報(bào)告主題：《鈉離子電池材料與全電池研究開(kāi)發(fā)》

匯報(bào)人：中南大學(xué)教授、化學(xué)電源與材料研究所所長(zhǎng)、湖南省電池行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)唐有根教授

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核心觀點(diǎn)

我國(guó)鋰資源比較缺乏，全球70%的鋰資源在南美洲。目前，我國(guó)80%以上的鋰需要進(jìn)口，這將給動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。鋰資源的緊缺，令其售價(jià)也水漲船高；此外，鋰電池的自燃、自爆事件時(shí)有發(fā)生，關(guān)于鋰離子電池的安全與可靠性問(wèn)題，也一直都是新能源行業(yè)最為重視的課題。

在這樣的前提下，市場(chǎng)需要一種不受資源限制，同時(shí)安全又有保障的新型電池體系。雖然鈉離子電池能量密度略低，但在資源、成本、安全性、功率性能、低溫性能等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，且生產(chǎn)工藝兼容，可與鋰離子電池形成互補(bǔ)，應(yīng)用前景廣闊。

鈉離子電池與鋰離子電池一樣由正負(fù)極材料、電解液、負(fù)極集流體、隔膜組成，所以，鈉離子電池制備上也會(huì)面臨挑戰(zhàn)，如：離子半徑大、摩爾質(zhì)量大、能量密度低、負(fù)極首次庫(kù)侖效率不佳等。針對(duì)這些問(wèn)題，唐有根教授介紹了三個(gè)解決途徑：

正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)及界面調(diào)控，提升電池的能量密度與倍率性能

開(kāi)發(fā)補(bǔ)鈉添加劑，提升鈉離子全電池的可逆容量和能量密度

開(kāi)發(fā)新型電解液及添加劑，提高負(fù)極材料的首次庫(kù)倫效率

從性能、產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)制定等角度來(lái)看，鈉離子電池目前尚處于商業(yè)化早期，距離規(guī)?；瘧?yīng)用尚需時(shí)日。但鈉電池和鋰電池制造工藝接近，設(shè)備可以沿用，通過(guò)頭部企業(yè)的推動(dòng)，鈉離子電池預(yù)計(jì)未來(lái) 3-5 年可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；墒鞈?yīng)用。

02

熱點(diǎn)問(wèn)題及解答

Q1：鈉離子電池的研發(fā)是為了減少電池對(duì)鈷的依賴(lài)嗎？

唐有根教授：近年來(lái)，稀有金屬和鋰資源的價(jià)格不斷創(chuàng)下歷史新高，鈉離子電池就是針對(duì)這些資源瓶頸推出的，生產(chǎn)過(guò)程中也不需要鈷或類(lèi)似的稀有物質(zhì)，因此具有很大的成本和資源優(yōu)勢(shì)。

Q2：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有一些企業(yè)進(jìn)行了布局，根據(jù)目前對(duì)行業(yè)的觀察，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)什么時(shí)候會(huì)大規(guī)模商業(yè)化落地，鈉離子產(chǎn)業(yè)的行業(yè)拐點(diǎn)預(yù)計(jì)會(huì)是什么時(shí)候？

唐有根教授：從現(xiàn)在大量的資本和研究力量的投入來(lái)看，估計(jì)可能 3~5 年會(huì)有大規(guī)模商業(yè)化的應(yīng)用，關(guān)鍵還在于需要一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套。

Q3：請(qǐng)問(wèn)您和團(tuán)隊(duì)制備的硬碳材料實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還面臨哪些問(wèn)題？

唐有根教授：現(xiàn)在硬碳材料最大的問(wèn)題還是成本。目前，在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)少量的硬碳，價(jià)格在20 萬(wàn)/噸，批量購(gòu)買(mǎi)也要 10 萬(wàn)/噸，成本比較高。我們的團(tuán)隊(duì)采用生物質(zhì)來(lái)制備硬碳，也是從成本上去考慮的。我們也正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的放大，從實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果來(lái)看是非常好的，如果放大以后能達(dá)到在實(shí)驗(yàn)室的水平，那么我們制備的硬碳具有很大的優(yōu)勢(shì)。

Q4：鈉離子電池的三種技術(shù)路徑，您最看好哪一種？這會(huì)是未來(lái)大家選擇的趨勢(shì)路徑嗎？寧德時(shí)代選擇了普魯士藍(lán)，是否意味著其他兩種路徑商業(yè)化的落地并不理想？

唐有根教授：三種材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。普魯士藍(lán)存在結(jié)晶水難以除去的問(wèn)題，容量方面也不具有優(yōu)勢(shì)。聚陰離子容量比較高，但制造成本偏高，所以各有優(yōu)缺點(diǎn)。就像鋰電一樣，三元材料能量密度高，成本也高的。鐵鋰磷酸鐵鋰安全性能好，能量明顯偏低一點(diǎn)，所以鈉電池的正極材料同樣未來(lái)應(yīng)該會(huì)并存發(fā)展。

Q5：鈉離子電池的安全性會(huì)比鋰電池更高嗎？鈉離子電池如果長(zhǎng)期小電流浮充容量衰減會(huì)比鋰電池小嗎？鈉離子電池的充電截止電壓和放電截止電壓是多少？

唐有根教授：有相關(guān)企業(yè)和研究團(tuán)隊(duì)做過(guò)安全對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)論鈉離子電池的安全性要好于鋰離子電池，在短路情況下鈉離子電池的瞬間發(fā)熱量少、溫升較低。充放電截止電壓在不同材料體系里電壓是有差別的，比如三元鋰電池 3.7 伏，磷酸鐵鋰電池只有 3.2 伏。

Q6：目前有什么補(bǔ)鈉技術(shù)和添加劑技術(shù)嗎？

唐有根教授：這個(gè)可以根據(jù)具體情況討論，我們團(tuán)隊(duì)還是有些有特色、有優(yōu)勢(shì)的正極補(bǔ)鈉技術(shù)，也獲得了專(zhuān)利授權(quán)。

Q7：水系鈉離子電池目前的發(fā)展是什么樣的？未來(lái)的發(fā)展前景如何？

Q8：與鋰電池相比，鈉離子電池的低溫性能更突出，請(qǐng)問(wèn)唐教授的課題組有做過(guò)與鈉離子電池低溫性能相關(guān)的工作嗎？

Q9：目前硬碳的主要選取什么材料作為碳源？軟碳目前有無(wú)合適的方法加工成硬碳？

Q10：可以跟唐教授一起合作進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用嗎？

Q11：鈉離子電池是通過(guò)何種方式進(jìn)入硬碳封閉孔中的？

Q12：木材結(jié)構(gòu)和生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的硬炭，與瀝青樹(shù)脂、石油焦樹(shù)脂相比，有什么劣勢(shì)？

Q13：鈉離子固態(tài)電池現(xiàn)在有研究嗎？

Q14：未來(lái)鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域是否會(huì)全面替代鋰電池？

Q15：請(qǐng)問(wèn)鎳鈉電池會(huì)什么關(guān)注的人較少？

Q16：鈉離子電池應(yīng)用場(chǎng)景是動(dòng)力電池還是儲(chǔ)能？

Q17：隨著全球電動(dòng)化的趨勢(shì)，您覺(jué)得現(xiàn)在三元電池的材料使用會(huì)枯竭嗎，比如鋰鈷鎳

編輯：黃飛

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