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国仪说|锂电池的下一代会是什么

点击次数:120 发布时间:2021-09-10


钠电池近年来已经走进了大家视野。

 

近来,碳中和这一热词频频走进大众的视野,实现碳达峰碳中和,努力构建清洁低碳、安全高效能源体系,是党中央、国务院作出的重大决策部署。同时也催生了万亿瓦时级的电池需求,新的应用场景不断产生,给了不同技术施展的舞台。

 

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729日,宁德时代正式发布第一代钠离子电池。据介绍,该电芯单体能量密度达到160Wh/kg,达到全球最高水平。同时,公司还宣布,下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg。与磷酸铁锂电池相比较,除了能量密度略低以外,钠离子电池在低温性能、快充性能等方面都具有明显的优势。

 

此外,与锂资源相比,钠资源储量非常丰富,地壳丰度为2.64%,是锂资源的406倍,我们每日摄取的食盐主要成分就是氯化钠。

 

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钠离子电池正极材料主要有钠过渡金属氧化物(如NaMnO2)、钠过渡金属磷酸盐(如Na3V2(PO4)3)、钠过渡金属硫酸盐(如Na2Fe2(SO4)3)等。

 

有数据显示,钠离子电池(NaCuFeMnO/软碳体系)的正极材料成本,仅为锂离子电池(磷酸铁锂/石墨体系)正极材料成本的40%左右。在负极材料、集流体、电解质等方面,钠离子电池成本也更低。因此钠离子电池选用资源丰富、分布广泛的Na作为活性元素也具备明显的成本优势。在不远的将来,也许会成为主流的电池种类。

 

根据宁德时代公布的信息显示: 第一代钠离子电池在常温下充电15分钟,电量就可以达到80%,具备了快充能力;不仅如此,在零下20℃低温的环境下,仍然有90%以上的放电保持率;同时在系统集成效率方面,也可以达到80%以上;在安全方面,钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高,在短路情况下瞬间发热量少、温升较低,其热稳定性已超越国家动力电池强标的安全要求。

 

不过,相较锂离子,钠离子电位比较高、体积更大,这意味着钠离子电池在材料结构稳定性和动力学性能上要求更为严苛。

 

之前国仪量子就介绍过锂电池的工作原理和爆炸原因分析,详见:


电动车锂电池爆炸!用国仪量子扫描电镜进行合理检测或可避免意外发生

 

从技术路线来看,钠离子电池与锂离子电池的工作原理相同,均为嵌脱式电池。

 

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钠离子电池在充电时,Na+从正极脱嵌,进入负极;放电时,Na+从负极回到正极,外电路电子从负极进入正极,将Na+还原为Na钠离子电池拥有超过锂电池的众多优势,未来很可能会给电储能带来新时代。

 

这些年来,随着钠离子电池电极和电解质材料的不断发展,钠离子电池的能量密度得到了显著提升,钠离子电池的安全性问题越来越重要。与锂电池一样,钠电池的原材料是电池品质的关键。

 

利用扫描电镜可对电池的原材料及制作工艺进行检测

 

扫描电镜或许可以用于观测电池的原材料表面形貌及微观结构,包括正极、负极、隔膜等材料,也可用于观测浆料活性物质、导电剂、粘接剂分散情况,以及极片辊压后极片材料表面状态、极片分切后极片边缘金属毛刺大小。扫描电镜还可用于检测正负极耳焊接情况。这些检测对于电池的质量保证具有重要意义。

 

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电镜下的负极材料

 

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电镜下的隔膜

 

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极片涂层辊压过程微观结构演变示意图

 

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极片边缘金属毛刺

 

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