鈉離子電池不到80%成本 即可存儲鋰電池同等能量
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-18 09:43
點擊量：次
鋰離子電池已經(jīng)成為了各個行業(yè)的儲能首選，從手機到汽車，幾乎無所不包。但是它的電極材料（鋰 / Li）比較稀有，因此開采和精煉占據(jù)了成本的大頭。多年來，我們一直在尋找更實惠的替代品。而斯坦福大學的研究人員們，就將目光瞄向了古老的材料（鹽 / NaCl）上 —— 其最新研制的鈉離子電池，能夠以 80% 不到的成本，存儲與鋰離子電池相當?shù)哪芰浚?/div>
斯坦福大學最新開發(fā)的鈉離子電池，已在儲能成本上將鋰離子電池遠遠拋在后頭。地球擁有廣闊的海洋和鹽湖等鈉鹽來源，因而鈉離子無疑成為了一個完美的低成本儲能候選。
此外鈉電池可以有許多種形態(tài)，比如筆記本電腦上常見的 18650 電芯。首席研究者 Zhenan Bao 表示：“性能上，鋰元素暫時還找不到對手。但它實在太貴太稀有，因而我們需要開發(fā)元素更加豐富、成本更加低廉的鈉基電池”。
斯坦福團隊采用了鈉鹽電極的設(shè)計，充上正電荷的鈉離子會游向充負電荷的磷正極 —— 這兩種元素在自然界中的儲量都很豐富。研究人員還稱：為了改進充放電循環(huán)周期，他們分析了電池工作時，鈉離子附著和脫離陰極的原子力水平。
最終，他們的鈉離子電池實現(xiàn)了高達 484 mAh/g 的可逆容量、以及 726 Wh/kg 的能量密度。新電池的能源效率據(jù)稱超過了 87%，至于最重要的成本方面，研究人員聲稱可以 80% 不到的投入，實現(xiàn)與鋰離子電池相當?shù)膬﹄娏俊?br />
前面的文章中我們?yōu)榇蠹液唵谓榻B了電動汽車的驅(qū)動電機的幾種不同形式，但是其實制約電動汽車發(fā)展的核心并非電機，而是電池。電池的容量決定了巡航里程、充電時間這些用戶體驗最重要的部分。當然，從汽車這個工業(yè)產(chǎn)品角度看，決定動力電池的維度又要多好幾個，比如安全性、能量密度、單體標稱電壓、使用壽命、應(yīng)用成本、低溫衰減能力等等，在這方面國際與國內(nèi)都有嚴格的標準，能夠上市銷售的車型肯定首先要達標。
相信很多關(guān)注電動汽車的朋友對于三元鋰電池不會陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是這種電池。而國內(nèi)的電池巨頭比亞迪在過去很長一段時間內(nèi)一直采用的是磷酸鐵鋰電池，在今年下半年則宣布也將重點發(fā)展三元鋰電池。那么，到底什么是三元鋰電池？它為什么會突然成為動力電池的寵兒呢？
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整。
安全性是重中之重
三元鋰電池的特點是能量密度大，電壓更高，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車子跑的距離也就更遠，速度也能更快。但是其弱點在于穩(wěn)點性較差，如果內(nèi)部短路或是正極材料遇水，都會有明火產(chǎn)生。所以一般18650電池都會有一層鋼殼保護，由于特斯拉的電池組是由7000塊左右的18650電池組合而成，所以，雖然特斯拉給電池組進行了全方位的保護，但是在極端的碰撞事故中，起火隱患還是有的。
之所以這樣，原因是兩種材料在到達一定溫度時發(fā)生分解，三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。并且三元鋰材料的化學反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。說簡單點，就是三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。不過需要注意的是，我們提到的是材料，而不是已經(jīng)成為成品的電池。
磷酸鐵鋰電池則要穩(wěn)定許多，電池板就算是穿刺、短路也不會爆炸燃燒，遭到350℃的高溫也不會起火（三元鋰電池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸鐵鋰電池略勝一籌。
正因為三元鋰材料有這樣的安全隱患，所以廠商也在努力往抑制產(chǎn)生事故的方向走。根據(jù)三元鋰材料容易熱解的特性，廠商在過充保護（OVP）、過放保護（UVP）、過溫保護（OTP）、過流保護（OCP）這幾個環(huán)節(jié)上都會下不少的功夫。特斯拉之所以對于安全性有信心，就是因為它有一整套電池管理系統(tǒng)，能夠?qū)⒒钚愿叩娜囯姵毓芾淼馗?。當然，伴隨著越來越多的電池企業(yè)、車企還有專業(yè)的電池管理企業(yè)在這個領(lǐng)域的不斷研發(fā)，更多的企業(yè)也能做到優(yōu)秀的電池管理，將安全性大大提升。
能量密度是核心要素
能量密度（Energy density）是指在一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池能量密度=電池容量×放電平臺/電池厚度/電池寬度/電池長度，基本單位為Wh/kg（瓦時/千克）。電池的能量密度越大，單位體積內(nèi)存儲的電量越多。
比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh/kg，比亞迪三元鋰電池能量密度則達到了200Wh/kg?？梢钥闯觯嚥牧媳攘姿徼F鋰的優(yōu)勢還是很明顯的。深圳另外一家電池企業(yè)比克電池的三元材料動力電池單體電芯能量密度近220Wh/kg，在行業(yè)內(nèi)算是比較高的。
在這里，不得不說國家政策對于行業(yè)的指導性也是非常明確。2017年3月1日，中央四部委印發(fā)了《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》通知，明確指出了“將提高電池比能量作為今后的重點發(fā)展目標之一”。
以下三點為重點：
1.到2020年，鋰離子動力電池單體比能量大于300Wh/kg；系統(tǒng)比能量爭取達到260Wh/kg；成本小于1元/瓦時；使用環(huán)境達-30℃到55℃；具備3C充電能力。
2.到2025年，單體比能量達500Wh/kg。
3.力爭實現(xiàn)單體電池350Wh/kg、系統(tǒng)260Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化和整車應(yīng)用。
