产业化经验，随着钠离子电池技术的不断突破，其将迎来更迅捷的发展速度和更广阔的发展空间，这必将成为钠离子电池相关企业和科研人员提供自由发挥的天地。同时，钠离子电池产业的发展离不开各位科研人员的辛勤付出，只有钠离子电池性能不断取得突破才有可能在某些领域真正“独当一面”，这也是钠离子电池加快产业化、规模化发展的基础。期待比克电池的“半固态+钠电”方向的顺利进展并提早推进产业化，为钠离子电池的发展再加一把劲！

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