中國儲能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構(gòu)共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日上午，興儲世紀(jì)科技股份有限公司副總裁、首席電池科學(xué)家劉楊受邀在新型儲能系統(tǒng)集成解決方案專場分享了主題報告，報告題目為《新型儲能系統(tǒng)中鈉離子電池的研究與應(yīng)用》。以下是報告主要內(nèi)容：
劉楊：各位來賓，各位專家，大家上午好，我是劉楊，來自興儲世紀(jì)。我今天演講的題目是：鈉離子電池研究與應(yīng)用。
在“雙碳”目標(biāo)的推進下，整個新型儲能在電力系統(tǒng)當(dāng)中作用越來越突出。由于新型發(fā)電包括風(fēng)光發(fā)電具有間斷性、不連續(xù)性、波動性這么一個弊端，使得新型儲能系統(tǒng)在整個電力系統(tǒng)關(guān)鍵要素由原來源網(wǎng)荷，逐漸轉(zhuǎn)為網(wǎng)荷儲四要素。新型儲能對于解決新型發(fā)電系統(tǒng)，包括經(jīng)濟性、安全性及穩(wěn)定性，提供了非常好的解決途徑。
這張圖可以看到對于儲能技術(shù)角度來說大致可以分成三個方面，分別是物理儲能、電化學(xué)儲能和化學(xué)儲能。
對于未來儲能市場應(yīng)該是多技術(shù)路線并存的市場，根據(jù)不同的細(xì)分市場領(lǐng)域，每一個儲能技術(shù)都會找到一個合適的細(xì)分市場。
電化學(xué)儲能包括的種類很多，目前比較火熱的包括鋰離子電池和鈉離子電池，都是屬于新型的儲能技術(shù)。由于電化學(xué)儲能投資小、見效快、性價比比較高、選址靈活等優(yōu)勢，對于區(qū)域的調(diào)峰調(diào)頻調(diào)壓方面具有很大的作用。在過去一兩年中，鈉離子電池?zé)o論在儲能市場還是在其他動力電池市場都受到了很大的關(guān)注。
關(guān)于鈉離子電池發(fā)展的過程，鋰離子電池和鈉離子電池基礎(chǔ)研究同時始于上世紀(jì)70年代。由于鋰離子電池迅速找到與之配對的負(fù)極材料，也就是石墨。使得鋰離子電池的發(fā)展非常迅速，鈉離子電池研發(fā)相對滯后一點。直至2011年世界上首家鈉離子電池公司Faradion在英國成立，之后在世界范圍內(nèi)陸續(xù)成立了多家專門從事鈉離子電池的公司，中國首家專門從事鈉離子電池的中科海鈉在2017年成立，之后包括鈉創(chuàng)、寧德時代、興儲世紀(jì)也在近幾年發(fā)布了鈉離子電池的規(guī)劃。
中國鈉離子電池呈井噴式爆發(fā)，究竟是哪些原因使得眾多企業(yè)進入鈉離子電池賽道呢，我們簡單看一下鋰資源和鈉離子資源的對比。對于鋰資源來說，地殼中含量非常稀少，大概在0.0065%左右，且分布非常不均勻，大部分集中在南美洲和澳洲。我國80%的鋰資源需要依賴于進口，它的價格波動也是非常大?？梢钥吹教妓徜嚨膬r格從去年飆升到60萬/噸，降至今年年初18萬/噸。它的主要波動原因是受到了動力電池供需關(guān)系的影響。我們對比一下鈉資源，鈉資源在整個地殼環(huán)境當(dāng)中儲量非常豐富，大概在2.75%左右，且分布非常平均?？梢钥吹?strong>中國的鈉儲量也是非常豐富的，位居全球前列。其次它的價格非常低廉，作為主要的鈉鹽的原材料，碳酸鈉價格長期穩(wěn)定在2千-3千元/噸，對比碳酸鋰價格目前在30萬/噸，應(yīng)該說只有1%。鈉離子電池作為一種新型儲能技術(shù)，對于儲能市場對成本特別敏感的市場，它具有很強的預(yù)判性，所以發(fā)展鈉離子電池減少我國鋰資源對外依存度具有重要的戰(zhàn)略意義。鈉離子電池和鋰離子電池工作原理和特點非常相似，除此之外鈉離子電池也有獨特的特點，它的主要特點可以歸納于6個方面：工作溫域?qū)挕⒊杀镜?、能量密度適中、循環(huán)壽命適中，安全性高、充放電倍率優(yōu)。
首先看一下它的成本，我們提到鈉離子電池鈉鹽的成本只是鋰鹽成本1%左右，所以說它的正極材料以及電解液所使用的鈉鹽，使得鈉離子電池成本非常低廉。同時從鈉離子電芯維度來看，它的正負(fù)極材料均可以使用鋁箔作為集流體。有別于鋰離子電池需要使用負(fù)極材料需要采用銅箔，鈉離子成本可以得到進一步有效的控制。鈉離子電池安全性比較高，因為鈉離子電池可以完全放置0V進行保存和運輸，因此在運輸當(dāng)中它的風(fēng)險極大的降低了。在短路的過程當(dāng)中，由于鈉離子電池材料本身材料的特性，自發(fā)熱量比較少，升溫溫度比較低一些，因此不容易引起電解液起火和爆炸的隱患。
同時它的工作溫域比較寬泛，大概可以在零下30-60度之間，都可以正常使用，有別于鋰離子電池在零下二三十度，整個電池容量衰減的比較快。
能量密度適中，作為鈉離子來講，離子半徑要大于鋰離子，導(dǎo)致它的體積和質(zhì)量的能量密度略遜于現(xiàn)在的磷酸鐵鋰電池。但隨著研發(fā)進程發(fā)展，未來幾年當(dāng)中鈉離子電池有望超過磷酸鐵鋰的能量密度。
