钠离子电池不到80%成本 即可存储锂电池同等能量
来源：宝鄂实业
2019-03-18 09:43
点击量：次
锂离子电池已经成为了各个行业的储能首选，从手机到汽车，几乎无所不包。但是它的电极材料（锂 / Li）比较稀有，因此开采和精炼占据了成本的大头。多年来，我们一直在寻找更实惠的替代品。而斯坦福大学的研究人员们，就将目光瞄向了古老的材料（盐 / NaCl）上 —— 其最新研制的钠离子电池，能够以 80% 不到的成本，存储与锂离子电池相当的能量！
斯坦福大学最新开发的钠离子电池，已在储能成本上将锂离子电池远远抛在后头。地球拥有广阔的海洋和盐湖等钠盐来源，因而钠离子无疑成为了一个完美的低成本储能候选。
此外钠电池可以有许多种形态，比如笔记本电脑上常见的 18650 电芯。首席研究者 Zhenan Bao 表示：“性能上，锂元素暂时还找不到对手。但它实在太贵太稀有，因而我们需要开发元素更加丰富、成本更加低廉的钠基电池”。
斯坦福团队采用了钠盐电极的设计，充上正电荷的钠离子会游向充负电荷的磷正极 —— 这两种元素在自然界中的储量都很丰富。研究人员还称：为了改进充放电循环周期，他们分析了电池工作时，钠离子附着和脱离阴极的原子力水平。
最终，他们的钠离子电池实现了高达 484 mAh/g 的可逆容量、以及 726 Wh/kg 的能量密度。新电池的能源效率据称超过了 87%，至于最重要的成本方面，研究人员声称可以 80% 不到的投入，实现与锂离子电池相当的储电量。
前面的文章中我们为大家简单介绍了电动汽车的驱动电机的几种不同形式，但是其实制约电动汽车发展的核心并非电机，而是电池。电池的容量决定了巡航里程、充电时间这些用户体验最重要的部分。当然，从汽车这个工业产品角度看，决定动力电池的维度又要多好几个，比如安全性、能量密度、单体标称电压、使用寿命、应用成本、低温衰减能力等等，在这方面国际与国内都有严格的标准，能够上市销售的车型肯定首先要达标。
相信很多关注电动汽车的朋友对于三元锂电池不会陌生，大名鼎鼎的特斯拉采用的就是这种电池。而国内的电池巨头比亚迪在过去很长一段时间内一直采用的是磷酸铁锂电池，在今年下半年则宣布也将重点发展三元锂电池。那么，到底什么是三元锂电池？它为什么会突然成为动力电池的宠儿呢？
三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。
安全性是重中之重
三元锂电池的特点是能量密度大，电压更高，所以同样重量的电池组电池容量更大，车子跑的距离也就更远，速度也能更快。但是其弱点在于稳点性较差，如果内部短路或是正极材料遇水，都会有明火产生。所以一般18650电池都会有一层钢壳保护，由于特斯拉的电池组是由7000块左右的18650电池组合而成，所以，虽然特斯拉给电池组进行了全方位的保护，但是在极端的碰撞事故中，起火隐患还是有的。
之所以这样，原因是两种材料在到达一定温度时发生分解，三元锂材料会在更低的200度左右发生分解，而磷酸铁锂材料是在800度左右。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。说简单点，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。不过需要注意的是，我们提到的是材料，而不是已经成为成品的电池。
磷酸铁锂电池则要稳定许多，电池板就算是穿刺、短路也不会爆炸燃烧，遭到350℃的高温也不会起火（三元锂电池在180-250℃就扛不住了）。所以在安全性能上，磷酸铁锂电池略胜一筹。
正因为三元锂材料有这样的安全隐患，所以厂商也在努力往抑制产生事故的方向走。根据三元锂材料容易热解的特性，厂商在过充保护（OVP）、过放保护（UVP）、过温保护（OTP）、过流保护（OCP）这几个环节上都会下不少的功夫。特斯拉之所以对于安全性有信心，就是因为它有一整套电池管理系统，能够将活性更高的三元锂电池管理地更好。当然，伴随着越来越多的电池企业、车企还有专业的电池管理企业在这个领域的不断研发，更多的企业也能做到优秀的电池管理，将安全性大大提升。
能量密度是核心要素
能量密度（Energy density）是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池能量密度=电池容量×放电平台/电池厚度/电池宽度/电池长度，基本单位为Wh/kg（瓦时/千克）。电池的能量密度越大，单位体积内存储的电量越多。
比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150Wh/kg，比亚迪三元锂电池能量密度则达到了200Wh/kg。可以看出，三元锂材料比磷酸铁锂的优势还是很明显的。深圳另外一家电池企业比克电池的三元材料动力电池单体电芯能量密度近220Wh/kg，在行业内算是比较高的。
在这里，不得不说国家政策对于行业的指导性也是非常明确。2017年3月1日，中央四部委印发了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》通知，明确指出了“将提高电池比能量作为今后的重点发展目标之一”。
以下三点为重点：
1.到2020年，锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg；系统比能量争取达到260Wh/kg；成本小于1元/瓦时；使用环境达-30℃到55℃；具备3C充电能力。
2.到2025年，单体比能量达500Wh/kg。
3.力争实现单体电池350Wh/kg、系统260Wh/kg的锂离子电池产品产业化和整车应用。
