我國鈉離子電池研究現(xiàn)狀 2021中國水系鈉離子電池市場前景分析

• 2021年2月24日 HuangJiang來源：互聯(lián)網(wǎng) 1034 65
• 繁體

與鋰離子電池技術(shù)最接近的鈉離子電池開始嶄露頭角。近年來，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)成果不斷涌現(xiàn)，以鈉離子電池為“心臟”的智能電動自行車、低速電動車、家庭儲能柜、儲能電站、園區(qū)/景區(qū)觀光電動車等相繼問世，很多成果在國際上均為首次發(fā)布。

隨著電動汽車市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鋰離子電池的需求一路暴漲，但我國的鋰資源高度依賴進(jìn)口，有必要開發(fā)不依賴于稀有資源、成本較低的儲能電池技術(shù)。與鋰離子電池技術(shù)最接近的鈉離子電池開始嶄露頭角。近年來，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)成果不斷涌現(xiàn)，以鈉離子電池為“心臟”的智能電動自行車、低速電動車、家庭儲能柜、儲能電站、園區(qū)/景區(qū)觀光電動車等相繼問世，很多成果在國際上均為首次發(fā)布。

在科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心近期組織的“2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”評選中，鈉離子電池研究入選30項候選成果。作為新能源的一顆新星，鈉離子電池正在產(chǎn)業(yè)化的道路上加速向前，或成為我國引領(lǐng)新一輪能源革命的機(jī)會。

日前，中國科學(xué)院物理研究所孵化的高新技術(shù)企業(yè)中科海鈉科技有限責(zé)任公司(以下簡稱中科海鈉)、華陽新材料科技集團(tuán)有限公司與山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)管理委員會簽署合約，將在太原建設(shè)年產(chǎn)2000噸鈉離子電池正負(fù)極材料生產(chǎn)線。

我國鈉離子電池不論是在材料體系和電池綜合性能等技術(shù)研發(fā)方面，還是在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)速度、示范應(yīng)用、專利布局以及標(biāo)準(zhǔn)制定等方面均處于國際前列，已具備了先發(fā)優(yōu)勢。

全球范圍來看，鋰資源分布極不均衡，約70%分布在南美洲?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，目前我國80%的鋰資源依賴進(jìn)口。因此，與鋰離子電池具有相同工作原理和相似電池構(gòu)件的鈉離子電池迎來了大好的發(fā)展機(jī)遇。與鋰離子電池類似，鈉離子電池依靠鈉離子在正負(fù)極之間可逆脫出和嵌入實現(xiàn)電能的存儲與輸出。

根據(jù)中研普華出版的《2021-2025年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測報告》顯示：

相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而，由于其大量使用易燃的有機(jī)電解質(zhì)，在生產(chǎn)和使用過程中會造成爆燃事故，有安全性問題缺陷。而水系離子電池由于采用中性的鹽水溶液作為電解質(zhì)，既避免了有機(jī)電解質(zhì)的易燃問題，又克服了傳統(tǒng)水系電池的高污染，壽命短(如鉛酸電池)和價格昂貴(鎳氫電池)的缺點(diǎn)，是能夠滿足大型儲能技術(shù)要求的理想體系之一。因此，近年來，水系離子(鋰、鈉等)電池的研發(fā)越來越受到關(guān)注。

但是，地球上的鋰資源實際上是難以支撐大型儲能系統(tǒng)的應(yīng)用需求的。于是，與鋰的化學(xué)性能類似的鈉被認(rèn)為能夠替代鋰適用于水系離子電池體系。鈉是地球上儲量最豐富的資源之一，可以說是用之不竭。價格也顯著降低，通常為鋰鹽的1/10。因此，水系電解質(zhì)的鈉離子電池被認(rèn)為是最有潛力的適合大規(guī)模儲能系統(tǒng)的電池之一，成為最近業(yè)界研究工作的焦點(diǎn)。實際上，鈉離子電池的研究與鋰離子電池幾乎同時起步，早在20世紀(jì)80年代，人們就開展了有機(jī)系鈉離子電池正負(fù)極材料的研究。但是與有機(jī)系鋰離子電池相比，鈉離子電池的發(fā)展緩慢。這主要是由于成功應(yīng)用于有機(jī)系鋰離子電池中的正負(fù)極材料體系不能簡單地移植到鈉離子電池中。雖然二者都是以正、負(fù)極間離子嵌入/脫出反應(yīng)的“搖椅式”機(jī)理作為充放電反應(yīng)機(jī)理，可是因為鈉的離子半徑(0.102nm)比鋰離子和質(zhì)子大許多，使得其嵌入反應(yīng)困難。而且，負(fù)極材料在接受大體積的鈉離子的嵌入反應(yīng)過程中，其晶格容易發(fā)生形變甚至坍塌，影響到電池的循環(huán)性能。直到近年，在容量利用率和循環(huán)壽命方面基本滿足要求的有機(jī)系鈉離子電池用負(fù)極材料才被開發(fā)出來。

雖然水系鈉離子電池技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)，但它仍然為大規(guī)模儲能提供了一種安全、廉價、清潔和耐久的新體系?，F(xiàn)在，越來越多的新材料，新構(gòu)思和新技術(shù)被應(yīng)用到水系鈉離子電池體系的開發(fā)中，其綜合性能也在不斷提升。相信隨著研究與開發(fā)的不斷深入，在不久的將來一定能夠?qū)崿F(xiàn)其在儲能上的大規(guī)模應(yīng)用，從而推動以智能電網(wǎng)和可再生能源并網(wǎng)為代表的清潔能源的應(yīng)用。

