宁德时代7月份将发布钠电池 钠电池取得的新突破及发展前景
能源HuangJiang2021/5/23
宁德时代7月份将发布钠电池。对于钠电池，曾毓群表示，宁德时代的钠电池不是刚一出来就很便宜，因为目前整个供应链很小，成本比锂电池贵。 值得一提的是,此前有消息称宁德时代被磷酸铁锂电池价格将提高 10%。未来钠电池的发展前景怎么样?
出了钠电池，近期有车企发布了固态电池。对于固态电池，曾毓群分析称：“固态电池大家都觉得是能量密度最高的电池，读物理的人都知道，固态的离子扩散速度比液态难(慢)十倍，我们研发了十年，技术处于第一梯队，但商业化还要相当长时间。”
曾毓群透露，固态电池的离子扩散速度是液态电池的十分之一，因此只能把材料做得很小，颗粒做到纳米级，但这样颗粒粘在一起就需要更多的粘接剂，层与层之间变得很薄，合在一起整体看起来能量密度反而比液态电池低40%。另外一方面是成本非常高，商业化路线上困难。
近日,中国科学院过程工程研究所和中科院物理研究所清洁能源团队合作,在钠电池正极材料的规模化制备研究中取得进展,开发出“一步机械化学法”快速制备钠电池聚阴离子正极材料氟磷酸钒钠。
根据中研普华出版的《2021-2025年中国水系钠离子电池行业发展分析与投资预测报告》显示：
钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，相较于锂盐而言储量更丰富，价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大，所以当对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种划算的替代品，但由于技术原因，实际成本要高于理论成本。
相比于传统二次电池，有机系离子电池以离子在正负极的嵌入脱出和在两极间扩散作为充放电基本原理，具有能量密度高，倍率高和循环寿命长的特点。在性能上可以满足储能系统的技术要求。然而，由于其大量使用易燃的有机电解质，在生产和使用过程中会造成爆燃事故，有安全性问题缺陷。而水系离子电池由于采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，寿命短(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，是能够满足大型储能技术要求的理想体系之一。因此，近年来，水系离子(锂、钠等)电池的研发越来越受到关注。
但是，地球上的锂资源实际上是难以支撑大型储能系统的应用需求的。于是，与锂的化学性能类似的钠被认为能够替代锂适用于水系离子电池体系。钠是地球上储量最丰富的资源之一，可以说是用之不竭。价格也显着降低，通常为锂盐的1/10。因此，水系电解质的钠离子电池被认为是最有潜力的适合大规模储能系统的电池之一，成为最近业界研究工作的焦点。实际上，钠离子电池的研究与锂离子电池几乎同时起步，早在20世纪80年代，人们就开展了有机系钠离子电池正负极材料的研究。但是与有机系锂离子电池相比，钠离子电池的发展缓慢。这主要是由于成功应用于有机系锂离子电池中的正负极材料体系不能简单地移植到钠离子电池中。虽然二者都是以正、负极间离子嵌入/脱出反应的“摇椅式”机理作为充放电反应机理，可是因为钠的离子半径(0.102nm)比锂离子和质子大许多，使得其嵌入反应困难。而且，负极材料在接受大体积的钠离子的嵌入反应过程中，其晶格容易发生形变甚至坍塌，影响到电池的循环性能。直到近年，在容量利用率和循环寿命方面基本满足要求的有机系钠离子电池用负极材料才被开发出来。
虽然水系钠离子电池技术面临着诸多挑战，但它仍然为大规模储能提供了一种安全、廉价、清洁和耐久的新体系。现在，越来越多的新材料，新构思和新技术被应用到水系钠离子电池体系的开发中，其综合性能也在不断提升。相信随着研究与开发的不断深入，在不久的将来一定能够实现其在储能上的大规模应用，从而推动以智能电网和可再生能源并网为代表的清洁能源的应用。
一、水系钠离子电池行业成本结构分析
水系钠离子电池多采用中性的钠盐溶液作为电解液，安全环保，且资源丰富。水系钠离子电池与有机系钠离子电池相比，能够降低有机系电解液的操作条件严格等带来的劣势。与锂离子电池相比，钠离子电池具有价格更加低廉、资源更加丰富、更加绿色环保等优势。因此，在大型储能方面，水系钠离子电池具有良好的实用前景。
水系钠离子电池的结构与有机体系相似，一般使用可溶于水的钠盐作电解液。当前，通常会用到的钠离子电池正极材料有锰氧化物材料和普鲁士蓝类材料等。而常用的负极材料有磷酸盐类材料、碳基类材料和普鲁士蓝类材料等。
材料是决定电池性能的关键一环，当前，制约水系钠离子发展的瓶颈正是由于缺乏高性能的新型电极材料。由于正极材料占电池成本的40%左右且也是决定电池的电压和容量的重要因素，所以开发结构稳定的正极材料是我们的重要方向。
水系钠离子电池具有与锂离子电池相似的结构组成及工作原理，主要由正负极材料、电解液和集流体构成的。正负极都是采用嵌钠化合物，基本反应原理如图所示，充电时，在电池内部，钠离子从正极富钠晶格中脱出来后通过电解液扩散嵌入负极晶格中，放电过程与之相反，钠离子又回到正极，电子在电池外部从外电路以相同的方向流过以确保整个系统的电荷平衡。
二、水系钠离子电池产品市场价格走势
据调查，水系钠离子电池平均售价略低于锂离子电池，高于铅酸电池，但在使用寿命上却大大高于铅酸电池，因此，水系钠离子电池具有较好的市场前景，随着技术水平的不断提高，水系钠离子电池的生产成本有望进一步降低，未来水系钠离子电池的售价将更加低廉。若能实现批量生产，未来批量生产售价可低至150美元/(kW·h)，即1.05元/Wh。
图表：现有储能用电池指标及价格的比较
数据来源：公开资料整理
三、水系钠离子电池行业经营利润分析
由于水系钠离子电池行业仍处于幼稚期，参考目前锂离子电池和钠离子电池行业的毛利率水平，根据中研普华产业研究院的相关数据统计显示，未来水系钠离子电池行业的毛利率水平将稳定在34%-50%区间范围内。
图表：2020-2025年中国水系钠离子电池行业毛利率水平
数据来源：中研普华产业研究院整理
四、水系钠离子电池行业发展能力分析
水系钠离子电池采用水系电解液，在本征上解决了有机电解液电池存在的安全隐患问题。并且水系电解液价格低廉，水系电池组装过程对湿度要求低生产工艺更加简便，钠元素含量丰富分布广泛。以上优点使得水系钠离子电池在大规模电网储能应用中具有价格低和易于回收再利用的优势。
但是水系电解液电化学稳定窗口窄(热力学稳定窗口1.23 V，动力学稳定窗口一般也低于1.8 V)，使得水系钠离子电池可使用电极材料非常有限，电池输出电压低，库伦效率低，循环寿命短。对此，研究者们做了诸多努力也取得了许多进展，王春生教授采用超高浓度盐溶液能够有效拓宽水系电池电化学窗口至3.0 V。但是超高浓度电解液的使用可能会带来成本提高以及电池倍率性能降低的问题。因此，如果能够很好解决上述问题，或者更好的平衡产品成本与价格，那么水系钠离子电池行业的发展空间将有望进一步打开。
欲了解水系钠离子电池行业发展分析具体信息可点击中研普华《2021-2025年中国水系钠离子电池行业发展分析与投资预测报告》
