2023钠电池产业生态圈会议暨企业家峰会现场
电池百人会-电池网7月28日讯（肖何 梁小婧 江苏无锡报道）7月28日，由江苏省贸促会指导，无锡市锡山区人民政府、无锡市贸促会主办，中关村新型电池技术创新联盟、中国电池网承办的2023钠电池产业生态圈会议暨企业家峰会在无锡锡山区召开。本次会议以“电车钠纪元，产业新动能”为主题，深度聚焦电池新能源产业前沿技术、深度解读应用前景及未来趋势，为产业发展提供新思路、新动力，推进优质项目投资活动，力争打造有价值、高规格、有影响力的电池新能源产业交流平台。
俄罗斯工程院外籍院士/哈尔滨工业大学教授王振波
28日下午，俄罗斯工程院外籍院士/哈尔滨工业大学教授王振波在会上发表了题为《“双碳”目标驱动下的钠离子电池技术进展》的主题演讲，分享了钠离子电池电极材料的特性与优化策略、钠离子电池电解质材料的研究进展、钠离子全电池的发展趋势与市场需求、宽温域和高功率钠离子电池技术进展等，电池网摘选了其部分精彩观点，以飨读者：
王振波介绍，相对于其他储能形式，电化学储能在规模和场地上拥有较好的灵活性和适应性，同时在调度响应速度、控制精度、电力系统调频以及建设周期多方面具有比较明显的优势。因此，电化学储能在近两年储能市场发展势头强劲，具有广阔的应用前景。
“在化学储能过程中不一定就是锂离子电池，还有很多其他的电池，比如铅酸、镍氢、铬镍、钒等等，它们的性能是不一样的，在这当中锂的性能是最好的。”王振波分析称，锂的性能虽好，但地球上锂资源的储量是有限的，锂资源的价格也在上涨，回收布局还没有达到预期目标，因此，性能好但成本高的锂离子电池难以支撑起未来高速发展的经济社会所需的海量能源供应与储存。相比之下，钠资源储量丰富、价格低廉，研发钠离子电池作为一部分锂离子电池的替用品可以缓解市场需求。
钠电池发展契机：高性价比 补充锂电
在王振波看来，钠离子电池性能不算最优，但制造成本低于锂电，具有高“性价比”；钠离子电池的生产可沿用锂电生产技术和设备，企业转型的速度快、成本低。
“从70年代一直到现在，我们一直在做钠离子电池，但是相对锂来说进展还是慢的。”王振波介绍，钠离子电池的发展几乎与锂离子电池同时起步，但由于锂电池的成功商用化，钠电的研究被搁置。而实际上，钠电的性能虽不能比肩锂电，但是可以满足日常使用的，并且其规模化后的成本要低于锂电，换言之，钠电具有更高的性价比，这将是促使钠电产业化的重大契机。
从产业进程来看，目前钠电相当于20年前的锂电，参照锂电发展蓝图，市场潜力巨大。
从制造工艺来看，制造设备可沿用锂电现有产线，制造成本低，电池厂无重置成本。
从产品性能来看，循环寿命、安全性、倍率性能、高低温性能不弱于各类锂离子电池。
从应用场景来看，电芯成本低，性价比高，适合对能量密度要求不高但看重成本的场景。
通过以上维度比较，王振波指出，“我们要考虑钠电自身的特点，在补充锂电、替代铅酸上做工作。”其分析称，与成熟的锂电、铅酸电池体系相比，钠电的能量密度比锂电稍差，但优于铅酸。由此看来，钠电有希望逐步取代铅酸电池，同时能够缓解市场对锂电的需求。例如，对体积、重量不甚敏感的储能电站、中低速电动车等。
钠电池材料：多线并存 共同发展
王振波介绍，钠电主要由正极、负极、电解质三大核心部分组成，这三大组成很大程度上决定了电池的各方面性质。因而，在理论研究和工厂的实践论证中，各类正极都有涉猎，每条线路中再分别解决对应材料的短板。
钠电正极材料主要分为四种，各有优劣：过渡金属层状氧化物（容量大，衰减快）、普鲁士蓝型化合物（循环好，制备难）、聚阴离子型化合物（循环好，导电差）、有机小分子化合物（种类多，易失效）。
具体来看，与锂电不同，钠电中的层状氧化物正极的循环性能较差。这是因为钠离子的半径更大，在材料中的嵌脱更为困难，因此表现出较差的性能。改进策略一是通过材料成分调节，抑制不可逆相变，可以提升循环性能；二是通过材料成分调节，减少Ni的用量，可以进一步降低成本；三是对氧、水分敏感，易受到外部环境诱导发生结构、性能退化。
