鈉電池負極材料：硬碳高性能與軟碳低成本,魚和熊掌不可兼得分析

近年近年來，財政部通過新能源汽車推廣應用補助等政策，帶動了能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，推動新型電池產(chǎn)品技術水平迅速高、成本迅速下降《十《十四五新型儲能發(fā)展實施方案》正式印發(fā)，國家正式提出研開展鈉離子電池等新一代高能量密度儲能技術試點示范。方案提出裝備和集裝備和集成優(yōu)化設計研究，集中攻關超導、超級電容等儲能技術防復燃、儲能電站整體安全性設計等關鍵技術，支撐大規(guī)模儲能電化防復燃、儲能電站整體安全性設計等關鍵技術，支撐大規(guī)模儲能電安全運行鈉電池負極材料：硬碳高性能與軟碳低成本，魚和熊掌不可兼得硬硬碳比容量占優(yōu)，軟碳經(jīng)濟性占優(yōu)，目前硬碳是主流。硬碳內(nèi)碳微晶在晶c方向上的碳片層堆積較少且整體呈現(xiàn)出隨機取向長循環(huán)壽命，儲鈉的長循環(huán)壽命，儲鈉的比容量相對較高并且具有低電壓平臺，但仍面著首次庫侖效率低、倍率性能略差等問題。相比之下，石墨烯相關料往往呈現(xiàn)出更高的平均電壓和更低的庫倫效率，而軟碳的儲鈉比量較低，因此硬碳綜合性能相對較優(yōu)，具有較廣闊的應用前景。軟是有序度較高，是在2800℃以上高溫熱解能夠完全石墨化的非晶碳料，前驅體主要是石油焦和瀝青這類礦物質，具有低成本優(yōu)勢。軟材料具有更高的電子導電性和倍率性能，但由于石墨化程度比較高直接碳化的軟碳材料在鈉離子電池中表現(xiàn)出較低的可逆容量，儲鈉量較低，實用性受限二、從電池的安全性來看，鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定全全球鋰電池起火事故頻出，電動車、儲能起火事故頻發(fā)，據(jù)不起儲能電站起火爆炸事故，其起儲能電站起火爆炸事故，其26事故采用三元鋰離子電池鈉離子鈉離子電池電化學性能相對穩(wěn)定，熱失控過程中容易鈍化失活安全實驗表現(xiàn)較鋰離子電池更好。目前，鈉離子電池已通過中汽中的檢測，針剌時不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過充、過放擠壓等實驗也不起火燃燒。對比鋰離子電池起始自加熱溫度達260℃：且鈉離子電池則達 ARC測試中鈉離子電池最大自加熱260℃：且顯顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性三、鋰電池價格上漲，推動鈉離子電池需求量的增鈉鈉離子電池的研發(fā)起步較早，產(chǎn)業(yè)化應用的速度不及鋰離子電池年，高溫鈉但近年來學術研究和產(chǎn)業(yè)應用的熱度持續(xù)上年，高溫鈉電池出現(xiàn)是鈉離子電池出現(xiàn)是鈉離子電池發(fā)展的萌芽時期，出出了搖椅式電池的概念后，由于鋰離子電池體系中應用較為廣泛的墨負極墨負極儲鈉能力欠缺，對鈉離子電池的研究幾乎停滯。直等發(fā)現(xiàn)等發(fā)現(xiàn)硬碳負極具備優(yōu)異的可逆儲鈉能力，學界才繼續(xù)推進年，隨年，隨鋰離子電池研究和產(chǎn)業(yè)鏈建設趨于成熟，以及對鋰資的擔的擔憂，鈉離子電池的研究和產(chǎn)業(yè)化進程，進入復興時期。直月，寧德時代發(fā)布第一代月，寧德時代發(fā)布第一代鈉離子電池，宣布計產(chǎn)業(yè)鏈，疊加鋰產(chǎn)業(yè)鏈，疊加鋰價年年初快速上漲，引發(fā)全產(chǎn)業(yè)對對互補、替代方案鈉離子電池的高度重視，涌現(xiàn)數(shù)十家推動鈉離子池及原材料量產(chǎn)的企業(yè)磷酸磷酸鋰是一種鋰離子電池電極材料，主要用于鋰離子電池。近來由于我國電動汽車產(chǎn)量快速增長，導致鋰離子電池產(chǎn)能的提升，而出現(xiàn)而出現(xiàn)碳酸鋰價格飛漲的局面。數(shù)據(jù)顯示，我國磷酸鋰價格年年初價格增年年初價格增長迅速，導致鋰離子電池原材料成本較高價價格上漲趨勢明顯，將使其在大規(guī)模儲能中的應用受到限制。同時鋰元素的地殼豐度只有0．0065%，我國鋰資源十分短缺，大部分依于進口，而鈉元素的地殼豐度2．74%，地于進口，而鈉元素的地殼豐度源較源較鋰資源相對豐富，成本低廉。為了防止國外對鋰資源的壟斷，國將大力發(fā)展鈉離子電池，以替代鋰離子電池，在一定程度上緩解于鋰資源短缺引發(fā)的儲能電池發(fā)展受限問題因為能因為能量密度的短板，鈉離子電池的應用尚出現(xiàn)在中高端的電汽車上，在微型電動車及兩輪電動車上將率先應用。數(shù)據(jù)顯示，近來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的收入水平的提高，兩輪電動車的銷量整體呈現(xiàn)上漲趨勢，銷量整體呈現(xiàn)上漲趨勢，其中產(chǎn)量萬輛，銷售量年的 2017年的2943萬輛增加到萬輛，銷售量萬輛萬輛。