水系鈉離子電池行業(yè)經(jīng)營效益分析

一、水系鈉離子電池行業(yè)成本結(jié)構(gòu)分析

水系鈉離子電池多采用中性的鈉鹽溶液作為電解液，安全環(huán)保，且資源豐富。水系鈉離子電池與有機(jī)系鈉離子電池相比，能夠降低有機(jī)系電解液的操作條件嚴(yán)格等帶來的劣勢。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有價格更加低廉、資源更加豐富、更加綠色環(huán)保等優(yōu)勢。因此，在大型儲能方面，水系鈉離子電池具有良好的實用前景。

水系鈉離子電池的結(jié)構(gòu)與有機(jī)體系相似，一般使用可溶于水的鈉鹽作電解液。當(dāng)前，通常會用到的鈉離子電池正極材料有錳氧化物材料和普魯士藍(lán)類材料等。而常用的負(fù)極材料有磷酸鹽類材料、碳基類材料和普魯士藍(lán)類材料等。

材料是決定電池性能的關(guān)鍵一環(huán)，當(dāng)前，制約水系鈉離子發(fā)展的瓶頸正是由于缺乏高性能的新型電極材料。由于正極材料占電池成本的40%左右且也是決定電池的電壓和容量的重要因素，所以開發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正極材料是我們的重要方向。

水系鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，主要由正負(fù)極材料、電解液和集流體構(gòu)成的。正負(fù)極都是采用嵌鈉化合物，基本反應(yīng)原理如圖所示，充電時，在電池內(nèi)部，鈉離子從正極富鈉晶格中脫出來后通過電解液擴(kuò)散嵌入負(fù)極晶格中，放電過程與之相反，鈉離子又回到正極，電子在電池外部從外電路以相同的方向流過以確保整個系統(tǒng)的電荷平衡。

圖表：水系鈉離子電池反應(yīng)原理示意圖

資料來源：公開資料整理

二、水系鈉離子電池產(chǎn)品市場價格走勢

據(jù)調(diào)查，水系鈉離子電池平均售價略低于鋰離子電池，高于鉛酸電池，但在使用壽命上卻大大高于鉛酸電池，因此，水系鈉離子電池具有較好的市場前景，隨著技術(shù)水平的不斷提高，水系鈉離子電池的生產(chǎn)成本有望進(jìn)一步降低，未來水系鈉離子電池的售價將更加低廉。若能實現(xiàn)批量生產(chǎn)，未來批量生產(chǎn)售價可低至150美元/(kW·h)，即1.05元/Wh。

圖表：現(xiàn)有儲能用電池指標(biāo)及價格的比較

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

三、水系鈉離子電池行業(yè)經(jīng)營利潤分析

由于水系鈉離子電池行業(yè)仍處于幼稚期，參考目前鋰離子電池和鈉離子電池行業(yè)的毛利率水平，根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，未來水系鈉離子電池行業(yè)的毛利率水平將穩(wěn)定在34%-50%區(qū)間范圍內(nèi)。

圖表：2020-2025年中國水系鈉離子電池行業(yè)毛利率水平

數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理

四、水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展能力分析

水系鈉離子電池采用水系電解液，在本征上解決了有機(jī)電解液電池存在的安全隱患問題。并且水系電解液價格低廉，水系電池組裝過程對濕度要求低生產(chǎn)工藝更加簡便，鈉元素含量豐富分布廣泛。以上優(yōu)點(diǎn)使得水系鈉離子電池在大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用中具有價格低和易于回收再利用的優(yōu)勢。

但是水系電解液電化學(xué)穩(wěn)定窗口窄(熱力學(xué)穩(wěn)定窗口1.23 V，動力學(xué)穩(wěn)定窗口一般也低于1.8 V)，使得水系鈉離子電池可使用電極材料非常有限，電池輸出電壓低，庫倫效率低，循環(huán)壽命短。對此，研究者們做了諸多努力也取得了許多進(jìn)展，王春生教授采用超高濃度鹽溶液能夠有效拓寬水系電池電化學(xué)窗口至3.0 V。但是超高濃度電解液的使用可能會帶來成本提高以及電池倍率性能降低的問題。因此，如果能夠很好解決上述問題，或者更好的平衡產(chǎn)品成本與價格，那么水系鈉離子電池行業(yè)的發(fā)展空間將有望進(jìn)一步打開。

欲了解更詳實的水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展前景分析請點(diǎn)擊中研普華報告《2021-2025年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測報告》

• 相關(guān)深度報告REPORTS

  

  2021-2025年中國水系鈉離子電池行業(yè)發(fā)展分析與投資預(yù)測報告

  相比于上述的傳統(tǒng)二次電池，有機(jī)系離子電池以離子在正負(fù)極的嵌入脫出和在兩極間擴(kuò)散作為充放電基本原理，具有能量密度高，倍率高和循環(huán)壽命長的特點(diǎn)。在性能上可以滿足儲能系統(tǒng)的技術(shù)要求。然而...

  查看詳情

延伸閱讀

推薦閱讀

猜您喜歡