中國儲能網訊：11月24-26日，由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務廳、長沙市人民政府、中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合主辦，100余家機構共同支持的湖南（長沙）電池博覽會暨第二屆中國國際新型儲能技術及工程應用大會在長沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會主題是“新能源、新機遇、新高度”。
會議期間，組委會邀請了興儲世紀科技股份有限公司副總裁、成都研究院副院長劉楊分享主題報告《鈉離子電池—重芯儲發(fā)》。以下是發(fā)言主要內容：
劉楊：以鋰離子電池成本拆解為例，原材料中，60%是由正極材料所占據(jù)的。如果我們用鈉離子電池替換鋰離子電池，可以將正極材料原料成本可以大幅下降，而整體材料成本大概可以下降30～40%左右。
簡單說一下鈉離子電池的正極材料。正極材料目前以三個體系為主，分別是過渡金屬氧化物、普魯士藍類化合物和聚陰離子。目前來講，過渡金屬氧化物是一個首選材料，因為眾多廠家都選用過渡金屬氧化物。它是一個層狀結構，非常類似于我們今天用的鋰電池的三元材料。普魯士藍化合物它的結構是一個非常開放的三維網狀結構，有利于鈉離子電的脫嵌。聚陰離子材料跟磷酸鐵鋰的結構非常相似，是一個橄欖石結構，其三維通道非常有利于鈉離子的脫嵌。
首先我們看一下這三個材料各自的優(yōu)優(yōu)缺點。
正極材料，過渡金屬氧化物，首先它具有比較高的理論能量密度和比較高的電壓平臺，但是在循環(huán)過程當中，它存在著一個不可逆的相變，進而導致它的循環(huán)穩(wěn)定性較差。通常來說O3的結構它具有很高的鈉含量，它相對應的能量密度非常高。而P2結構它的鈉含量相對較少，循環(huán)穩(wěn)定性，它整個在鈉的傳導過程當中，它所需要克服的勢壘較低，所以它具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性。
普魯士藍化合物具有比較高的開放的三維網狀結構，同時它所應用的元素包括鐵和錳都是成本比較低廉的元素，因此它的整個材料的成本控制非常好。除此之外，材料穩(wěn)定性也非常優(yōu)異。但是它的主要劣勢在于，在制備的過程當中，它的配備水難以控制，因此會導致循環(huán)穩(wěn)定性比較差一些。
鈉離子聚陰離子材料跟磷酸鐵鋰也很相似，它的特點是熱穩(wěn)定性非常好，而且結構穩(wěn)定性也比較優(yōu)異，電壓平臺高。它的劣勢在于能量密度較低，且導電性較差。
我們可以看到右面這個圖（如圖）。在不同的正極材料體系當中，包括層狀氧化物、聚陰離子和普魯士藍，它跟磷酸鐵鋰的能量密度應該是非常相似的。
負極材料主要包括三個方面，分別是碳基材料、合金類材料和鈦基氧化物。碳基材料目前是一個主流的選擇，主要是以無定形碳，包括層間距比較大的軟碳和硬碳。它這種無序排列會提供很大的儲鈉的一個點位，因此是一個首選。合金類的化合物，它是指那些可以與鈉發(fā)生反應的元素。在這個過程當中，具體的化學反應方程式顯示如下，大家可以看到（如圖）。鈦基氧化物目前它并非是一個主流的選擇，它主要是一個層狀或者隧道型的鈦基氧化物。
我們看一看負極這幾個具體的特點。
碳基氧化物包括硬碳和軟碳，硬碳是指那些難以石墨化的，并且具有很大的層間距。它可形成很多的石墨微晶的無序堆積，可以提供很多的儲鈉點位。它的比容量通常來說是在250～350mAh/g，它的主要缺點是首效比較低一些，大概在80～90%之間。軟炭是指那些比較易石墨化的，它的結構應該介乎于硬碳和石墨之間，它的有序度更高一些。主要優(yōu)點是成本比較低廉，容量應該是遜色于硬碳的。
合金類，它的特點非常鮮明，優(yōu)點和缺點都非常鮮明。比如說它的理論的容量非常高，但是伴隨著比較大的體積膨脹。
鈦基氧化物，它跟我之前說的非常相似，它的結構非常穩(wěn)定，循環(huán)性能比較好，但是它現(xiàn)在并不是一個主流的負極材料選擇。
鈉離子電池優(yōu)化。我簡單說一下正極材料的主流的選擇，過渡金屬氧化物。因為之前我也提到了，鈉離子電池尤其是過渡金屬氧化物，它在循環(huán)的過程當中會產生不可逆的相變。我們怎么抑制這種相變的產生？可以通過多相金屬來合成一個層狀氧化物，來抑制這種不可逆相變的形成，從而提高它的循環(huán)性能。
第二種，我們都知道，過渡金屬在正極材料當中提供了氧化還原反應，并為正極材料提供容量。同時我們也可以考慮類似于富鋰的富鈉正極材料，使得陰離子也就是氧離子的還原活性提供額外的一個容量，進一步提升鈉離子電池的能量密度。
舉一個簡單的例子。這是我們早些年做的一個研究成果，它是用鎳、錳、鈦、鎂及其他的過渡金屬氧化物合成一個比較復雜的化合物，它的克容量大概在155mAh/g，放電平臺在3.2V，整個材料的能量密度大概在500Wh/kg。我們可以看到這半電池和全電池的結果當中，它有非常好的一個容量保持率，尤其在高低溫性能上，它的容量保持率也非常優(yōu)秀。
