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2022年钠离子电池发展纪要

嘉峪检测网        2023-02-02 10:03

1.中国工程院院士陈立泉:1)由于锂资源有限,不能同时满足电动汽车和电能存储的需求,钠离子电池必将成为下一代电动车辆和储能的电池。2)当前钠离子电池尚处于推广期,随着产业链的完善、技术成熟度的提高和规模效应,钠离子电池的成本有望低于磷酸铁锂电池20%以上,为大规模的推广纳离子电池创造了有利的条件。
 
2.工业和信息化部电子信息司基础处处长金磊:电子司将汇总有关部门,针对新型电池也包括钠离子电池相关产业化,重点做好以下工作。第一,加强产业顶层设计,尽快发布实施关于推动能源电子产业发展的指导意见,针对锂电、钠电等新型电池,健全产业政策,引导产业要支持综合协同发展。第二,我们要继续支持和引导钠离子电池加快创新成果转化,特别是要加强生产工艺的突破,促进批量生产和规模应用,并通过对上游材料、工艺设备等环节的提前布局,促进全链协同发展。第三,要加强标准化引领。近期,电子司组织相关单位开展了我国首批钠离子电池行业标准的制定,包括钠离子电磁术语和词汇、钠离子电磁符号和命名两项基础标准。下一步我们也将继续加快有关产品、材料以及上下游相关标准的制定,推动产业的健康发展。
 
3.国家市场监督管理总局标准技术管理司信息技术与自动化标准处处长刘大山:1)我国钠离子电池也逐步进入规模化试验示范阶段,在低速电动车储能领域崭露头角,有部分企业已经开始了小批量生产,相关测试数据也比较乐观;2)当前我国钠离子电池产业化进程提速,相关标准化工作处于起步阶段,需要政府、企业和社会各界形成合力,统筹谋划。一是需要系统把握产业发展需求,鼓励开展基础及相关试点产品标准的制定。二是超前谋划研究建设标准体系。三是推动先进标准走向国际,助力产业领跑全球标准促进世界互联互通。
 
4.中关村储能产业技术联盟常务副理事长俞振华:1)目前储能规模化、市场化发展的时代已经到来,正处在高速多场景规模发展的时期。2021年,我国新型储能装机规模更是实现了74.5%的高增长率。根据我们的预测,保守的场景下,2026年新型储能总装机将达到48.5GW,复合年均增长率为53.3%。理想场景下,总装机将达到79.5 GW,复合年增长率为69.2%。2)储能应用百花齐放,多场景发展。得益于政策机制,我国新兴储能已经初步形成了电源侧、电网侧、用户侧多元化发展的局面。在电力生产与消费的多个环节,催生了独卫储能、风储、光储、工商业储能等30个应用场景。3)新兴储能的大规模时代到来。越来越多的项目采取了独立储能、共享储能的模式,百兆瓦级的储能项目不断出现,甚至 Gw级的项目也开始进入应用之列。仅在2021年,我国就有70余个百兆瓦的项目开始规划建设。4)钠电池可以说我国已经取得了国际领先地位。
 
专题部分
 
1.国际国内锂钠电池标准化最新动态-中国电子技术标准化研究院 何鹏林:第一部分是国内的锂离子电池标准化工作的进展。第二个方面是国际的锂离子电池标准化的工作的进展,国际标准覆盖基础标准和部分常见产品,对于锂离子电池材料与关键部件、制造工艺与设备、新兴产品类标准还未制定。如锂离子电池材料、制造设备、检测设备等,平板车、无人机、机器人电池等。第三个方面是钠电池标准化的相关工作。《中国钠离子电池行业发展白皮书(2022年)》预测,钠离子理论市场空间到2026年将达到369.5GWh。钠离子电池标准工作由工信部电子信息司负责,目前基础通用标准(已立项行业标准),材料标准(拟立项),电池产品标准(拟立项国家标准)
 
2.储能产业发展的现状与趋势-中关村储能产业技术联盟 唐亮:1)电力系统技术特性发生变化,风光占比提升,电网调控更加复杂,储能是电力灵活性调整的关键技术之一。2)中国储能进入真正意义的规模化发展。2021年中国新型储能市场累计规模5.73GW,2021年新增规模首次突破2GW,同增74.5%。截至22年9月底,中国已投运电力储能项目累计规模达50.3GW,新增7GW,同增36%,其中新型储能累计规模6.6GW占比13.2%,同增78%,锂电比重达到89.3%。2022年前三季度,中国新增投运新型储能项目装机规模933.8MV/1911.0MWh,新增规划、在建新增储能项目规模73.3GW/177.0GWh。3)储能当下面临的问题:安全性与经济性。预计磷酸铁锂造价1800元/kWh 6000-10000次,三元2000元/kWh 3000次,钠电2000元/kWh 4500次。4)22年1月29日《“十四五”新型储能发展实施方案》提出推动多元化技术开发。开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压缩空气、氢(氨)储能、热(冷)储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究,集中攻关超导、超级电容等储能技术,研发储备液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池等新一代高能量密度储能技术。
 