關(guān)于鈉離子電池這些特性，也是由于關(guān)鍵材料特性由來的。我們看看正極材料，目前主要分為三個體系，分別是：過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物、聚陰離子化合物。過渡金屬氧化物是所有電芯廠當(dāng)中一個比較主流的選擇，它類似于鋰離子電池當(dāng)中的三元材料，它的主要特點具有較高的能量密度、較高電壓平臺，但它在循環(huán)過程中存在結(jié)構(gòu)相變，導(dǎo)致它的循環(huán)性能穩(wěn)定性稍微差一些。在過渡金屬氧化物當(dāng)中，分為O3型和P2型。O3型主要是能量型的材料體系，而P2型是快速充放電倍率型的體系。普魯士類化合物，因為它的結(jié)構(gòu)是特別開放的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于鈉離子脫嵌。同時它在分子式當(dāng)中采用比較低廉的鐵和錳為元素，使得材料成本非常低廉。同時材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常好，它的主要劣勢在于制備過程中配位水難以得到控制，從而影響到它的循環(huán)穩(wěn)定性。聚陰離子類化合物，它具有良好的熱穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，包括高電壓平臺。但它的理論能量密度越低，導(dǎo)電性越差。
綜合3種不同的體系特性，目前過渡金屬氧化物是鈉離子電池工業(yè)化程度最高的，也是能迅速量產(chǎn)的一款體系。
關(guān)于負(fù)極材料，也分為三類：碳基材料、合金類材料、鈦基材料。目前，碳基材料應(yīng)用比較廣泛的，硬碳是指難以石墨化的、無序的，能形成石墨硅晶無序排列的結(jié)構(gòu)。其無序結(jié)構(gòu)可以提供很多儲鈉點位，使得鈉離子可以有效得到儲存。它的比容量大概是250-350mAh/g，首次庫倫效率在80%-90%之間。電化學(xué)性能略低于鋰離子電池石墨的性能。軟碳雖然成本很低，但性價比不突出，并不是目前主流的選擇。至于合金類材料和鈦基類材料目前還屬于研發(fā)狀態(tài)。除此之外，電解液材料及隔膜材料也會影響到鈉離子電芯性能的表現(xiàn)，包括選擇與正極材料和負(fù)極材料匹配的電解液。
對于鈉離子電池未來的優(yōu)化方向，目前鈉離子電池的整個性能并沒有完全發(fā)揮鈉離子電池應(yīng)有的成本優(yōu)勢，以及電化學(xué)性能優(yōu)勢。主要原因是產(chǎn)業(yè)鏈并不是非常完善的，以及鈉離子電池研發(fā)的初始階段。通過不斷完善產(chǎn)業(yè)鏈及配方改良，在未來1-2年之內(nèi)，鈉離子電池能夠進一步在儲能領(lǐng)域，以及低速車領(lǐng)域當(dāng)中得到很好的應(yīng)用。
興儲世紀(jì)成立于2007年，全球知名的新能源智能微電網(wǎng)解決方案提供商。在離網(wǎng)儲能建設(shè)和運維規(guī)模當(dāng)中位于全球前列的，巴基斯坦第一大新能源獨立發(fā)電商，以及巴基斯坦分布式儲能市場占有率第一位。公司產(chǎn)品的全家福涵蓋了便攜式電源、光伏逆變器、戶儲、工商業(yè)儲能、集裝箱儲能等產(chǎn)品。
本次展會當(dāng)中帶來了3款鈉離子電池產(chǎn)品，包括一款軟包電池和兩款方形鋁殼電芯。額定容量分別是22安時、75安時和240安時，目前能量密度可以達(dá)到150瓦時每公斤，循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到2500次-3000次的數(shù)值?？蓱?yīng)用于儲能領(lǐng)域，包括戶儲、工商業(yè)儲能都可以應(yīng)用到鈉離子電池，以及低速交通工具，例如電動車，低速自行車，船舶以及公共汽車等大型電力應(yīng)用。
興儲世紀(jì)鈉離子電池于2022年完成的材料體系確立和優(yōu)化，以及1860柱形電池驗證工作，在鈉離子電池技術(shù)和工藝以及材料方面有了很深的積累。興儲世紀(jì)鈉離子電池完成研發(fā)成果轉(zhuǎn)移至大尺寸電池，包括軟包和方殼電芯以及其他關(guān)鍵材料配套開發(fā)。目前，興儲世紀(jì)鈉離子方形鋁殼電芯循環(huán)壽命可以達(dá)到2500次左右，并啟動鈉離子電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用項目驗證。
興儲世紀(jì)規(guī)劃是5GWh的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)園項目，總投資約25-30億元。第一期首批鈉離子電池建設(shè)，約1GWh，于今年2月份進行開工，計劃年底會完成土建和設(shè)備的調(diào)試工作，明年可以生產(chǎn)鈉離子電池。
以上是我的匯報，謝謝各位！
