钠离子电池与锂离子电池
钠和锂的物理化学性质不同,因此它们的电化学性质不同。 钠离子的质量和半径较大,储钠材料中的迁移速率较慢,不利于钠离子电池倍率性能的提高,也导致钠离子电池的质量体积能量密度不如锂离子电池。
例如,宁德时代发布的麒麟电池(锂离子电池)的能量密度高达255 Wh kg,而钠离子电池的能量密度仅为160 Wh kg。 两者之间的巨大差距,一方面是因为钠离子电池的技术不如锂离子电池成熟,另一方面是因为其自身的性质,钠离子电池的上限在能量密度上会低于锂离子电池。 目前,钠离子电池的能量密度与磷酸铁锂电池的能量密度重叠,与三元锂电池存在较大差距。
在这种情况下,钠离子电池需要不同的材料体系来适应自身的物理和化学性质,并最大限度地发挥钠离子的优势。 因此,在正负极材料、电解液和集流体材料的选择上存在差异。
从两者的性能对比来看,钠离子电池在能量密度和循环寿命方面表现不佳,但在经济性、安全性和温度适应性方面具有明显优势。
特别是在安全性方面,钠离子电池脱颖而出。 经中国汽车技术研究中心检测,钠离子电池不冒烟、不冒烟、不发**、针灸时不烧伤、短路、过充、过放、挤出等实验时不烧伤,安全性明显优于锂离子电池。 同时,钠离子电池具有更好的热稳定性。 锂离子电池起始自热温度为165,钠离子电池起始自热温度为260,在ARC测试中,钠离子电池的最大自热率明显低于锂离子电池。 在目前所有的安全项目测试中,钠离子电池都没有发生过。 钠离子电池比锂离子电池更安全,主要是因为钠是锂的下一个循环元素,化学性质更稳定,钠离子电池的内阻比锂离子电池高,短路等安全测试中瞬时发热较少。 此外,钠离子电池采用稳定性较好的铝箔作为负极集流体,运输前可完全放电至0V,运输安全性也更高。 钠离子电池产业链
钠离子电池和锂离子电池在结构上相似,因此两者的产业链也比较相似。
上游原料主要是涉及生产正负极材料、电解液和隔膜的制备材料,中游主要是正负极材料、电解液和隔膜的制备,以及电池的制造,下游应用主要在电力和储能领域。
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钠离子电池应用领域
钠离子电池有其自身的差异化优势,但尚未量产,成本难以降低。 未来,在技术逐渐成熟后,成本优势将显现,有望在储能、电动自行车和低速电动车(低速四轮车、电动三轮车等)领域大规模应用。
1、磷酸铁锂电池和三元锂电池在储能领域的度电成本相对较高,难以满足容量储能的大规模商业化应用。 对于储能,理想的平准化度电成本需要降低到0低于 3 kWh 的钠离子电池是最有前途的应用。 关于钠离子电池在这方面的优势,我们在系列1《正式开通商业应用的锂电池补充技术》中已经进行了更多解释,这里不再赘述。 2、在电动自行车领域,我国电动自行车保有量已达3辆2亿辆汽车,其中70%和80%使用铅酸电池。 铅酸蓄电池的产业化是最成熟的,但面对严重的环境问题,废铅酸蓄电池中含有铅和铅酸液等物质,造成严重的环境污染。 同时,在性能方面,循环寿命和能量密度远低于锂钠电池。
为进一步规范行业发展,2019年4月15日,国家开始实施《电动自行车安全技术规范》(简称《新国标》),规定电动自行车整车重量(含电池)不高于55kg。 由于能量密度低,只能使用更多的电池以增加续航里程。 假设电动自行车充电1kWh(约75公里续航里程),铅酸电池的重量达到25kg。 因此,铅酸蓄电池电动自行车的重量一般超过70kg,无法满足“新国标”的要求,而在同样的情况下,锂电池的重量只需要5kg。
考虑到对电池体积和质量的要求,也可以先排除低能量密度(15 50Wh kg)的钒电池,剩下的技术路线主要是锂离子电池和钠离子电池。 在“新国标”政策、消费需求升级等因素的推动下,锂电池正在加速替代铅酸,两轮电动车渗透率快速提升,2021年达到23辆4%。2021年以来,锂电池上游原材料明显变大,锂电池成本上升,增加了消费者的购买成本。 这为钠离子电池的替代品提供了机会。 与锂离子电池相比,钠离子电池成本更低,工作温度区更宽,安全性更高,对电动自行车的能量密度要求不如电动汽车高,因此有望迅速应用于电动自行车。 2017年底,中科海纳研发出一款用于电动自行车的48V 10Ah钠离子电池组。 2021年7月,艾玛科技在经销商大会上发布了全球首批钠离子电池供电电动自行车,标志着钠离子电池电动自行车从示范到量产的过渡。 钠离子电池的循环寿命远远超过铅酸电池,能量密度是铅酸电池的3倍以上,成本远低于铅酸电池。 在龙头企业进入的带动下,钠离子电池在电动自行车领域的应用有望加速。 3、低速电动车和A00电动车在低速电动车和A00电动车领域被称为国车,因为驾驶员不需要驾照,也不需要为驾照支付额外的保险费,在中国三四线城市和农村地区有广阔的市场。 由于在初始成本方面的优势,中国低速电动汽车之前大多使用铅酸蓄电池,更换将是必然趋势。 为规范行业发展,2021年6月,工信部印发《纯电动乘用车技术条件》草案,明确将四轮低速电动车列为纯电动乘用车的一个子类,命名为“微型低速纯电动乘用车”,并提出了产品的相关技术指标和要求, 低速电动车正式纳入正规化管理。
标准确定后,大多数车企都有了明确的目标,他们试图切开低速电动市场的蛋糕,推出了低成本的A00电动汽车。 作为A00级纯电动汽车的代表,五菱宏光MINI EV已连续数月独占新能源汽车月销量。 低速车和A00电动车主要用于农村和城市地区接送学生上下学、短途购物等短途交通需求,里程要求不高,动力电池的能量密度要求相对较低。 2018年,中科海纳推出全球首款钠离子电池(72V、80Ah)驱动的低速电动汽车,开辟了钠离子电池在电动汽车领域的应用空间。 在和平与吉祥中庆祝新年