儲能革命將至？鈉電三大技術(shù)高下已分

近日，中科海鈉（阜陽）全球首條GWh級鈉離子電池生產(chǎn)線產(chǎn)品下線儀式正式舉行，相關(guān)人士還透露，計劃2023年，將阜陽生產(chǎn)線擴產(chǎn)至3~5GWh，實現(xiàn)100MW級鈉電儲能系統(tǒng)的推廣應用。

該生產(chǎn)線的投產(chǎn)，意味著層狀過渡金屬氧化物鈉電池正式領(lǐng)軍鈉電產(chǎn)業(yè)化！儲能革命雖任重而道遠，但也漏了一線微光。

產(chǎn)業(yè)化進度高下已分

鈉離子電池主要由正負極、電解液和隔膜組成，是鋰離子電池的最佳平替，根據(jù)正極材料不同，主流技術(shù)路線有三條層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍化合物和聚陰離子型化合物。

層狀過渡金屬氧化物優(yōu)點是制備簡單、比容量高、能量密度較高、可與鋰電池三元材料共用生產(chǎn)線，缺點是層狀材料大多易吸水，或與空氣反應，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學性能較差。

普魯士藍化合物優(yōu)點是成本較低、能量密度較高，缺點是氰化物具有潛在毒性、導電性較差、循環(huán)壽命較短，且材料結(jié)晶水不易去除，壓實密度不高，產(chǎn)業(yè)化難度較大。

聚陰離子型化合物優(yōu)點是大多具有開放型的三維骨架，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、倍率性能、循環(huán)性能較好、循環(huán)壽命較長，缺點是成本較高、導電性和能量密度較差。

綜合來看，三種技術(shù)路線里，層狀過渡金屬氧化物鈉離子電池，電化學性能最為優(yōu)異，理論比容量可達約240mAh/g，是磷酸鐵鋰電池的1.4倍左右，且原料豐富、合成簡單、產(chǎn)業(yè)路徑順暢，是中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源等眾多鈉電公司重點布局的技術(shù)路線。

鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化方面，隨著中科海鈉阜陽生產(chǎn)線的投產(chǎn)，層狀過渡金屬氧化物技術(shù)路線搶先半個身位，開始與其他兩種技術(shù)路線拉開差距。

聚焦層狀過渡金屬氧化物

層狀過渡金屬氧化物由過渡金屬層和堿金屬層交疊排布組成，根據(jù)配位環(huán)境和氧的堆積方式，分為 O3、P3、P2、O2 等，其中O3型（八面體型）和P2型（三棱柱型）是主流結(jié)構(gòu)，兩者性能互補。

O3型，如 NaNiO2、NaFeO2、NaCrO2等，優(yōu)點是鈉離子含量高、能量密度高，缺點是循環(huán)壽命較短。

P2型，如 Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 等，優(yōu)點是循環(huán)壽命較長、空氣穩(wěn)定性較高，缺點是比容量較低。

兩者綜合比較，三棱柱型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，相關(guān)產(chǎn)品安全性高、倍率性能好，有望兼具高比容與高安全，是未來層狀過渡金屬氧化物鈉電池的潛力路線。

產(chǎn)業(yè)化制備方面，層狀金屬氧化物鈉電池主要有兩種制備工藝，液相法和固相法。

液相法可沿用大部分鋰電池三元正極材料制備工藝，產(chǎn)線設(shè)備復用率高，易于快速產(chǎn)業(yè)化；相較而言，固相法燒結(jié)溫度要求更高，優(yōu)點是生產(chǎn)過程中可以不考慮前驅(qū)體制備。

布局企業(yè)方面，我國布局鈉電池的企業(yè)中，寧德時代選用鎳基層狀氧化物方案；中科海鈉選用銅鐵錳氧化物方案；鈉創(chuàng)新能源選用鐵酸鈉基氧化物方案；國外企業(yè)中，F(xiàn)aradian采用鎳基層狀氧化物方案。

電解二氧化錳VS高純硫酸錳

在鈉電池工作過程中，鈉離子由于體積較大，從層狀結(jié)構(gòu)脫嵌而出時，會對材料結(jié)構(gòu)造成約23%的不可逆改變，甚至導致材料斷裂，嚴重影響鈉電池的動力性能、循環(huán)壽命和電極完整性，需要通過摻雜過渡金屬元素解決這一問題。

目前，層狀過渡金屬氧化物鈉電池摻雜的過渡金屬元素主要有錳、鐵、鎂、鈦、鎳、銅等，根據(jù)商業(yè)化體系不同，選用過渡金屬元素的種類、占比各異，不過，錳在不同體系中都或多或少存在，是鈉電池層狀體系路線最確定的元素之一。

鈉電池的層狀過渡金屬氧化物主要有兩種錳元素原材料，電解二氧化錳和電池級硫酸錳，原材料不同，制備方法也不同。

原材料選用電解二氧化錳時，制備方法為固相法，通過直接燒結(jié)原材料來制備層狀過渡金屬氧化物，使用此種制備方法的代表企業(yè)是中科海鈉。

原材料選用電池級硫酸錳時，制備方法為液相法，步驟稍微復雜，電池級硫酸錳制備多元前驅(qū)體，再燒結(jié)才能制備層狀過渡金屬氧化物，使用此種制備方法的代表企業(yè)是鈉創(chuàng)新能源。

兩種方法對比，在成本、工藝流程方面，固相法更勝一籌，不過材料的一致性、均勻性需要注意。

寫在最后

當今世界格局動蕩，國際能源供給關(guān)系瞬息萬變，為保障我國能源供給安全，降低國際能源依賴迫在眉睫。

儲能在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，新型儲能備受關(guān)注。

目前，以磷酸鐵鋰電池為代表的的鋰電池在儲能領(lǐng)域滲透率最高，但是，鋰資源地殼豐度僅0.006%，大多分布在澳大利亞和南美地區(qū)。我國鋰資源儲量僅占全球6%，且多分布于青藏高原等開采困難的地區(qū)，80%的鋰資源依賴進口，極易受貿(mào)易爭端影響。

因此，有備無患，開發(fā)新的電化學儲能技術(shù)事關(guān)重大，鈉離子電池是鋰離子電池的首選平替，在對外依賴性、資源豐度、成本、低溫性能、技術(shù)成熟度等方面都有很大的優(yōu)勢。

隨著寧德時代、中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、蜂巢能源、傳藝科技等企業(yè)和相關(guān)科研機構(gòu)持續(xù)發(fā)力，突破現(xiàn)階段卡脖子的技術(shù)難題，鈉離子電池必將給儲能帶來一場革命。