|
一是關(guān)于將鈉離子電池納入有關(guān)發(fā)展規(guī)劃和重點科技支持計劃的建議。我部將在“十四五”相關(guān)規(guī)劃等政策文件中加強布局，從促進前沿技術(shù)攻關(guān)、完善配套政策、開拓市場應(yīng)用等多方面著手，做好頂層設(shè)計，健全產(chǎn)業(yè)政策，統(tǒng)籌引導(dǎo)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。科技部將在“十四五”期間實施“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項，并將鈉離子電池技術(shù)列為子任務(wù)，以進一步推動鈉離子電池的規(guī)模化、低成本化，提升綜合性能。 二是關(guān)于盡快推動鈉離子電池市場化應(yīng)用的建議。有關(guān)部門將支持鈉離子電池加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，支持先進產(chǎn)品量產(chǎn)能力建設(shè)。同時，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程適時完善有關(guān)產(chǎn)品目錄，促進性能優(yōu)異、符合條件的鈉離子電池在新能源電站、交通工具、通信基站等 領(lǐng)域加快應(yīng)用；通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新，推動鈉離子電池全面商業(yè)化。 三是關(guān)于盡快推動鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)建立的建議。我部將組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究機構(gòu)適時開展鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定，并在標(biāo)準(zhǔn)立項、標(biāo)準(zhǔn)報批等環(huán)節(jié)予以支持。同時，根據(jù)國家政策和產(chǎn)業(yè)動態(tài)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究有關(guān)鈉離子電池行業(yè)規(guī)范政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。 四是關(guān)于對初期進入市場的鈉離子電池產(chǎn)品或企業(yè)給予扶持的建議。我部將梳理能源電子產(chǎn)業(yè)鏈，統(tǒng)籌資源支持鋰離子電池、鈉離子電池等新型儲能電池發(fā)展。相關(guān)部門將繼續(xù)大力支持相關(guān)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，并以市場化手段為主，推動更加合理、更加高效的商業(yè)模式形成，通過建立良性發(fā)展機制解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中面臨的共性問題。 工信部表示，實現(xiàn)碳達峰、碳中和的關(guān)鍵任務(wù)是實施可再生能源替代行動，大幅提升新能源在能源結(jié)構(gòu)中的比重，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。 ---------------------------------------------------------------------------------------- 駱駝集團稱、在汽車低壓電池領(lǐng)域，鈉離子電池暫不具備替代性。鈉離子電池可以彌補
鋰離子電池在成本和資源方面的短缺，但在安全和性能方面沒有太多優(yōu)勢。從
技術(shù)角度看，其正極材料、負(fù)極材料、電解液等還有很多問題需要解決。目前
鋰離子電池商業(yè)化還處于較低水平。規(guī)?；€要解決 BMS、制程問題、回收處