3.2022年开启钠离子电子产业化元年- 中国科学院物理研究所长三角物理研究中心 胡勇胜:1)21年6月7日,美国先进电池联盟发布“国家锂电蓝图2021-2030”,指出,未来10年锂电需求将增加5-10倍,对锂电产业链进行全面覆盖,技术迭代方面目标在25年量产低钴或无钴电池,2030年量产无钴和无镍锂电池。22年6月8日美国白宫发布锂电池供应链审查报告,明确目前美国面临缺乏上游资源加工、本土电池产能不足、缺乏熟练劳工等三大风险点。2)全球50%锂资源在南美洲,中国80%锂资源依靠进口存在卡脖子风险,钠电支撑大规模储能技术可持续发展保证国家能源安全。3)钠电材料/电芯产能布局及量产计划企业有中科海钠、钠创新能源、振华新材、容百科技、佰思格、永太科技等
 
4.钠离子储能电池的开发及安全性评估-湖南立方新能源 徐雄文:1)磷酸铁锂循环寿命长,对环境友好,但资源匮乏,且安全性能方面耐过充放性能需要考虑。2)钠离子电池由于良好的资源优势是成为良好补充,同时由于它具有低成本、低温好,也与铁锂相当的安全特性。在储能领域的话,具有非常巨大的潜力。3)钠电正极:氧化物正极材料成本相当于在5-10万的铁锂层次,具体依赖于不同过渡金属元素的量产。只有普鲁士蓝正极Wh成本低于5万的磷酸铁锂。层状氧化物正极目前普遍使用P2型,目标是高容量稳定的复合单晶材料,立方与材料合作开发已实现百吨级生产。4)20Ah NLO钠离子电芯0.60元/wh原材料成本,正负极电解液隔膜其他占比分别为50%、17%、10%、10%、13%。20Ah LFP电芯0.75元/wh原材料成本,正负极电解液隔膜其他占比分别为61%、17%、12%、2%、8%。5)在安全性能上,热稳定性钠电池优于铁锂。钠电高温产气主要为二氧化碳(正极),少量氢气;铁锂高温下产生氢气(主要来着负极LiC6和溶剂反应)6)目前立方钠电产品:a)方形铝壳 72*173*207mm 210Ah 3.0V 循环寿命>3500次,b)钢壳圆柱 型号1 32700 4.8Ah 3.0V,型号2 26700 3.0Ah 3.0V 循环寿命>1000次。
 
5. 磷酸盐基(聚阴离子)钠离子电池关键技术与应用-中国科学院大连化学物理研究所 郑琼:1)磷酸盐(与磷酸铁锂同类)具有结构稳定、钠扩散快、热稳定性好等优点,是高稳定性、高比功率、高安全性钠离子电池优先体系。2)公司产品:2021年Fe、Mn基磷酸盐电芯能量密度>143wh/kg,6min快充,通过针刺。2022年Na4Fe3(PO4)2(P2O7)(NFPP)体系实现能量密度>101Wh/kg,12min快充,稳定运行330天。3)开发的磷酸盐正极(10kg级)提供给广州天赐,华为瓦特实验室等开展研究,开发的电解液(10kg级)提供给合作企业,发展铁/钒基磷酸盐钠电池体系,电芯(5-20Ah)能量密度100-145wh/kg。4)产品设计难点:磷酸盐正极的难点在克服电导率低和惰性钠的问题。硬碳前驱体及制备工艺显著影响结构和性能。电解液溶剂化结构调控实现高性能电解液设计。5)铁系磷酸盐钠离子电池示范应用:高能量密度>101Wh/kg,成本2.27万元/t,循环性能>4000次。
 
6. 钠离子电池重芯出发-兴储世纪科技股份有限公司 刘杨:1)全球知名的新能源智能微电网解决方案提供商,市场覆盖国内大部分区域以及海外的“一带一路”沿线国家和欧洲地区、美洲国家,22年位列中国化学物理协会储能企业创新力TOP30第24位(系统集成类企业第17位);2)2022年18650柱形电池和大尺寸电池试产验证,2023年50-200Ah铝壳电池试产,钠电池GWh产业化。
 
