中南大學(xué)唐有根：鈉離子電池材料與全電池研究開發(fā)

核心觀點(diǎn)

我國鋰資源比較缺乏，全球70%的鋰資源在南美洲。目前，我國80%以上的鋰需要進(jìn)口，這將給動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)造成很大的風(fēng)險(xiǎn)。鋰資源的緊缺，令其售價(jià)也水漲船高；此外，鋰電池的自燃、自爆事件時(shí)有發(fā)生，關(guān)于鋰離子電池的安全與可靠性問題，也一直都是新能源行業(yè)最為重視的課題。

在這樣的前提下，市場(chǎng)需要一種不受資源限制，同時(shí)安全又有保障的新型電池體系。雖然鈉離子電池能量密度略低，但在資源、成本、安全性、功率性能、低溫性能等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，且生產(chǎn)工藝兼容，可與鋰離子電池形成互補(bǔ)，應(yīng)用前景廣闊。

鈉離子電池與鋰離子電池一樣由正負(fù)極材料、電解液、負(fù)極集流體、隔膜組成，所以，鈉離子電池制備上也會(huì)面臨挑戰(zhàn)，如：離子半徑大、摩爾質(zhì)量大、能量密度低、負(fù)極首次庫侖效率不佳等。針對(duì)這些問題，唐有根教授介紹了三個(gè)解決途徑：

正負(fù)極材料結(jié)構(gòu)及界面調(diào)控，提升電池的能量密度與倍率性能

開發(fā)補(bǔ)鈉添加劑，提升鈉離子全電池的可逆容量和能量密度

開發(fā)新型電解液及添加劑，提高負(fù)極材料的首次庫倫效率

從性能、產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)制定等角度來看，鈉離子電池目前尚處于商業(yè)化早期，距離規(guī)模化應(yīng)用尚需時(shí)日。但鈉電池和鋰電池制造工藝接近，設(shè)備可以沿用，通過頭部企業(yè)的推動(dòng)，鈉離子電池預(yù)計(jì)未來 3-5 年可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；墒鞈?yīng)用。

熱點(diǎn)問題及解答

Q1：鈉離子電池的研發(fā)是為了減少電池對(duì)鈷的依賴嗎？

唐有根教授：近年來，稀有金屬和鋰資源的價(jià)格不斷創(chuàng)下歷史新高，鈉離子電池就是針對(duì)這些資源瓶頸推出的，生產(chǎn)過程中也不需要鈷或類似的稀有物質(zhì)，因此具有很大的成本和資源優(yōu)勢(shì)。

Q2：鈉離子電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有一些企業(yè)進(jìn)行了布局，根據(jù)目前對(duì)行業(yè)的觀察，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)什么時(shí)候會(huì)大規(guī)模商業(yè)化落地，鈉離子產(chǎn)業(yè)的行業(yè)拐點(diǎn)預(yù)計(jì)會(huì)是什么時(shí)候？

唐有根教授：從現(xiàn)在大量的資本和研究力量的投入來看，估計(jì)可能 3~5 年會(huì)有大規(guī)模商業(yè)化的應(yīng)用，關(guān)鍵還在于需要一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈配套。

Q3：請(qǐng)問您和團(tuán)隊(duì)制備的硬碳材料實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還面臨哪些問題？

唐有根教授：現(xiàn)在硬碳材料最大的問題還是成本。目前，在市場(chǎng)上購買少量的硬碳，價(jià)格在20 萬/噸，批量購買也要 10 萬/噸，成本比較高。我們的團(tuán)隊(duì)采用生物質(zhì)來制備硬碳，也是從成本上去考慮的。我們也正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的放大，從實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果來看是非常好的，如果放大以后能達(dá)到在實(shí)驗(yàn)室的水平，那么我們制備的硬碳具有很大的優(yōu)勢(shì)。

Q4：鈉離子電池的三種技術(shù)路徑，您最看好哪一種？這會(huì)是未來大家選擇的趨勢(shì)路徑嗎？寧德時(shí)代選擇了普魯士藍(lán)，是否意味著其他兩種路徑商業(yè)化的落地并不理想？

唐有根教授：三種材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。普魯士藍(lán)存在結(jié)晶水難以除去的問題，容量方面也不具有優(yōu)勢(shì)。聚陰離子容量比較高，但制造成本偏高，所以各有優(yōu)缺點(diǎn)。就像鋰電一樣，三元材料能量密度高，成本也高的。鐵鋰磷酸鐵鋰安全性能好，能量明顯偏低一點(diǎn)，所以鈉電池的正極材料同樣未來應(yīng)該會(huì)并存發(fā)展。

Q5：鈉離子電池的安全性會(huì)比鋰電池更高嗎？鈉離子電池如果長(zhǎng)期小電流浮充容量衰減會(huì)比鋰電池小嗎？鈉離子電池的充電截止電壓和放電截止電壓是多少？

唐有根教授：有相關(guān)企業(yè)和研究團(tuán)隊(duì)做過安全對(duì)比實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)論鈉離子電池的安全性要好于鋰離子電池，在短路情況下鈉離子電池的瞬間發(fā)熱量少、溫升較低。充放電截止電壓在不同材料體系里電壓是有差別的，比如三元鋰電池 3.7 伏，磷酸鐵鋰電池只有 3.2 伏。

Q6：目前有什么補(bǔ)鈉技術(shù)和添加劑技術(shù)嗎？

唐有根教授：這個(gè)可以根據(jù)具體情況討論，我們團(tuán)隊(duì)還是有些有特色、有優(yōu)勢(shì)的正極補(bǔ)鈉技術(shù)，也獲得了專利授權(quán)。

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