湖南法恩莱特新能源科技有限公司副总经理孔东波介绍,钠电池离子半径要比锂电池的离子半径大很多,造成难以脱嵌,从而造成动力学非常缓慢,电极材料体积变化大,循环性比较差,整个系统所有组件包括电极材料、隔膜都需要加大开发力度,不能完全沿用之前的锂电池的方式。
具体来看,钠离子电池的正极材料还没有大规模的稳定量产、结构稳定性有待提高,同时循环过程中产气问题比较严重。
孔东波介绍,钠离子电池主要需要解决的是在化成过程中的产气,还有一个后期充电及长期搁置中的产气。
他认为原因有几个方面,一是电解液中水分的还原;二是溶剂分子在负极侧的电化学还原;三是带电状态下负极还原产物与溶剂分子的负反应。解决方法是,需要研发新型的溶剂溶解残碱,同时引入抑制产气的添加剂。
钠离子电池的负极,现阶段只能选择硬碳,但库伦效率比较低(电池放电容量与同循环过程中充电容量之比),而且价格偏高。
在孔东波看来,负极现在困扰比较大。简单来说,石墨难以储存钠,不能作为钠离子电池的负极,硬碳是目前钠离子电池唯一的负极材料。
钠离子的原子半径至少比锂离子大35%,钠离子很难嵌入和脱出材料,这对负极材料的结构稳定性提出了更高的要求。
锂离子电池使用的石墨负极材料的孔径和层间距,不能满足钠离子电池负极的要求。而硬碳的层间距要比石墨大很多。
此外,电解液也还在摸索之中。以往醚类电解液很少被作为电解质使用,因为其在负极上钝化能力差,在超过4V以上的工作电压下不稳定。
然而,近年来,在钠离子电池领域中,醚类电解质已经被广泛地使用,因为它们在钠电体系中具有更好的抗氧化还原能力,相比酯类电解质其可以在负极表面生成更薄和具有稳定的SEI膜和高的首次库仑效率。
不过,钠离子电池电压达到4V以上,就需要改善高电压下的循环性问题,醚类电解质就不能满足要求,需要氟代醚类溶剂,同时引入高电压的添加剂。
孔东波表示,他们钠离子电池的研发分为三个阶段,短期目标要做到针对电池高温循环产气严重的情况,提高解决措施,使产气情况得到有效改善等;中期目标是,选择出合适的电解液,使得4.2V高电压钠离子电池的循环超过500周,容量保持率超过85%;长期目标是开发出新型溶剂体系,适配不同工作环境的电池,增强循环性能,达到常温循环1500周、高温循环800周、低温循环800周容量保持率>85%。
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应用:储能和低续航小车
钠离子电池的优势在于价格低廉、性能好,但是核心问题是体积能量密度太低,在有限的体积内装的电池太少了,这就制约了钠离子电池的应用范围。
会上,专家们公认的应用范围是储能、低速车和A00级车。换句话说,钠离子电池是无法替代锂离子电池的,只能成为锂离子电池的补充。
孔东波认为,储能是钠离子电池较为适用的场景,核心原因是大型储能系统对电池能量密度要求不高,对安全性和经济性要求更高。
从孔东波给出了成本测算看,相比铅酸电池、磷酸铁锂以及三元电池做储能,无论在计及电力损耗时的度电成本、不计及电力损耗时的度电成本和不计电力损耗且折现率为0的度电成本时,钠离子电池都是最低的。
高飞认为,钠离子电池的核心方向应该是储能和轻型动力。与孔东波不同,高飞重点分析了钠离子在轻型动力领域的应用。典型就是交通工具领域,高飞认为,钠离子电池的主要应用场景是二轮车、低速车到A00级这个级别,也就是大概300公里以内出行工具。