7. 携手钠电产业链,共赢能量新时代-宁德时代 黄起森:1)预计动力市场2030年4.8Twh(渗透率2030/50年62%、100%),储能25/30年416、1032gwh。2)钠离子电池低温强-20°保持90%、安全好、集成高突破80%、来源广。3)在乘用车应用方面,可以面向65%车端市场。钠离子电池普遍可以满足续航400公里以下的车型需求,宁德时代则通过首创的AB电池系统集成技术,实现钠锂混搭,优势互补,提高电池系统的能量密度,使钠离子电池应用有望扩展到500公里续航车型。4)宁德时代第一代钠电电芯160wh/kg,第二代>200wh/kg。5)钠电标准可参照锂电,但需要考虑钠电材料、产品、特性、应用等。
 
8. 钠离子电池硬碳负极负极材料及其界面- 北京理工大学 白莹:1)高性能负极材料是实现钠离子电池产业化的关键之一,但其目前存在的问题包括首周库伦效率低、倍率性能较差、循环稳定性较差,可通过表面改性提升首周库伦效率,电解液及界面优化改善倍率性能;2)硬碳在醚基电解液中倍率性能明显优于酯基电解液,1 A/g电流密度下,硬碳在醚基电解液中循环3000周后,比容量为203.2 mAh/g,酯基电解液中比容量108.1 mAh/g;3)醚基电解液具有更高的溶剂化Na+传输速率,有利于形成较薄的SEI膜,该SEI膜具有较低的界面阻抗,有利于钠离子快速通过SEI膜传输,硬碳在醚基电解液中是Na+/溶剂化Na+共嵌入的储钠机理,表现为赝电容储钠行为,具有更高的Na+扩散系数。
 
9.钠离子电池技术和产业化进展-中科海钠 李树军:1)中科海纳成立于2017年,是中国首家专注于钠离子电池企业,核心团队包括陈立泉院士、胡勇泉(董事长)、李泓、唐堃,公司钠电技术路线正极选用铜基层状氧化物,负极选用煤基碳材料。2)公司总部位于北京,江苏溧阳为研发基地,山西太原为正负级材料生产基地,安徽阜阳和山西阳泉为电芯生产基地。材料方面,2022年3月一期年产各2千吨正负极材料线已建设完成并运行半年,2023年预计完成二期2万吨正极/1万吨负极材料线建设并投产,2024年完成10万吨正极/5万吨负极材料线建设并投产。电芯方面,2022年9月安徽阜阳产线投产一期钠电产能为1GWh,2023年将安徽阜阳产线扩产至3-5GWh,2024年与客户合作扩产产能10GWh以上。3)公司目前正极材料克容量为130mAh/g,负极材料克容量为320mAh/g(扣除首次效应),电池体积能量密度为280wh/L,2023年体积能量密度有望达到330wh/L,2024年有望达到360 wh/L与磷酸铁锂电池持平。目前电池循环次数为3000-4000次,后续有望提升至10000次。公司中/大尺寸圆柱电芯和方形电芯为主要产品。
 
10.储能用聚阴离子型钠离子电池-珈钠能源/武汉大学 曹余良:1)钠离子电池优势为无资源限制、安全性高、成本低、费率性能好、低温性能好、零电储存和运输,劣势为能量密度低、产业链不完善。钠电正极材料分为聚阴离子、层状氧化物、普鲁士蓝/白,聚阴离子成本低,循环次数高但能量密度低;层状氧化物能量密度高,但含有镍或铜成本较高且安全性较低;普鲁士蓝/白能量密度高、成本低,但结晶水问题难以解决。2)聚阴离子铁基磷酸盐的体系中,当铁磷比例为3:4时,高温稳定性较好,具有较高比容量,循环次数,安全性和倍率性能,铁基硫酸盐体系与其类似。3)武汉大学从2009年开始研究生物质硬碳,2012年提出了“斜坡吸钠,平台嵌钠”原理,2022年提出了“吸附-嵌入/填充“新机理,负极克容量达到362mAh/g,首次效率达到86%以上,目前研发的新负极材料克容量达到420mAh/g。4)珈钠能源的负极材料分为三种路线,第一条路线为低成本的硬碳材料,价格为1万元左右,克容量为250-300mAh/g,第二条为高容量的硬碳材料,价格为4-6万元,克容量为300-350mAh/g,第三条为目前实验室研发的硬碳材料,价格为8万元,克容量为420mAh/g。5)公司钠电产品优势为高安全、高倍率、长循环、强低温,可在完美代替铅酸电池并与磷酸铁锂电池形成互补。
 
