2019年,锂离子电池获得诺贝尔化学奖,将电池霸主的地位坐稳。然而,锂离子电池有本征的天花板。当今时代,人们对电池的成本、寿命、安全性都有更高的要求。
最关键的是,中国80%的锂资源需要进口!
而钠离子电池,提供了一个契机!
钠离子电池的概念起步于上个世纪80年代与锂离子电池几乎同时起步。钠离子电池的工作原理与锂离子相似,充电时,Na+从正极材料中脱出,经过电解液嵌入负极材料,同时电子通过外电路转移到负极,保持电荷平衡;放电时则相反。
原理上,钠离子电池的充电时间可以缩短到锂离子电池的1/5。钠离子电池最主要的特征就是利用Na+代替了价格昂贵的Li+,为了适应钠离子电池,正极材料、负极材料和电解液等都要做相应的改变。相比于锂元素,钠离子电池的优势在于资源丰富,钠资源约占地壳元素储量的2.64%获得钠元素的方法也十分简单,因此相比于锂离子电池,钠离子电池在成本上将更加具有优势。
虽钠离子电池能量密度不及锂离子电池,但就目前碳酸锂价格高涨的形势来看,钠离子电池仍然具有十分广泛的应用前景:对于能量密度要求不高的领域,在电网储能、调峰,风力发电储能等方面应用前景广阔。未来钠离子电池将逐步取代铅酸电池,在各类低速电动车中获得广泛应用,与锂离子电池形成互补。
钠离子电池低成本原因主要为:
1► 钠是地壳中含量较高的几种元素之一,比锂丰度高2-3个数量级。原材料碳酸钠资源丰富、价格低廉稳定,10年价格保持在1000-4000元/吨;
2► 钠离子电池中正极材料多选用铁、锰、铜等元素,几乎摆脱对于丰度较低、价格昂贵的镍、钴元素的依赖,且选择范围更广;
3► 负极所用硬碳工艺要求更低,具备低成本潜力;
4► 钠离子负极集流体可使用更为廉价的铝箔替代传统锂离子电池中的铜箔集流体,从而进一步降低电池成本。
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