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近日,在奇瑞iCAR 品牌之夜上,寧德時代宣布鈉離子電池將**落地奇瑞車型,業(yè)內(nèi)紛紛表示鋰電池**要革自己的命?實際上鈉離子電池*早出現(xiàn)在20世紀的80年代初,當時鋰離子電池性能與之相比更為優(yōu)異,因此鈉離子電池的研究一度停滯。而隨著近年動力電池領域的需求暴增,導致鋰離子電池的材料供不應求,于是鈉離子電池的研究再度興起。那么鈉離子電池有那些優(yōu)勢?為什么它能成為替代鋰離子電池的首要選擇?
在元素周期表中鈉與鋰都屬于IA族堿金屬元素,二者物理、化學性質十分相似,因此理論上都可以作為電池的金屬離子載體。由于鈉離子的質量比鋰離子大三倍,并且早期的鈉離子電池,有著電池容量低,循環(huán)壽命短等缺陷,因此鋰離子電池在行業(yè)更早的**運用,并且鋰的離子半徑小、標準電勢高,在早期鋰離子電池的推廣應用與產(chǎn)業(yè)鏈也就已完善。而鈉離子電池在2010開始才有研究人員撿起這項老技術。
近年新能源汽車高速發(fā)展,鋰電產(chǎn)業(yè)擴產(chǎn)過快,而鋰元素在地殼中的含量*為0.0065%,鋰資源逐漸呈現(xiàn)短缺的趨勢,成本因素開始限制鋰離子電池的后續(xù)大規(guī)模擴產(chǎn),而鈉資源在地殼中的儲量十分豐富,是鋰資源的 440 倍,并且鈉的分布**、提煉也相對簡易。
相較于鋰離子電池,鈉離子電池的內(nèi)阻較高,短路情況下的瞬時發(fā)熱量較少,溫升也較低。此外,鈉電池的熱失控溫度高于鋰電池,因此在過充、過放、短路、針刺、擠壓等測試中,鈉電池能夠做到不起火、不**,具備更高的安全性。并且,鈉離子電池還可在-40℃到80℃的溫度范圍內(nèi)正常工作,即使在-20℃的環(huán)境下,鈉電池的容量保持率也接近90%。綜合來看,鈉離子電池在高低溫性能方面表現(xiàn)優(yōu)于其他二次電池。
鈉離子電池的電芯能量密度為100-160Wh/kg,雖然小于鋰離子電池,但其能量密度比鉛酸電池的30-50Wh/k要大,與磷酸鐵鋰電池的能量密度范圍有重疊,并且鈉電池的循環(huán)壽命也遠超鉛酸電池。因此,鈉電池是替代鉛酸和磷酸鐵鋰電池的主流選擇。
鈉離子電池在充電過程中的工作原理與鋰離子電池相似,同樣遵循著脫嵌式的工作原理,即:充電時,鈉離子從正極脫出并嵌入負極,嵌入負極的鈉離子越多,充電容量越高;放電時相反,回到正極的鈉離子越多,放電容量越高。鈉離子電池和鋰離子電池的區(qū)別在于正極材料、負極材料、電解液的不同。
鈉離子電池由于采用了開放式3D結構,具備良好的倍率性能,可適應響應型儲能和規(guī)模供電。這是鈉離子電池在儲能領域應用的又一大優(yōu)勢。此外,鈉離子電池具備較強的快速充電能力,充電時間*需約10分鐘左右。相比之下,目前量產(chǎn)的三元鋰電池即便在直流快充的加持下,將電量從20%充至80%也需約30分鐘的時間,而磷酸鐵鋰則需要45分鐘左右。
鈉離子電池作為鋰電池替代品的回歸,引發(fā)行業(yè)內(nèi)的**關注,其大規(guī)模應用將對電池領域帶來**性影響,同時也意味著行業(yè)今后可以擺脫對鋰金屬的依賴。從鈉離子電池結構的正極材料、負極材料、集流體、極耳等組件可以看出,鈉離子電池與鋰離子電池的差異還是較為明顯的,這些不同之處,將帶來電池上游產(chǎn)業(yè)鏈的重新規(guī)劃、布局和整合。