11.低成本高安全钠离子电池-温州大学 侴术雷:1)钠离子电池普鲁士蓝路线主要使用铁锰基材料,铁锰基普鲁士蓝理论能量密度与磷酸铁锂接近,但其结晶水问题难以解决。2)结晶水的存在会提升钠电的电压平台,并且会导致电池产气。3)通过加热除去结晶水可以提升电池循环性能、容量保持率、倍率性能,铁系普鲁士蓝价格为磷酸铁锂价格的1/3,锰锂电池的1/2。
 
12.氟磷酸钒钠钠离子电池正极材料研发与应用-西安交通大学 丁书江:1)氟磷酸钒钠的优势为高充放电电位平台、较高能量密度(500Wh/kg)、高结构稳定性、高离子电导率-快钠离子导体;劣势为低电子电导率、合成过程F元素流失。2)针对氟元素流失问题,团队研发了快速烧结技术,可以有效提高材料一次颗粒尺寸和电子电导率,大幅提高了材料的容量,倍率和循环稳定性等综合储钠特性,该材料平均放电电压可达>3.9V,能量密度大于450 Wh/kg,循环寿命达到3000圈,可以实现公斤级小试量产。4)团队同时研发了单晶型氟磷酸钒钠,有效减少了材料表面SEI膜生长,表面离子溶解和结构退化现象,实现材料的高容量倍率和超长循环寿命等综合储钠特性,首圈效率大于95%;1C倍率首圈容量124.6 mAh/g,循环2000圈保持率高达95.6%;10C首圈容量106.3 mAh/g,循环5000圈保持率达到87%。
 
13.高容量钠电硬炭负极材料产业化研究-佰思格 李响:1)佰思格是国内首家量产纳电硬碳材料的公司,产品性能明显优于进口产品,售价为进口产品的一半,公司创始人谢皎和王瑨具有15年以上的电池研究经验。公司已经经历了6轮的融资,目前估值为20亿。2)硬炭是钠离子电池唯一可用的负极材料,材料的需求大于30万吨/年。目前硬碳需要解决的问题为生物质原料的筛选与预处理、研究微观结构及构效关系、中试放大、批次一致性验证、生产线建设。3)生物质原料主要分为三大类:生物质、有机聚合物、化石燃料,我们需要选择成本低廉、产碳率较高、灰分含量低的原料。4)佰思格目前拥有YHC-2、NHC-2、NHC-330三款硬碳产品,YHC-2、NHC-2孔隙较大,比容量为290-300mAh/g,首次效率为88-90%;NHC-330比容量为330-350mAh/,首次效率为90-92%,将于2022年12月实现千吨量产;三代产品NHC-360于2022年Q3在实验室研发成功,比容量为360-380mAh/g,首次效率为90-92%,目前处于中试阶段中。
 
14.硬炭材料及其性能结构调控-厦门大学 郑志峰:1)石墨的储钠能力较差,硬碳由于具有较低的嵌钠平台(0.1V)和较高的比容量( 300-400mAh/g ),且来源丰富,将成为替代石墨的新选择,尤其是在冷启动和快速充电时更明显。2)硬碳负极材料主要包括树脂碳类(如酚醛树脂、环氧树脂等)、有机聚合物热解碳类(如PFA、PVC、PVDF等)、炭黑类、生物质碳类等,全球范围内,技术较为成熟、处于领先地位的硬碳负极材料生产企业主要集中在日本。3)现阶段研究中以生物质、人工合成树脂及沥青基为前驱体制备硬碳负极材料居多,但是生物质原料差异导致硬碳材料性能不稳定;酚醛树脂高成本问题,制约产业化;沥青基前驱体因原料价格适中,制备得到的无定型硬碳结构稳定、可逆比容量相对较高。4)未来可通过结构工程-离子扩散路径调控、缺陷工程-电子结构调控、表面工程-物理化学性质调控、预钠化提升负极材料性能。
 