理等問題。 最近，寧德時代董事長曾毓群在公司股東大會上透露，將于今年7月前后發(fā)布主要應(yīng)用于儲能或低速新能源汽車的鈉離子電池。他稱：“我們的技術(shù)在發(fā)展，鈉離子電池已成熟了。寧德時代鈉離子電池將于2022年投產(chǎn)：2023年形成完整產(chǎn)業(yè)鏈 ”寧德時代發(fā)布的第一代鈉離子電池,能量密度僅有160Wh/kg,目標(biāo)是下一代鈉離子電池的密度超過200Wh/kg。寧德時代給出的解決方案是,將鈉離子電池與鋰電池按照一定的比例混搭,再通過BMS算法調(diào)節(jié),提升電池能量密度的同時,還可以減少溫度對新能源汽車?yán)m(xù)航的影響。針對鈉離子電池存在的其他難題,寧德時代都給出了一定的解決方案。
據(jù)介紹，第一代鈉離子電池電芯單體能量密度高達 160Wh／kg；常溫下充電 15 分鐘，電量可達 80％ 以上；在－20°C 低溫環(huán)境中，也擁有 90％ 以上的放電保持率；系統(tǒng)集成效率可達 80％ 以上。
事實上，在今年年初召開的“第七屆中國電動汽車百人會論壇”上，中國工程院院士陳立泉就曾發(fā)表主題演講，重點提到了中國科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝團隊所研發(fā)的鈉離子電池。
據(jù)《中國汽車報》記者了解，胡勇勝在鈉離子電池研發(fā)上已堅守10余年。功夫不負(fù)有心人，2018年，他的研發(fā)終于有了成果，當(dāng)時記者就曾對其進行獨家專訪。
3年過去了，鈉離子電池應(yīng)用情況如何？胡勇勝告訴記者，他們已獲得風(fēng)險投資，并創(chuàng)立中科海鈉科技責(zé)任有限公司（以下簡稱“中科海鈉”），借此把鈉離子電池的研發(fā)成果推向市場?！敖?jīng)過不懈努力，我們解決了鈉離子電池的生產(chǎn)一致性問題，掃清了商業(yè)化應(yīng)用的障礙?，F(xiàn)在，公司在山西已建立一條年產(chǎn)2000噸正負(fù)極材料生產(chǎn)線，準(zhǔn)備大規(guī)模投入市場應(yīng)用?！?/span>
?鈉離子電池有自身獨特優(yōu)勢
評價電池的商業(yè)前景，產(chǎn)品的能量密度、安全性、經(jīng)濟性、生產(chǎn)工藝等指標(biāo)都是必須考量的因素。就能量密度而言，鈉離子電池相比鋰離子電池沒有優(yōu)勢。在元素周期表中，鈉的原子量為23，鋰的原子量是7，不足鈉元素的1/3，理論上鋰離子電池的能量密度天然勝過鈉離子電池。不過，能量密度不是決定電池商業(yè)前景的惟一因素。胡勇勝強調(diào)：“鈉離子電池有自己獨特的優(yōu)勢?！?/span>
胡勇勝向記者展示了鈉離子電池安全檢測視頻：工作人員先用儀器檢測電量，結(jié)果顯示這是一顆滿電的產(chǎn)品；再把電池包剪開放入水中，氣泡緩慢冒出來，但沒有出現(xiàn)劇烈的化學(xué)反應(yīng)。這與鋰電池反差很大，我們在試驗中看到鋰電池遇水即發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。據(jù)介紹，鈉離子電池在針刺時不冒煙、不起火、不爆 炸；經(jīng)受短路、過充、過放、擠壓等試驗，也不起火燃燒。他認(rèn)為：“相比鋰電池，鈉離子電池的安全性高很多?！?/span>
“鋰電池不能過充、過放，對BMS（電池管理系統(tǒng)）的要求較高；鈉離子電池也不能過充，但可以過放，即把電池中的電量全部放完，這有利于BMS調(diào)整電池的一致性?！焙聞僬f。據(jù)了解，鋰電池使用一段時間之后，各個電芯充放電情況不同，導(dǎo)致它們的容量不同，需要通過BMS進行調(diào)控才能確保一致性。如果鈉離子電池中的電芯出現(xiàn)容量差，可以把整個電池包的電量放完，讓所有電芯歸零后處于同一水平，BMS一致性的調(diào)控變得相對簡單。胡勇勝告訴記者：“鈉離子電池可以過放的特性，在電池運輸上特別有用，不帶電運輸能極大地降低發(fā)生事故的概率?！?/span>
鈉離子電池中沒有貴重金屬，鈉元素也是含量極其豐富的資源，這注定了其成本比鋰電池低。胡勇勝說：“鋰電池的價格大約為0.6元/Wh，鈉離子電池的價格只要0.4元/Wh。更重要的是，鈉離子電池降低了我國鋰資源的對外依存度，有利于電池產(chǎn)業(yè)安全?！庇匈Y料顯示，我國生產(chǎn)電池的鋰材料80％依賴進口，對外依存度比石油還高。
此外，鈉離子電池在功率密度、寬溫和循環(huán)壽命等方面也具有獨特優(yōu)勢。據(jù)悉，鈉離子電池的能量密度已達到145Wh/kg，比磷酸鐵鋰的180Wh/kg低一些，但遠高于鉛酸電池的30Wh/kg。鈉離子電池的工作溫度為-30℃～55℃，比磷酸鐵鋰優(yōu)秀，循環(huán)4500次以上，這個成績高于磷酸鐵鋰。
?找到關(guān)鍵材料突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸
如今，在資本的助力下，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進程正在加速。記者了解到，中科海鈉在江蘇建立了第一條生產(chǎn)線，開展鈉離子電池年產(chǎn)百噸級正負(fù)極材料體系和百萬Ah電芯的中試規(guī)模驗證，經(jīng)過不懈努力終于結(jié)出碩果。胡勇勝表示，鋰電池對一致性要求比較高，鈉離子電池也是如此。目前，中科海鈉已解決了產(chǎn)品一致性難題?！拔覀冇衷谏轿鹘⒘艘粭l年產(chǎn)2000噸正負(fù)極材料生產(chǎn)線?！彼€告訴記者，鈉離子電池生產(chǎn)線可以利用現(xiàn)有的鋰電池生產(chǎn)線，“不久前，我們使用鋰離子電池生產(chǎn)線生產(chǎn)了8萬支鈉離子電池。”
全球多個國家開展了鈉離子電池的研發(fā)，胡勇勝的團隊率先將這一技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵，在于獨辟蹊徑地找到了具有商業(yè)化前景的材料。據(jù)介紹，在鈉離子電池研發(fā)中，國外一些研究人員沿用了鋰電池三元材料的思路，正極材料使用鎳、鈷、錳。對于這一做法，胡勇勝并不看好：“如果僅把目前鋰離子電池體系的鋰元素替換成鈉元素，鈉離子電池的成本只能比鋰離子電池成本降低5％～10％，而鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池低，這就沒有商業(yè)化前景了?！?/span>
胡勇勝通過研究發(fā)現(xiàn)，銅在鈉離子電池中不但具有活性，而且其成本比鈷和鎳都低，這恰恰是他不斷尋求的替代材料。經(jīng)過不斷摸索，胡勇勝帶領(lǐng)團隊最終成功研制出銅基鈉離子層狀氧化物正極材料。
解決了正極材料還不算成功，負(fù)極材料的難關(guān)也要攻克。鋰電池普遍采用石墨作為負(fù)極材料，但胡勇勝研發(fā)的鈉離子電池使用了成本更低的軟碳材料；此外，還以同樣成為較低的無煙煤作為前驅(qū)體，通過簡單的粉碎和一步碳化得到了一種具有優(yōu)異儲鈉性能的碳負(fù)極材料。
?更適于低速電動車和儲能
在新能源汽車領(lǐng)域有一件事一直懸而未決，那就是低速電動汽車該如何管理。最近，關(guān)于低速電動車“轉(zhuǎn)正”的傳言又起?！吨衅屑冸妱映擞密嚰夹g(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)修訂討論會會議紀(jì)要》日前流傳于網(wǎng)絡(luò)。這份紀(jì)要強調(diào)堅持“三個不變”原則：一是國務(wù)院“規(guī)范一批、淘汰一批、升級一批”的思路不變；二是安全要求不變；三是整體框架不變。
低速電動車主打廉價牌，轉(zhuǎn)而配套鋰電池后將拉低市場競爭力，而鈉離子電池似乎提供了一種解決辦法。鈉離子電池的能量密度遠高于鉛酸電池，成本比鋰電池低40％，有較強的市場競爭力。在胡勇勝看來，配套鈉離子電池或許能解決低速電動車多年來面臨的發(fā)展與監(jiān)管難題。
此前，北京某儲能電站起火爆 炸事故不是個例。據(jù)不完全統(tǒng)計，2011～2021年，全球共發(fā)生32起儲能電站起火爆 炸事故，其中，日本1起、美國2起、比利時1起、中國3起、韓國24起。這些涉事儲能電站全部使用鋰電池。一直以來，政 府相關(guān)部門都在強化對儲能電站的安全要求。胡勇勝告訴記者：“綜合比較來看，鈉離子電池也非常適合儲能電站，除了能量密度低一點外，安全性、循環(huán)周期等指標(biāo)完勝鋰電池?！?/span>
據(jù)悉，胡勇勝對研發(fā)的鈉離子電池正負(fù)極材料、電解液等關(guān)鍵材料體系和電芯制造、裝配工藝等都擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品核心專利已獲得中國、美國、歐盟等多個國家和地區(qū)的授權(quán)。他告訴記者，鈉離子電池不僅在國內(nèi)市場需求很大，在印度、東南亞、非洲、南美洲等地也有廣闊的市場空間?！拔覀兪紫攘⒆銍鴥?nèi)市場，站穩(wěn)腳跟后再走向海外市場?！焙聞僮詈髲娬{(diào)。
《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》熱銷|鈉離子電池：構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵一環(huán)
