近日，中科海鈉(阜陽)全球首條GWh級(jí)鈉離子電池生產(chǎn)線產(chǎn)品下線儀式正式舉行，相關(guān)人士還透露，計(jì)劃2023年，將阜陽生產(chǎn)線擴(kuò)產(chǎn)至3~5GWh，實(shí)現(xiàn)100MW級(jí)鈉電儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

　　該生產(chǎn)線的投產(chǎn)，意味著層狀過渡金屬氧化物鈉電池正式領(lǐng)軍鈉電產(chǎn)業(yè)化!儲(chǔ)能革命雖任重而道遠(yuǎn)，但也漏了一線微光。

　　產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度高下已分

　　鈉離子電池主要由正負(fù)極、電解液和隔膜組成，是鋰離子電池的最佳平替，根據(jù)正極材料不同，主流技術(shù)路線有三條：層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)化合物和聚陰離子型化合物。

　　層狀過渡金屬氧化物優(yōu)點(diǎn)是制備簡單、比容量高、能量密度較高、可與鋰電池三元材料共用生產(chǎn)線，缺點(diǎn)是層狀材料大多易吸水，或與空氣反應(yīng)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能較差。

　　普魯士藍(lán)化合物優(yōu)點(diǎn)是成本較低、能量密度較高，缺點(diǎn)是氰化物具有潛在毒性、導(dǎo)電性較差、循環(huán)壽命較短，且材料結(jié)晶水不易去除，壓實(shí)密度不高，產(chǎn)業(yè)化難度較大。

　　聚陰離子型化合物優(yōu)點(diǎn)是大多具有開放型的三維骨架，材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、倍率性能、循環(huán)性能較好、循環(huán)壽命較長，缺點(diǎn)是成本較高、導(dǎo)電性和能量密度較差。

　　綜合來看，三種技術(shù)路線里，層狀過渡金屬氧化物鈉離子電池，電化學(xué)性能最為優(yōu)異，理論比容量可達(dá)約240mAh/g，是磷酸鐵鋰電池的1.4倍左右，且原料豐富、合成簡單、產(chǎn)業(yè)路徑順暢，是中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源等眾多鈉電公司重點(diǎn)布局的技術(shù)路線。

　　鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化方面，隨著中科海鈉阜陽生產(chǎn)線的投產(chǎn)，層狀過渡金屬氧化物技術(shù)路線搶先半個(gè)身位，開始與其他兩種技術(shù)路線拉開差距。

　　聚焦層狀過渡金屬氧化物

　　層狀過渡金屬氧化物由過渡金屬層和堿金屬層交疊排布組成，根據(jù)配位環(huán)境和氧的堆積方式，分為 O3、P3、P2、O2 等，其中O3型(八面體型)和P2型(三棱柱型)是主流結(jié)構(gòu)，兩者性能互補(bǔ)。

　　O3型，如 NaNiO2、NaFeO2、NaCrO2等，優(yōu)點(diǎn)是鈉離子含量高、能量密度高，缺點(diǎn)是循環(huán)壽命較短。

　　P2型，如 Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 等，優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)壽命較長、空氣穩(wěn)定性較高，缺點(diǎn)是比容量較低。

　　兩者綜合比較，三棱柱型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，相關(guān)產(chǎn)品安全性高、倍率性能好，有望兼具高比容與高安全，是未來層狀過渡金屬氧化物鈉電池的潛力路線。

　　產(chǎn)業(yè)化制備方面，層狀金屬氧化物鈉電池主要有兩種制備工藝，液相法和固相法。

　　液相法可沿用大部分鋰電池三元正極材料制備工藝，產(chǎn)線設(shè)備復(fù)用率高，易于快速產(chǎn)業(yè)化;相較而言，固相法燒結(jié)溫度要求更高，優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過程中可以不考慮前驅(qū)體制備。

　　布局企業(yè)方面，我國布局鈉電池的企業(yè)中，寧德時(shí)代選用鎳基層狀氧化物方案;中科海鈉選用銅鐵錳氧化物方案;鈉創(chuàng)新能源選用鐵酸鈉基氧化物方案;國外企業(yè)中，F(xiàn)aradian采用鎳基層狀氧化物方案。

　　電解二氧化錳VS高純硫酸錳

　　在鈉電池工作過程中，鈉離子由于體積較大，從層狀結(jié)構(gòu)脫嵌而出時(shí)，會(huì)對(duì)材料結(jié)構(gòu)造成約23%的不可逆改變，甚至導(dǎo)致材料斷裂，嚴(yán)重影響鈉電池的動(dòng)力性能、循環(huán)壽命和電極完整性，需要通過摻雜過渡金屬元素解決這一問題。

　　目前，層狀過渡金屬氧化物鈉電池?fù)诫s的過渡金屬元素主要有錳、鐵、鎂、鈦、鎳、銅等，根據(jù)商業(yè)化體系不同，選用過渡金屬元素的種類、占比各異，不過，錳在不同體系中都或多或少存在，是鈉電池層狀體系路線最確定的元素之一。

　　鈉電池的層狀過渡金屬氧化物主要有兩種錳元素原材料，電解二氧化錳和電池級(jí)硫酸錳，原材料不同，制備方法也不同。

　　原材料選用電解二氧化錳時(shí)，制備方法為固相法，通過直接燒結(jié)原材料來制備層狀過渡金屬氧化物，使用此種制備方法的代表企業(yè)是中科海鈉。

　　原材料選用電池級(jí)硫酸錳時(shí)，制備方法為液相法，步驟稍微復(fù)雜，電池級(jí)硫酸錳制備多元前驅(qū)體，再燒結(jié)才能制備層狀過渡金屬氧化物，使用此種制備方法的代表企業(yè)是鈉創(chuàng)新能源。

　　兩種方法對(duì)比，在成本、工藝流程方面，固相法更勝一籌，不過材料的一致性、均勻性需要注意。

　　寫在最后

　　當(dāng)今世界格局動(dòng)蕩，國際能源供給關(guān)系瞬息萬變，為保障我國能源供給安全，降低國際能源依賴迫在眉睫。

　　儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，新型儲(chǔ)能備受關(guān)注。

　　目前，以磷酸鐵鋰電池為代表的的鋰電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域滲透率最高，但是，鋰資源地殼豐度僅0.006%，大多分布在澳大利亞和南美地區(qū)。我國鋰資源儲(chǔ)量僅占全球6%，且多分布于青藏高原等開采困難的地區(qū)，80%的鋰資源依賴進(jìn)口，極易受貿(mào)易爭端影響。

　　因此，有備無患，開發(fā)新的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)事關(guān)重大，鈉離子電池是鋰離子電池的首選平替，在對(duì)外依賴性、資源豐度、成本、低溫性能、技術(shù)成熟度等方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。

　　隨著寧德時(shí)代、中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、蜂巢能源、傳藝科技等企業(yè)和相關(guān)科研機(jī)構(gòu)持續(xù)發(fā)力，突破現(xiàn)階段卡脖子的技術(shù)難題，鈉離子電池必將給儲(chǔ)能帶來一場(chǎng)革命。