下一個是負極材料，這里我著重講的是硬碳材料。硬碳材料，我們第一個系列是通過將兩種硬碳前驅體進行混合，高溫碳化，得到的“系列一”，它主要有以下這些特點：全電池克容量可以達到320mAh/g。振實密度可以達到1.05g/cm3每立方厘米。我們將a和 b物質按不同比例來進行混合，中間的實線是日本可樂麗的一個振實密度，可以看到按照不同比例的混合，我們振實密度可以達到一個動態(tài)分布。1.05g/cm3目前應該是比較高的一個振實密度，這樣比較高的振實密度可以大大提升整個鈉離子電池的能量密度。同時在最右面是一個全電池（如圖）的比較。綠色的線是我們混合的硬碳材料，而黑色的線是日本可樂麗的硬碳材料。在全電池的表現(xiàn)當中，混合硬碳表現(xiàn)更加優(yōu)異，在100次循環(huán)它的容量衰減率只有0.2%，而我們看到黑色的日本可樂麗硬碳它大概有5～7%的容量衰減率。
第二個是一個硬碳復合材料。從左邊SEM（圖）當中可以看到我們的中間是一個硬碳顆粒，外圍包覆的是納米錫材料。我們知道錫材料可以跟鈉進行反應，同時它的最大問題是它的體積膨脹，所以說我們把錫金屬進行納米化包覆在這個硬碳材料當中，所以我們得到的克容量在全電池當中可以達到420mAh/g。同時在全電池當中，我們可以看到放電平臺也有一定提升，放電平臺提升可以再進一步的提高整個電池的能量密度。
最后我介紹一下我們興儲世紀的鈉離子電池。興儲世紀科技股份有限公司成立于2007年，是全球知名的智能微電網解決方案提供商。我們在四川、甘肅等偏遠地區(qū)完成了很多新能源儲能項目建設，同時我們的業(yè)務遍布巴基斯坦，目前我們正在積極開拓美洲和歐洲市場。興儲世紀的離網光儲智能微電網項目的建設規(guī)模已位居全球前列，我們是巴基斯坦光伏發(fā)電領域第一大能源獨立發(fā)電商（IPP），是巴基斯坦知名的新能源品牌。2022年我們發(fā)布了鈉離子電池的規(guī)劃路線，在今年早些的時候，我們首先完成了鈉離子電池的體系確立、組合優(yōu)化，包括18650圓柱形電池的小試。目前我們正在進行大尺寸電池的市場驗證，同時進行了關鍵材料開發(fā)和配套。在未來的兩年之內，我們會不斷地優(yōu)化我們產品，包括材料、產品規(guī)格以及儲能裝置的驗證工作。最終在2025年，我們將推出自己的鈉離子電池電芯，包括不同規(guī)格、不同型號的。最終的產品會用到我們自己的儲能產品上面。
我簡單介紹一下我們自己的儲能產品。
首先這款產品叫做Panda，它是戶用儲能系統(tǒng)。從這個圖（如圖）當中，我們可以看到它由三部分組成，分別是逆變器、多控系統(tǒng)和電池模塊。在之后的鈉離子電池量產化，我們的電池模塊就采用我們自己鈉離子電池電芯，每一個電池模塊大概為3.8度電。這個系列產品安裝維護非常的便捷快速簡單，主要是面向戶用儲能。
下一款產品是我們公司的明星產品，叫做Scopio（音）。這款產品已大量應用在我國無電偏遠山區(qū)和巴基斯坦的儲能項目。（如圖）從右面的圖我們可以看到，這些是我們非常成功的一些儲能項目。整個產品分為電控柜和電池柜兩個部分，這兩個部分應該說可以進行分布式級聯(lián)應用，整個電池柜和電控柜它的體積非常小，便于運輸，尤其在交通欠發(fā)達的地區(qū)優(yōu)勢更為明顯。
最后一款產品是我們公司的集裝箱式產品。這款集裝箱產品叫Blue，我們分為20尺和40尺的。我簡單舉個例子，這款是40尺的（如圖），根據(jù)不同場景和設計的要求，我們可以把它做到2MWh和2.8MWh，它主要面向的項目是大型儲能裝置。
最后我簡單說一下我個人對鈉離子電池產業(yè)以及未來的展望。目前鈉離子電池還有一定的技術挑戰(zhàn)，首先是關鍵材料性能有待提升。我們知道有三個體系，哪個體系能夠脫穎而出，現(xiàn)在還沒有確定。技術成本優(yōu)勢有待實現(xiàn)，目前我們的生產工藝成熟度還不是特別高，也沒有出現(xiàn)規(guī)模效應。最后一點是技術標準有待制定，使得鈉離子電池更加規(guī)范化安全地使用。鈉離子電池產業(yè)化目前還處于研發(fā)和產業(yè)化初期，預計在2023年可以形成產業(yè)鏈，預計在2025年鈉離子電池的產業(yè)化進程正式開啟。
對于應用市場，鈉離子電池的主要應用市場還是在儲能領域。預計在2025年之后，鈉離子新增的電化學儲能將超過傳統(tǒng)的抽水儲能，主要用于發(fā)電車的新能源消納和電網側的調峰調頻，預計在2025年電化學儲能累計裝機量就超過50GWh。除此之外，其他的領域類似于低速力電動車，也是鈉離子電池的另外一個戰(zhàn)場。在這個領域當中，鈉離子電池有望對鉛酸電池進行部分替代。
以上就是我的簡短報告。謝謝大家。
