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一、钠离子电池是何方神圣?
事实上,钠离子电池的研发是同锂离子电池同时开始的,只不过当时由于技术瓶颈以及性能上的差距,导致其一直没有得到广泛应用。随着科技的进步,一些技术瓶颈逐步被攻破,钠离子电池的能量密度也在不断增加,续航里程也有所突破。此外,由于地球上钠矿的储量远高于锂矿,制造钠离子电池的成本相比锂离子电池要低很多,因此由钠代替锂成为新的动力电池技术路线。
1、概念及工作原理
钠离子电池与锂离子电池十分相似,都是靠金属离子在电池内移动实现充放电。同时,它们都属于二次电池,民间也称它们为充电电池,说白了就是可以反复使用的化学电池类型。钠离子电池与锂离子电池的主要区别之一就是电荷载体不同,钠离子电池中的电极材料为钠盐。
钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常相似。充电时,钠离子从正极活性材料晶格中脱出,正极电极电势升高,同时钠离子进一步在电解液中迁移至负极表面并嵌入负极活性材料晶格中。在该过程中电子则由外电路从正极流向负极,引起负极电极电势降低,从而使得正负极之间电压差升高而实现钠离子电池的充电;放电时,钠离子和电子的迁移则与之相反,钠离子从负极脱出经电解液后重新嵌入正极活性材料晶格中。电子则经由外电路从负极流向正极,为外电路连接的用电设备提供能量做功,完成电池的放电和能量释放。
2、正极材料路线
相比传统锂离子电池,钠离子电池除了电解液的不同以外,还有一点重要的区别就是正极材料的不同,目前主要分为普鲁士正极、层状氧化物正极和聚阴离子正极这三种类型。其中普鲁士正极是由钠和铁氰根组成的化合物,通常呈蓝色,具有高电压和高能量密度的特点,并且制备工艺简单,成本较低;层状氧化物正极由钠和氧化铜、铁、锰、镍等金属组成,具有高能量密度和循环寿命较长等特点;聚阴离子正极材料为磷酸铁钠和磷酸钒钠等,具有较高的安全性和长寿命的特质。
二、钠离子电池的优势与短板
1、钠离子电池的优势
·成本低,价格稳定
钠在地壳中的储量约为2.36%,是锂的400多倍,算是储量极为丰富的金属且分布广泛。同时,钠离子电池正极不需要使用稀有贵金属如钴、镍等,制备相对简单,进一步降低了制造成本和对资源的依赖。此外,由于钠离子电池与锂离子电池工作原理、结构类似,所以可以利用现有的锂离子电池生产线进行生产,也能节约一部分设备投入。
·低温性能好,低温容量保持率高于磷酸铁锂电池
·安全性能好,极端条件下不易出现热失控
·充电速度快
2、钠离子电池的短板
·循环寿命短
·能量密度低
这也是钠离子电池现阶段技术突破的难点,目前钠离子电池的表现相比常见的锂离子电池,仍处于劣势。根据已知数据,宁德时代的第一代钠离子电池的能量密度虽然已经达到了160Wh/kg,而锂离子电池阵营中的三元锂已经做到300Wh/kg了。
·上游原材料产业链不完善
·专业技术人才短缺
三、钠离子电池在汽车中的应用
1、钠离子电池适用于何种汽车?有哪些车型即将搭载?
·钠离子电池适用于何种汽车?
·有哪些车型即将搭载?
2、在汽车领域,钠离子电池还有哪些发展空间?
此外,钠离子和锂离子混搭使用也是一种新的技术路线,这样混搭的好处是可以提高电池系统的能量密度,使钠离子电池的应用有望扩展到500km续航的车型。此前,宁德时代官方称其首创了一种电池包集成技术,即在单个电池包中布置两种不同电芯,既可以是铁锂+三元,也可以是锂电池+钠电池,被称为“AB电池系统解决方案”,这种方案此前已经在蔚来品牌的量产车型中得到了验证,其使用的75kWh三元铁锂电池包,就是混装了磷酸铁锂电芯和少部分三元锂电芯。
总结:
钠离子电池并非新鲜产物,早在20世纪70年代就已开展研究。随着科学技术的发展,新能源车型所采用的动力电池性能注定会越来越好,但大前提仍然还是取决于化学电池的核心材料的特性。钠离子电池在成本、安全性以及充电效率方面,都有着不错的表现。当然,它还存在着一些不足,但还是可以在某些方面加以深度运用,随着电池技术不断突破,钠离子电池未来有望在汽车领域大放异彩。