界面新聞?dòng)浾?| 高菁
固態(tài)鈉離子電池技術(shù)研發(fā)又有新進(jìn)展。
12月19日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)宣布，該校能源創(chuàng)新研究所教授Eric Wachsman領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種性能優(yōu)于當(dāng)前鈉離子電池的新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)。
它使用了更穩(wěn)定的陶瓷固態(tài)電解質(zhì)，相較于液體電解質(zhì)，這種電解質(zhì)不易燃，安全性更強(qiáng)。其采用了鈉金屬作為負(fù)極，使得電池能夠獲得更高的能量密度。
鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。相較于鋰離子電池，鈉離子電池具有資源儲(chǔ)備量豐富、成本低等優(yōu)勢(shì)，但在能量密度方面落后于鋰離子電池。
鈉離子電池與鋰離子電池多采用液態(tài)電解質(zhì)，容易出現(xiàn)漏液、燃燒等問題，而使用固態(tài)電解質(zhì)取代易燃的有機(jī)液態(tài)電解液，可有效提高電池的安全性，這類電池也被稱為固態(tài)電池。固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是此項(xiàng)技術(shù)的主要難點(diǎn)。
馬里蘭大學(xué)稱，上述固態(tài)鈉離子電池特殊的負(fù)極和電解質(zhì)材料使得其負(fù)極界面的電阻有效降低至3.5 Ωcm2，有利于鈉離子的快速傳輸。
該電池每平方厘米的表面上能夠創(chuàng)紀(jì)錄地通過(guò)40 mA的電流，滿足高速充放電的需求。同時(shí)，它還能夠在每平方厘米的表面上儲(chǔ)存和釋放10.8 AH的電荷，能夠滿足電池長(zhǎng)時(shí)工作的需求。
為驗(yàn)證該新型固態(tài)鈉離子電池架構(gòu)的性能，馬里蘭大學(xué)的研究人員將軟包電池外殼、磷酸釩鈉正極與鈉金屬負(fù)極和陶瓷固態(tài)電解質(zhì)組裝在一起，在室溫下實(shí)現(xiàn)了2C速率循環(huán)，這意味著電池能夠在半小時(shí)內(nèi)充滿或放完電。
固態(tài)電池和鈉離子電池都被視作下一代電池技術(shù)，兩者的組合此前也已進(jìn)入國(guó)內(nèi)電池研發(fā)人員的視野。
2020年，中科院大連化學(xué)物理研究所公布了一款具有高能量密度、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)的全固態(tài)鈉離子電池，由二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F(tuán)隊(duì)等人共同研制。
該款軟包鈉離子電池在平鋪和彎折狀態(tài)下循環(huán)535次后，仍可保持355 Wh/kg的能量密度。軟包是電池的三種封裝方式之一，其他封裝方式還包括方形和圓柱。
今年9月，中國(guó)科學(xué)院物理研究所(北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心)胡勇勝團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一類新型粘彈性無(wú)機(jī)玻璃固體電解質(zhì)，克服了有機(jī)聚合物固態(tài)電池界面化學(xué)穩(wěn)定性較差、無(wú)法與高電壓正極兼容等問題，使得固態(tài)鈉離子電池能夠耐受高壓，并保持良好的循環(huán)率。
10月，中國(guó)科學(xué)院青島能源所發(fā)文稱，崔光磊研究員帶領(lǐng)的固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心成功研制出了固態(tài)鈉離子電池，其電芯能量密度超140 Wh/kg，已實(shí)現(xiàn)在二輪電動(dòng)車的示范應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)未來(lái)還將重點(diǎn)針對(duì)低速電動(dòng)車、新能源汽車48 V電源系統(tǒng)、家庭儲(chǔ)能等領(lǐng)域繼續(xù)開展研發(fā)工作。
國(guó)內(nèi)的固態(tài)鈉離子電池研發(fā)成果大多公布了能量密度等關(guān)鍵參數(shù)，但界面新聞未能查詢到馬里蘭大學(xué)所發(fā)布成果的同類數(shù)據(jù)，因此無(wú)法直接對(duì)比產(chǎn)品的性能高低。
截至目前，固態(tài)鈉離子電池在產(chǎn)業(yè)化層面并未大范圍鋪開。僅有廣州昊威新能源科技有限公司(下稱昊威新能源)公布了這項(xiàng)技術(shù)的量產(chǎn)投資計(jì)劃。
今年9月，該公司宣布將在重慶投資100億元，建設(shè)固態(tài)方形鈉離子電池生產(chǎn)線項(xiàng)目，年產(chǎn)能30 GWh。昊威新能源注冊(cè)成立于2021年，何懷福持有該公司全部股權(quán)。
比克電池則在今年7月透露，正在探索鈉離子電池性能改善的新路徑，即“半固態(tài)+鈉電”的組合，目前已開啟中試樣品階段。半固態(tài)電池是液態(tài)電池和全固態(tài)電池的折中方案，其電解質(zhì)形態(tài)介于液態(tài)和固態(tài)之間。
寧德時(shí)代(300750.SZ)、比亞迪(002594.SZ)等電池龍頭并未公布在固態(tài)鈉離子電池技術(shù)路線方面的研發(fā)成果。
寧德時(shí)代于2021年7月發(fā)布了第一代鈉離子電池，該產(chǎn)品其采用了液態(tài)電解質(zhì)，能量密度為160 Wh/kg，接近磷酸鐵鋰電池。后者是目前主流的鋰電池技術(shù)。
高工產(chǎn)研GGII曾分析稱，“現(xiàn)階段，(半)固態(tài)鈉離子電池仍處于開發(fā)初期，隨著專利技術(shù)儲(chǔ)備增加與突破，(半)固態(tài)鈉離子電池有望在2026-2027年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。”