钠离子电池与锂离子电池构成相似
钠离子电池的构成与工作原理和锂离子电池相似:钠离子电池是依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作的可充放电电池。其构成主要包括正极、负极、隔膜、电解液和集流体。正负极之间由隔膜隔开以防止短路,电解液浸润正负极以确保离子导通,集流体则起到收集和传输电子的作用。
图:钠离子电池工作原理
充电时,Na+从正极脱出,经电解液穿过隔膜嵌入负极,使正极处于高电势的贫钠态,负极处于低电势的富钠态。放电过程与之相反。相似的构成使得钠离子电池可以借助锂离子电池的设备和产能快速发展。
钠离子电池拥有突出优势
钠离子电池的突出优势有成本、低温性能以及倍率性能等方面因素。
成本:由于钠储量丰富,来源广泛,所以其成本比较低。振华新材公司公告称,其钠离子电池正极材料(层状氧化物体系)的含税销售价格约为7万元/吨,同期,动力型磷酸铁锂正极材料含税市场价格为15.55-16.28万元/吨,动力型中镍5系三元材料含税市场价格为34.30-37.80万元/吨。
中科海纳评估称,钠离子电池材料成本比磷酸铁锂体系电池低30~40%。钠离子电池成本优势明显。在储能等对成本要求比较高的领域具有非常广阔的应用前景。
图:钠离子电池与锂离子电池成本对比
低温性能:锂离子电池在低温环境下容量会大幅度下降。而钠离子电池,在-20°C低温环境中,拥有90%以上的放电容量保持率,远高于GB/T 31486中规定的70%(在-20±2°C下的1C放电容量不低于初始容量的70%)。
此外,钠离子电池-40°C低温下可以放出70%以上容量,这在冬季以及高寒地区等应用场景中优势十分明显。
倍率性能:钠离子的溶剂化能比锂离子更低,即具有更好的界面离子扩散能力;同时,钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小,相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率。
更高的离子扩散能力和更高的离子电导率意味着钠离子电池的倍率性能更好,功率输出和接受能力更强,钠离子电池可以做到5C容量≥1C容量的90%的水平,在启动电源以及储能等需要快速充放电的领域,优势十分突出。
钠离子电池VS锂离子电池
相对来说,钠离子电池的能量密度和循环寿命较低。根据中科海纳公布的数据,目前,钠离子电池的能量密度在140Wh/kg左右,而磷酸铁锂和三元811锂离子电池分别约是170Wh/kg,230Wh/kg。钠离子电池的循环寿命在2000次左右,锂离子电池在3000次以上。
图:钠离子电池vs.锂离子电池vs.铅酸电池
结合钠离子电池的优势与不足,我们认为钠离子电池的适宜应用场景包括储能电池、动力电池(轻型电动车、小型乘用车等)、备用电池(数据中心、通信电源等)和启动电源(汽车启动等)等场景,未来市场前景广阔。
原标题:全球首批量产1GW产线落地,钠离子电池迎产业化突破!