由于兩輪電動車產(chǎn)品價格較低，適合中、小型城市和縣鄉(xiāng)市的用戶，未來市場空間廣闊，有利于促進鈉離子電池需求量的增長級電動車受鋰離子電池級電動車受鋰離子電池價格上漲的影響，擇性價比較高的鈉離子電池進行替代，隨著電動兩輪車、A00級電動的不斷的不斷發(fā)展，鈉離子電池的需求量向好發(fā)展，同時，鈉離子電池可用廉價的鈉鹽取代鋰鹽作為電池關鍵原料，已經(jīng)成為新一代儲能電研究的熱點，在快速發(fā)展的儲能領域，鈉離子電池有望成為重要的年中，我國鈉離子電池供年中，我國鈉離子電池供給量和需求量現(xiàn)逐年上升的現(xiàn)逐年上升的趨勢，其市場價格走勢不斷下降，元/GWh降到20216．66/GWh目目前，我國鈉離子電池處于發(fā)展前期，還未形成基本的產(chǎn)業(yè)鏈從專利申從專利申請量來看，年間，中國鈉離子電池專利申請整體上整體上處于上升趨勢，其年受疫情影響，鈉離子電池的申請有小幅下降，項，根2019年減少 IP管家有小幅下降，項，根項，可見，鈉離子電池逐項，可見，鈉離子電池逐步受到各方面的重視未來市場占有率也將逐步提升四、從電池循環(huán)壽命來看，鈉離子電池遠高于鉛酸電行業(yè)內(nèi)一般以鈉/鋰電池滿充滿放的循環(huán)次數(shù)來計算循環(huán)壽命。使用的過程使用的過程中，離子電池內(nèi)部會發(fā)生不可逆的電化學反應導致容量降，比如電解液的分解，活性材料的失活，正負極結構的坍塌導致離子嵌入和脫嵌的數(shù)量減少等等。通過科學實驗表明，更高倍率的電會導致容量更快的衰減，如果放電電流較低，電池電壓會接近平電壓，能釋放出更多的能量。目前，鈉離子電池的循環(huán)壽命遠高于酸電池，距離鋰電池還有些差距;低溫揮發(fā)率較高，為85%;每月自放率低于率低于鋰離子電池，五、從電池容量性能來看，鈉離子高于鉛酸電池，低于磷酸鐵鋰池與鋰離與鋰離子電池工作原理相似，鈉離子電池是主要依靠鈉離子在極和負極之間移動來工作，以鈉離子嵌入鋰離子電池和鉛酸電池，目前市場上主流的二次電池技術，與鈉離子電池工作原理相似目前鈉離子電池行業(yè)主要競爭產(chǎn)品為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池鉛酸鉛酸電池以及梯次利用鋰電池。通過計算鈉離子正負極能量密度差異可以得出在相同技術條件下，鈉離子的能量密度約為錳酸鋰電池和酸鐵鋰電池能量密度的0．7-0．8六、中國鈉離子電池市場前鈉離子電池主要分為四種，其中鈉硫電池和鈉-氯化鈉電池為高鈉離鈉離子電池，水系鈉離子電池和溶劑系鈉離子電池為常溫鈉離子電池目前已開始小批量應用的主要是常溫鈉離子電池，尤其是以溶劑系離子電池在產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈方面，上游的正極和負極以及電解液添加劑都需要培新的供應鏈，在隔膜、集流體、電解液溶質以及生產(chǎn)線可以與鋰離電池共用；而在下游，主要取代鉛酸電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰及電動工具造造成鈉離子電池目前沒有大規(guī)模應用的主要原因有：鈉離子電鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，鈉離子電池的配方?jīng)]有經(jīng)過足夠多的代，性能潛力挖掘不夠，潛在的性能缺陷較多。由于用戶的使用慣和路徑鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，鈉離子電池的配方?jīng)]有經(jīng)過足夠多的代，性能潛力挖掘不夠，潛在的性能缺陷較多。由于用戶的使用慣和路徑依賴，用戶更愿意接受成熟度更高的鋰離子電池。各細分領域鈉離子電池并沒有表現(xiàn)出不可替代的性能。鈉離子電池沒有大規(guī)模用，導致鈉離用，導致鈉離子電池上游供應鏈并不成熟，鈉離子電池沒有獲得明的成本優(yōu)勢。從廢舊鋰電池回收退下來的梯次利用鋰電池價格低廉并且供應量不斷增加，進一步削減了鈉離子電池的市場可能性目前國內(nèi)主流的最為成熟的技術路線為：正極為鈉過度金屬氧物，過度金屬為銅鐵錳或鎳鐵錳，負極為硬碳或無煙煤軟碳，電解溶質為六氟磷酸鈉，電解液溶劑與目前鋰離子電池溶劑相同，正負集流體均為鋁箔件件下，鈉離子的能量密度約為錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池能量密度0．7-0．8倍。在對比鈉離子電池與錳酸鋰電池及磷酸鐵鋰電池的性后后，高工產(chǎn)研鋰電研究所認為鈉離子電池未來的應用領域有望主要中在電動二輪車市場、家庭儲能、低速車以及備電等領域七、鈉離子電池有望應用于儲能和動力兩個領綜合鈉離子電池的電池容量性能、電池循環(huán)壽命和電池的安全來看，未來來看，未來鈉離子電池有望應用于儲能和動力兩個領域在動力領域，鈉離子電池將在兩輪車和電動汽車兩個方面得到用。在兩輪車領域，由于鈉離子電池有有能量密度相對較低、安全比較高的特點，因此有望實現(xiàn)在對鉛酸電池的逐步替代。其中電動車方面