早在二十世紀(jì)七十年代末期，鈉離子電池與鋰離子電池幾乎同時開展研究，由于受當(dāng)時研究條件的限制和研究者對鋰離子電池研究的熱情，鈉離子電池的研究曾一度處于緩慢甚至停滯狀態(tài)，直到2010年后鈉離子電池才迎來它的發(fā)展轉(zhuǎn)折與復(fù)興。近年來，隨著對可再生能源利用的快速發(fā)展和對環(huán)境污染問題的日益關(guān)注，迫切需要發(fā)展高效便捷的大規(guī)模儲能技術(shù)。與鋰離子電池具有相同工作原理、資源豐富和綜合性能優(yōu)異的鈉離子電池在這樣的背景下再次獲得世界各研究組的廣泛關(guān)注，鈉離子電池相關(guān)材料和技術(shù)的報道層出不窮，截至2020年，全球已有二十多家企業(yè)致力于鈉離子電池的研發(fā)，鈉離子電池正朝著實用化的進程邁進。
縱觀鋰離子電池的商業(yè)化道路，自1991年日本索尼公司將其商業(yè)化以來，歷經(jīng)近三十年的發(fā)展，鋰離子電池已經(jīng)在“4C”產(chǎn)品（即計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)和消費電子）中占領(lǐng)主體市場，在各國政府的大力支持下，其在電動汽車領(lǐng)域的發(fā)展勢頭也日益強勁，目前國內(nèi)二次電池的營收占比中鋰離子電池和鉛酸電池幾乎平分秋色。我們不禁要問：鈉離子電池能否同鋰離子電池一樣在儲能領(lǐng)域占據(jù)重要席位？鈉離子電池未來的商業(yè)化機遇又路在何方？
圖1鈉離子電池優(yōu)勢
處在能源消費轉(zhuǎn)型迫在眉睫的關(guān)鍵時期，我國政府對儲能技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用推廣給予了高度重視，已出臺多項支持政策。國務(wù)院頒布的文件中曾明確指出“提高可再生能源利用水平，加強電源與電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)安排調(diào)峰、調(diào)頻、儲能配套能力，切實解決棄風(fēng)、棄水、棄光問題”。面對如此大的需求和高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，儲能技術(shù)的發(fā)展迎來了不可忽視的機遇。鈉離子電池技術(shù)在中國的商業(yè)化進程必將勢不可擋，不僅能夠滿足新能源領(lǐng)域低成本、長壽命和高安全性能等要求，還能在一定程度上緩解鋰資源短缺引發(fā)的儲能電池發(fā)展受限問題，是鋰離子電池的重要補充，同時可逐步替代鉛酸電池，有望在低速電動車、電動船、家庭/工業(yè)儲能、5G通信基站、數(shù)據(jù)中心、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域快速發(fā)展，推動我國清潔能源技術(shù)應(yīng)用邁向新臺階，提升我國在儲能技術(shù)領(lǐng)域的競爭力與影響力。
中國科學(xué)院物理研究所自2011年以來致力于安全環(huán)保、低成本、高性能鈉離子電池技術(shù)開發(fā)，已在核心材料方面獲得專利授權(quán)20項（3項專利獲得美國、日本和歐盟授權(quán)）。開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Cu基層狀氧化物正極材料和低成本無煙煤基負(fù)極材料均為國際首創(chuàng)。依托中國科學(xué)院物理研究所的鈉離子電池技術(shù)，中科海鈉科技有限責(zé)任公司——國內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)型企業(yè)于2017年正式成立，有序推進關(guān)鍵材料放大制備和生產(chǎn)、電芯設(shè)計和研制、模塊化集成與管理。目前，已建成鈉離子電池正負(fù)極材料百噸級中試線及MW?h級電芯線，研制出軟包、鋁殼及圓柱電芯。2018年6月，研制出72 V/80 A?h鈉離子電池組，首次實現(xiàn)了在低速電動車上的示范應(yīng)用；2019年3月，研制出30 kW/100 kW?h鈉離子電池儲能電站，首次實現(xiàn)了在規(guī)模儲能上的示范應(yīng)用。團隊于2019年8月成功舉辦了第一屆全國鈉電池研討會，邀請同行專家和青年學(xué)者進行學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)化交流。
|
