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【原创】宁德时代钠离子电池五大“看点”
钠离子电池| 宁德时代 文章来源自:高工锂电网
2021-07-30 09:25:18 阅读:16010
摘要宁德时代介绍,第一代钠离子电池电芯单体能量密度已经达到160Wh/kg,基于该产品,其还创新开发出锂钠混搭电池包。

在电池技术的演化中,基于电化学材料的创新最为根本,也最具挑战。

7月29日,时隔2个月的传闻之后,宁德时代钠离子电池正式公开亮相,短短10分钟的发布会,引发了产业界的高度关注。

宁德时代介绍,第一代钠离子电池电芯单体能量密度已经达到160Wh/kg,基于该产品,其还创新开发出锂钠混搭电池包。

“有人在议论电池的化学体系已经很难创新了,只能在物理结构上做些改进。我们认为电化学的世界就像能量魔方未知远远大于已知,我们乐此不疲地探索其中的奥秘。”宁德时代董事长曾毓群在此次发布会上如此表示。

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钠离子电池推出的一个大背景是,锂离子电池的大规模使推广,使得相关资源紧缺愈发凸显。而钠离子电池因储量极其丰富、高安全、低成本(大规模化),且化学性质、电池工作原理均与锂非常相似,成为行业探索创新的新方向。

碳中和背景下,新的应用场景不断出现,给了不同技术施展的舞台。曾毓群认为,钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势,与锂离子电池相互兼容互补,所以多元化的技术路线也是我们这个产业长期稳定发展的重要保障。

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据了解,宁德时代第一代钠离子电池已开始与车企和储能客户进行商业化合作。

梳理此次发布会,宁德时代在钠离子电池的技术及产业化上的几大亮点值得行业关注:

一、性能指标远超预期,电芯单体能量密度160Wh/kg,低温性能佳,系统集成效率高,且支持快充。

其电芯单体能量密度高达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20°C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。

总体来看,第一代钠离子电池的能量密度略低于目前的磷酸铁锂电池,但在低温性能和快充方面具有明显优势,特别在高寒地区高功率应用场景。

二、从实现路径来看,宁德时代构建了高通量材料集成计算平台,在原子级别上对材料进行模拟计算和设计仿真,在此基础上在正极、负极、电解液等关键材料领域不断技术创新及突破,使创新的材料具备产业化条件。

正极材料领域,与市场其他企业已有的层状氧化物材料不同,宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题,使创新的材料具备了产业化的条件。

普鲁士白-Prussian-white-modification.gif

目前具有潜在商业化价值的有普鲁士白和层状氧化物两类材料,克容量已经达到160mAh/g,与现有的锂离子电池正极材料相当。

此前,中科海纳、英国FARADION、钠创新能源等钠离子电池选择的是层状结构和隧道型结构的过渡金属氧化物。其中,中科海纳正极材料采用Cu层状氧化物,FARADION、钠创新能源等选择的则是Ni层状氧化物。

负极材料领域,钠离子半径大,无法嵌入石墨材料,宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料,具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性,能够让大量的钠离子存储和快速通行。

硬碳材料克容量可达350mAh/g以上,还具备优异的循环性能,整体性能指标与现有石墨相当。

硬碳-Hard-carbon-modification.gif

可供对比的是,中科海纳基于无烟煤材料,将其进一步加工成负极使用的碳材料,优势在于成本低。

电解液领域,宁德时代开发了适配上述正极负极材料的新型独特电解液体系。

三、产品应用及系统创新上,宁德时代将钠离子电池、锂离子电池串并联集成混用,取长补短,满足更多元化的应用场景。

宁德时代在电池系统集成上开发了AB电池解决方式,实现钠离子钠离子电池与锂离子电池的集成混合共用。

AB电池-AB-battery-system-solution.gif

具体来看,其将钠离子电池与锂离子电池同时集成到同一个电池系统,按一定的比例和排列进行混搭,串联、并联集成,通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制,取长补短。

既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了其高功率、低温性能等优势,上述锂-钠电池系统也能够适配更多应用场景。

四、生产制造工艺上,钠离子电池与锂离子电池设备、工艺兼容。

宁德时代研究院副院长黄起森博士指出,钠电池在架构、封装工艺和锂电池高度相似,可以实现与锂离子电池生产设备、工艺完美兼容,产线可进行快速切换,完成产能快速布局。

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五、在钠离子电池产业上,宁德时代规划2023年将形成基本产业链。

面向TWh时代,如同30年前的锂离子电池,钠离子电池将开辟一条新的商业化电池路线。

围绕产业链创新布局,宁德时代已经开始进行钠离子电池的产业化布局,计划于2023年形成基本产业链。同时也欢迎相关的研究机构、上游的材料供应商和下游的电池应用端一起参与,共同加速钠离子电池产业链的完善和发展。

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