15.钠离子电池匹配电解液开发的思考-新宙邦 刘中波:1)钠离子电池具有倍率性能好、低温性能好、成本低、资源安全等优点,在储能、低速车、工业电池等领域具有较好的应用前景。2)同样的溶剂和摩尔浓度,钠电池电解液盐相比于锂电池电解液盐导电率持平,低温粘度、色度和浊度更优,闪点更高、稳定性更好。3)层状氧化物/硬碳体系技术成熟度较高,与现有工艺体系兼容,是最快导入应用的体系之一,但其循环性能差、产气大。钠离子电池电解液设计需要考虑,在正极方面,高镍正极类似的需求、碱度耐受和提升正极稳定要求更高;在负极方面,超级电容器和石墨双重借鉴、斜坡区与平台区容量的双重考虑;在SEI膜方面,SEI膜的稳定性和结构的认知、电解液调控SEI膜的手段。4)公司主要开发了几种电解液的解决方案,以传统碳酸酯溶剂和钠盐添加剂组合,通过配方优化可以抑制正极与电解液的副反应,提升SEI膜的稳定性,循环寿命可提升一倍以上;研发新的溶剂,使得循环寿命和容量保持率得到较大的提升;研发新的添加剂,一方面在正极侧形成保护层抑制其与电解液的副反应,另一方面防止负极进一步被还原,可以改善电池循环性能和产气,产气率下降28%。
 
16.高功率、长寿命储能器件用纳米纤维隔膜的产业化-柔创纳米科技 解明:1)钠离子电池主要要求为低成本、宽温域、长寿命、高安全,但是其面临主要问题为正负极材料体系容易吸水,首效偏低、电解液含PC,黏稠度高,隔膜浸润性差、陶瓷涂覆隔膜增加成本,难以承受高温烘烤。满足上述要求的无纺布隔膜主要用于超级电容器领域,完全依赖于进口是我国制造的一个痛点。2)超级电容隔膜使用原料为纤维素工艺为湿法造纸工艺,厚度更薄、稳定性更高、吸液性和保液性更好,未来随着规模化生产,成本有望下降至锂电隔膜成本。3)公司通过纳米纤维材料多维度高通量的制备、高孔隙率隔膜微结构的可控调节、微纳米纤维复合成型技术与装备构建了极高的技术护城河,实现了低成本的纳米纤维隔膜的批量生产。生产的隔膜产品孔隙率为60%-70%,热稳定性好,可以支持高温快速烘烤;电解液浸润性佳,吸液速度快,吸液量大。4)公司成立于2016年,是一家针对高功率长寿命储能器件,用纳米纤维隔膜国产化的公司,最早在2018年中科海纳生产的一批15Ah的钠离子电池软包使用公司的25微米的纳米纤维隔膜,经过多年努力公司已经成为国内第一家实现超容隔膜国产化的先行者。2021年公司成为宁波中车的合格供应商,并且开始为宁波中车、江海股份、今朝时代、中船重工等多个龙头超级电容器生产企业提供超级电容器隔膜产品。隔膜产品主要应用于电容器隔膜、储能电池隔膜、半全固态电池隔膜,目前拥有年产300万平方米的隔膜的产线,已经开始建设3,000万平方米的新产线,预计23年6月建成,8月投产,可以满足1GWh的电池需求。2024年公司将建成3亿平米的纳米纤维隔膜产线。
 
17.钠离子电池数字储能系统-三峡能源 苏一博:1)随着双碳背景的提出,大规模的新能源接入给电力系统的平衡和安全稳定带来了较大挑战,钠离子储能是应对未来锂资源短缺保障国家能源安全的重要技术方向,钠离子储能技术已进入规模化示范应用验证的发展阶段。2)三峡集团主要在钠离子电池的数字储存系统(2020年底首次提出设计并研制功率型钠离子电池储能系统)、阜阳海钠GWh钠离子电芯产线、30MW/60MWh钠离子电池储能项目等方面推动了钠离子电池行业发展。3)未来将在电池本体、储能系统、电站的运行、企业运营这四个层级进行储能钠离子电池的提升。电芯方面应加快推进材料改性电芯性能的优化,重点关注长寿命、低成本、高能量密度、高一致性方面的研究工作。同时也应关注钠离子电池的智能管控系统与钠离子电池的热失控机理与安全防护。
 
18.钠-芯的机遇与挑战深圳市万微半导体有限公司 刘磊:1)钠离子电池BMS核心原理与锂离子电池BMS系统类似,但是钠离子电池工作电压范围更广,工作温度范围更广、循环寿命更长,所以对芯片的采集精度要求更高。2)钠离子电池有更低的电芯电压,需要选用更低基准电压的芯片工艺来设计芯片;钠离子电池的低温特性非常好,需要芯片/系统具有更好的低温模型来计算低温的SOC,SOP,SOH。3)公司在锂电池和钠电池的芯片领域有10多年的探索和研究,产品具有高精度、可定制化、超小封装、高耐压、高可靠性、高一致性等优点。
 

 
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来源:数说新能源