兴储世纪刘杨：新型储能系统中钠离子电池的研究与应用

浩博电池网讯：5月24～26日，由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导，中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。

??来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业，5417位嘉宾参加了本届大会，其中245家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。

??5月25日上午，兴储世纪科技股份有限公司副总裁、首席电池科学家刘杨受邀在新型储能系统集成解决方案专场分享了主题报告，报告题目为《新型储能系统中钠离子电池的研究与应用》。以下是报告主要内容：

??刘杨：各位来宾，各位专家，大家上午好，我是刘杨，来自兴储世纪。我今天演讲的题目是：钠离子电池研究与应用。

??在“双碳”目标的推进下，整个新型储能在电力系统当中作用越来越突出。由于新型发电包括风光发电具有间断性、不连续性、波动性这么一个弊端，使得新型储能系统在整个电力系统关键要素由原来源网荷，逐渐转为网荷储四要素。新型储能对于解决新型发电系统，包括经济性、安全性及稳定性，提供了非常好的解决途径。

??这张图可以看到对于储能技术角度来说大致可以分成三个方面，分别是物理储能、电化学储能和化学储能。

??对于未来储能市场应该是多技术路线并存的市场，根据不同的细分市场领域，每一个储能技术都会找到一个合适的细分市场。

??电化学储能包括的种类很多，目前比较火热的包括锂离子电池和钠离子电池，都是属于新型的储能技术。由于电化学储能投资小、见效快、性价比比较高、选址灵活等优势，对于区域的调峰调频调压方面具有很大的作用。在过去一两年中，钠离子电池无论在储能市场还是在其他动力电池市场都受到了很大的关注。

??关于钠离子电池发展的过程，锂离子电池和钠离子电池基础研究同时始于上世纪70年代。由于锂离子电池迅速找到与之配对的负极材料，也就是石墨。使得锂离子电池的发展非常迅速，钠离子电池研发相对滞后一点。直至2011年世界上首家钠离子电池公司Faradion在英国成立，之后在世界范围内陆续成立了多家专门从事钠离子电池的公司，中国首家专门从事钠离子电池的中科海钠在2017年成立，之后包括钠创、宁德时代、兴储世纪也在近几年发布了钠离子电池的规划。

??中国钠离子电池呈井喷式爆发，究竟是哪些原因使得众多企业进入钠离子电池赛道呢，我们简单看一下锂资源和钠离子资源的对比。对于锂资源来说，地壳中含量非常稀少，大概在0.0065%左右，且分布非常不均匀，大部分集中在南美洲和澳洲。我国80%的锂资源需要依赖于进口，它的价格波动也是非常大。可以看到碳酸锂的价格从去年飙升到60万/吨，降至今年年初18万/吨。它的主要波动原因是受到了动力电池供需关系的影响。我们对比一下钠资源，钠资源在整个地壳环境当中储量非常丰富，大概在2.75%左右，且分布非常平均。可以看到中国的钠储量也是非常丰富的，位居全球前列。其次它的价格非常低廉，作为主要的钠盐的原材料，碳酸钠价格长期稳定在2千-3千元/吨，对比碳酸锂价格目前在30万/吨，应该说只有1%。钠离子电池作为一种新型储能技术，对于储能市场对成本特别敏感的市场，它具有很强的预判性，所以发展钠离子电池减少我国锂资源对外依存度具有重要的战略意义。钠离子电池和锂离子电池工作原理和特点非常相似，除此之外钠离子电池也有独特的特点，它的主要特点可以归纳于6个方面：工作温域宽、成本低、能量密度适中、循环寿命适中，安全性高、充放电倍率优。

??首先看一下它的成本，我们提到钠离子电池钠盐的成本只是锂盐成本1%左右，所以说它的正极材料以及电解液所使用的钠盐，使得钠离子电池成本非常低廉。同时从钠离子电芯维度来看，它的正负极材料均可以使用铝箔作为集流体。有别于锂离子电池需要使用负极材料需要采用铜箔，钠离子成本可以得到进一步有效的控制。钠离子电池安全性比较高，因为钠离子电池可以完全放置0V进行保存和运输，因此在运输当中它的风险极大的降低了。在短路的过程当中，由于钠离子电池材料本身材料的特性，自发热量比较少，升温温度比较低一些，因此不容易引起电解液起火和爆炸的隐患。

