随着技术的发展与产业化的进行,钠离子电池在对能量密度要求不高的场景中将获得广泛应用,若2025年钠离子电池在电化学储能领域渗透率达到25%,则对应约10GWh的装机量,对应约40亿元的市场空间。
钠离子电池商业化进展近年来加快。2021年5月21日,宁德时代董事长宣布公司将于今年7月份左右发布钠离子电池。而早在2020年6月宁德时代成立21C实验室时,就把钠离子电池作为中短期的三个主要研究方向之一。我国的中科海钠公司也在近年来先后推出钠离子电池电动自行车、电动汽车和储能电站的示范。[url=]#钠离子电池#[/url]
钠离子电池的出现是现有锂电池技术的补充,目前钠离子电池的能量密度可以做到150Wh/kg上下,与磷酸铁锂电池、锰酸锂电池接近,循环寿命可以做到3000~6000次,与磷酸铁锂相当,优于锰酸锂和三元材料,热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当。
与锂离子电池类似,钠离子电池产业链也主要包括上游的原材料、中游的电芯及电池以及下游的应用。与锂离子电池产业链的主要差异表现在上游正、负极材料以及中游电池厂的技术能力。
钠离子电池产业链:
资料来源:天风证券
目前常见的钠离子电池主要有钠硫电池,水系钠离子电池,有机钠离子电池和固态钠离子电池。不同类型的钠离子电池在性能特点、材料体系上有着较大的区别。
钠离子电池中,正极材料使用钠离子的活性材料,常见的包括普鲁士蓝、铜铁锰或镍铁锰层状氧化物;负极材料由于钠的半径较大,并不能在石墨层中可逆的脱嵌,因此一般选择具备嵌入钠离子的能力强、体积变形小、扩散通道好、化学稳定性好等特点的硬碳材料。
电解质和隔膜可以沿用锂电池体系中的材料,但电解液中的六氟磷酸锂需要换成六氟磷酸钠。
由于锂电池主要以石墨作为负极,铝箔作为负极集流体在低电位下易与锂形成合金,因此需使用铜集流体,而钠离子正负极均可使用价格较低铝箔作为集流体。
钠离子电池与锂离子电池均属于二次电池,其工作原理都是“摇椅式”。钠离子电池在充电时,Na+从正极脱出,经电解液横穿隔膜嵌入负极,使正极处于高电势的贫钠态,负极处于低电势的富钠态;放电过程则与之相反,Na+从负极脱出,经电解液穿过隔膜嵌入正极材料中,使正极恢复到富钠态。理想的充放电情况下,Na+在正负极材料间的嵌入和脱出不会破坏材料的晶体结构,充放电过程发生的电化学反应是高度可逆的。
目前国内外有近三十家企业对钠离子电池进行产业化相关布局,主要包括英国FARADION公司、美国NatronEnergy公司、法国Tiamat公司、日本岸田化学、松下、三菱化学以及中科海钠(中科院物理所背景)、钠创新能源(上海交大背景)、星空钠电(国内外合作)等,此外电池巨头宁德时代也早早布局了钠电的研发。
钠离子电池目前处于产业化初期,短期内难以与锂离子电池直接抗衡,更可能承担补充/备选角色,其应用场景更可能是非锂电池主流应用领域,如低速电动车、部分储能、工程机械、基站通信备用电源等领域。
因此,在产业链的完善、产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面,钠离子电池仍然有很长的路要走。随着宁德时代的入局以及双碳目标的制订,可以大大加速这个过程,预计在更远的未来,锂电/钠电将可能成为互补格局。
来源:乐晴智库