正极路线难定论,钠电池产业化挑战仍多

年以来,钠离子电池不断传出产业化提速的消息。3月17日,雅迪华宇发布极钠1号钠电池,以及全球第一款钠电池两轮车极钠s9;2月23日,中科海钠宣布产品在江淮思皓EX10花仙子上首次实现了装车。

事实上,作为一个新兴产物,钠离子电池的技术和工艺仍面临很多挑战。其中,正极作为钠离子电池所有工艺中最重要的一个环节,层状氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子化合物三条技术路线相互竞争,尚未有定论。有券商新能源行业分析师表示,大家都还在尝试,也不能说哪个就一定好,哪个就一定差。

正极材料技术路线之争会否影响钠离子电池产业化进程?目前产业化进度相对领先的层状氧化物路线能否最终胜出成为大赢家?

正极三条技术路线各有优劣

与锂电池相比,钠离子电池变化最大的部分就是正极材料,正极材料也是决定电池能量密度、安全性、循环寿命等能的关键因素。

钠离子电池正极材料主要有三种:层状氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子化合物。

层状氧化物拥有高比容量优势,但由于钠离子在脱嵌过程中,层状金属氧化物易发生结构变化或相转变导致电池循环性能衰减,因此需掺杂Mn、Fe、Ni等电化学活性元素,依靠不同阳离子氧化还原电对的特性互补,提升材料的稳定性。

由于层状氧化物的生产工艺与锂电三元正极材料兼容性较高,中科海纳、振华新材(.SH)等较多钠离子电池企业和锂电正极企业选择该技术路线,相对成熟的产品有中科海钠团队合成的铜铁锰酸钠Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2、浙江钠创合成的铁镍锰酸钠Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2。

其中,中科海纳于年2月在新品发布会上推出了NaCR-ME12圆柱电芯、NaCP-ME80方形电芯及NaCP-ME方形电芯,同时在江淮思皓EX10花仙子上首次实现样车装车。

振华新材原先的三元正极大单晶技术体系可迁移至层状氧化物,且能稳定材料晶体结构,改善钠离子电池的高温高电压循环性能。据东方财富证券,在开发层状氧化物过程中,该公司已掌握多元素协同掺杂等多项核心技术。

普鲁士蓝类材料常温即可制作合成简单方便,理论充放电比容量可达mAh/g,高于层状氧化物材料的-mAh/g、聚阴离子化合物的约mAh/g。但由于其结构中的Fe(CN)6空位易和晶格水分子形成化合物,结晶水难以除去,使得普鲁士蓝在实际应用中容易存在比容量低、效率不高、倍率较差和循环不稳定等问题。

成本方面,普鲁士蓝最主要的原材料为氰化钠,无需使用到价格昂贵的金属,物料成本仅为1.5万-2万元/吨,与铜铁锰酸钠(1.83万元/吨)相当,低于铁镍锰酸钠(5.09万元/吨)。三者均低于约为10万元/吨的磷酸铁锂正极物料成本(若按照碳酸锂价格35万元/吨测算)。

“普鲁士蓝性能好,若能解决结晶水、氰化物等工艺问题,也是一条比较好的路线。”上述券商新能源行业分析师称。

宁德时代(.SZ)第一代钠离子电池正极材料采用普鲁士白,其容量已达mAh/g,与现有的锂离子电池正极材料相当。

由于普鲁士蓝类似物也是一种无机颜料,选择该技术路线的正极企业多为具有颜料背景的化工企业,如七彩化学(.SZ)子公司辉虹拥有吨/年普鲁士蓝生产能力。年11月,七彩化学与美联新材合资成立辽宁美彩新材料有限公司,投资25亿元建设年产18万吨电池级普鲁士蓝(白)项目。

聚阴离子类化合物根据结构不同可分为橄榄石结构磷酸盐、NASCICON(Na+快离子导体)化合物和磷酸盐化合物。常见的聚阴离子化合物比容量偏低,但橄榄石结构的磷酸铁纳(NaFePO4)理论比容量可达mAh/g,制备方法与磷酸铁锂类似,自身电导率较低的问题则需要通过纳米化和碳包覆来改善。

采用这一技术路线的企业中,众钠能源已于年推出硫酸铁纳电池。该产品实验室能量密度、工程电芯能量密度分别达wh/kg、wh/kg,2C充放电条件下,循环寿命大于次。该公司于年12月完成超亿元Pre-A轮融资,拟启动硫酸铁纳电池全链示范量产的一期工程。

由于聚阴离子型材料工作电压高,循环稳定好,部分材料成本可以做到较低水平,与储能场景较为契合,因此,深耕储能领域的鹏辉能源(.SZ)选择重点攻坚聚阴离子方向,公司研发的无负极磷酸钒钠体系能力密度超wh/kg,并推出循环寿命在次以上的量产产品。

层状氧化物路线产业化进度领先

对于钠离子电池正极材料三条技术路线的发展前景,行业人士看法各异。

”目前

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