??同时它的工作温域比较宽泛，大概可以在零下30-60度之间，都可以正常使用，有别于锂离子电池在零下二三十度，整个电池容量衰减的比较快。

??能量密度适中，作为钠离子来讲，离子半径要大于锂离子，导致它的体积和质量的能量密度略逊于现在的磷酸铁锂电池。但随着研发进程发展，未来几年当中钠离子电池有望超过磷酸铁锂的能量密度。

??关于钠离子电池这些特性，也是由于关键材料特性由来的。我们看看正极材料，目前主要分为三个体系，分别是：过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子化合物。过渡金属氧化物是所有电芯厂当中一个比较主流的选择，它类似于锂离子电池当中的三元材料，它的主要特点具有较高的能量密度、较高电压平台，但它在循环过程中存在结构相变，导致它的循环性能稳定性稍微差一些。在过渡金属氧化物当中，分为O3型和P2型。O3型主要是能量型的材料体系，而P2型是快速充放电倍率型的体系。普鲁士类化合物，因为它的结构是特别开放的三维网状结构，有利于钠离子脱嵌。同时它在分子式当中采用比较低廉的铁和锰为元素，使得材料成本非常低廉。同时材料结构稳定性非常好，它的主要劣势在于制备过程中配位水难以得到控制，从而影响到它的循环稳定性。聚阴离子类化合物，它具有良好的热稳定性以及结构稳定性，包括高电压平台。但它的理论能量密度越低，导电性越差。

??综合3种不同的体系特性，目前过渡金属氧化物是钠离子电池工业化程度最高的，也是能迅速量产的一款体系。

??关于负极材料，也分为三类：碳基材料、合金类材料、钛基材料。目前，碳基材料应用比较广泛的，硬碳是指难以石墨化的、无序的，能形成石墨硅晶无序排列的结构。其无序结构可以提供很多储钠点位，使得钠离子可以有效得到储存。它的比容量大概是250-350mAh/g，首次库伦效率在80%-90%之间。电化学性能略低于锂离子电池石墨的性能。软碳虽然成本很低，但性价比不突出，并不是目前主流的选择。至于合金类材料和钛基类材料目前还属于研发状态。除此之外，电解液材料及隔膜材料也会影响到钠离子电芯性能的表现，包括选择与正极材料和负极材料匹配的电解液。

??对于钠离子电池未来的优化方向，目前钠离子电池的整个性能并没有完全发挥钠离子电池应有的成本优势，以及电化学性能优势。主要原因是产业链并不是非常完善的，以及钠离子电池研发的初始阶段。通过不断完善产业链及配方改良，在未来1-2年之内，钠离子电池能够进一步在储能领域，以及低速车领域当中得到很好的应用。

??兴储世纪成立于2007年，全球知名的新能源智能微电网解决方案提供商。在离网储能建设和运维规模当中位于全球前列的，巴基斯坦第一大新能源独立发电商，以及巴基斯坦分布式储能市场占有率第一位。公司产品的全家福涵盖了便携式电源、光伏逆变器、户储、工商业储能、集装箱储能等产品。

??本次展会当中带来了3款钠离子电池产品，包括一款软包电池和两款方形铝壳电芯。额定容量分别是22安时、75安时和240安时，目前能量密度可以达到150瓦时每公斤，循环次数可以达到2500次-3000次的数值。可应用于储能领域，包括户储、工商业储能都可以应用到钠离子电池，以及低速交通工具，例如电动车，低速自行车，船舶以及公共汽车等大型电力应用。

??兴储世纪钠离子电池于2022年完成的材料体系确立和优化，以及1860柱形电池验证工作，在钠离子电池技术和工艺以及材料方面有了很深的积累。兴储世纪钠离子电池完成研发成果转移至大尺寸电池，包括软包和方壳电芯以及其他关键材料配套开发。目前，兴储世纪钠离子方形铝壳电芯循环寿命可以达到2500次左右，并启动钠离子电池在储能领域的应用项目验证。

??兴储世纪规划是5GWh的钠离子电池产业园项目，总投资约25-30亿元。第一期首批钠离子电池建设，约1GWh，于今年2月份进行开工，计划年底会完成土建和设备的调试工作，明年可以生产钠离子电池。

??以上是我的汇报，谢谢各位！

【责任编辑:孟瑾】