普鲁士蓝类材料具有空旷的晶体结构，钠离子嵌脱高度可逆，因而理论上可以实现优秀的循环、倍率性能。但缺点是，材料中的结晶水会影响材料的各方面性能，因而对制备条件要求严格。普鲁士蓝类材料通过改变金属元素种类，可以调节材料的电压、比容量，另外通过调节材料中结晶水的含量，可以改善循环、倍率性能。
聚阴离子型材料同样具有空旷的三维结构，理论上也可以实现很好的性能。但最大的缺点是电子导电性差，必须通过改性才能应用，可通过调整金属元素种类、阴离子种类，提升材料的电压；通过锰、铁等元素取代价格高的金属元素，降低材料成本。
有机物正极的种类纷繁，因而有许多有机物正极可供选择。但是，有机物溶于有机电解液，这会给电池的稳定运行带来较大的不确定性。因此，这类正极材料仍在研究和改性中，暂时没有工厂实践论证其作为正极材料的可行性。
钠电负极材料方面，王振波介绍，也可分为四种：碳材料 （成本低，导电性高）、相转化材料（容量高，导电性差）、钛基化合物（稳定性好，导电性差）、合金化材料（容量高，稳定性差）。
根据锂离子电池发展的经验，碳材料被研究者最为看好。特别是热解无烟煤产生的硬碳负极材料，既具有成本低的优势，也具有很好的电化学性质。这一高性价比的特点正好契合了钠电低成本的发展理念。
相转变型钠电负极成本低，但是不可逆容量大。距离实际应用，仍需要优化材料与电解液的兼容性，进一步提升首次效率。
钛基化合物负极结构稳定，具有较高的理论容量。但缺点是材料的制备过程复杂，且材料自身存在电子电导差的问题，因此综合性能都不如无烟煤衍生的碳负极。
合金负极理论容量高，但是工作过程中的体积膨胀容易造成材料粉化失效，因而性能衰减严重，不利于长期的电池使用过程。
综合来看，钠电负极最有应用前景的负极材料是无烟煤热解得到的碳材料。对于另几种负极材料，则需要进一步地补齐短板，特别是提升材料的电子电导和倍率性能。
会上，王振波还提出了钠离子电池负极材料的改性策略：一是形貌调控。纳米化，缩短离子扩散路径；阵列化，提供直接快速的离子传输通道；二是包覆或掺杂改性。掺杂碳、石墨烯、金属等导电性良好的物质进行改性；缺陷掺杂改性；三是晶格调控与组分优化。优化材料内部结构，复合功能材料，发挥1+1>2的协同作用。
钠电电解液方面，目前，多数研究者们倾向于使用有机电解质。这是因为有机电解质的电化学稳定窗口更宽，可达到4伏。因而，使用有机电解质更可能实现更高的能量密度。目前，研究者多使用碳酸酯类的有机电解液。
王振波提出，通过调节电解液的组分、比例，可以影响电解液的溶剂化结构，进而形成稳定的固态电解质界面，从而提升电池的各方面性能。其中，SEI膜-电极的关系近似固-固界面，通过调节电解液组分（盐、溶剂、添加剂）以调节SEI膜可以优化电池性能。电解液的组成会改变电解液的溶剂化结构，从而影响界面的去/溶剂化行为。离子-溶剂化结构与界面行为能显著影响电池性能。调节电解液体相溶剂化结构，改善去/溶剂化行为的动力学已成为研究热点。
此外，相对于锂电，人们发现醚类电解质在钠离子电池中更耐高压，形成的固态电解质界面相也具有更好的界面稳定性和界面离子传输动力学。缺点则是醚类电解质的成本较高。因而，如果能降低电解质成本的话，醚类电解质的应用将有利于进一步提升钠电的性能优势。
钠电池发展前景：适逢机遇 势在必行
“前面我们谈到的，都是如何选择优化电池材料。而实际上，电池是作为整体存在的。因此，匹配好正负极和电解质，是实现优秀的钠离子电池体系的另一重点。据报道，合理的电池设计已经能使得钠离子全电池循环5000次以上，已经达到电池的商用标准。”王振波分析称，“在宽温域上，钠离子电池未来想要发展要克服它自身的先天不足，拿自己的短板没法和别人的长处去比，所以要把自己的内功做好，低温性能、宽温域做好就可以和锂电比拼了，另外它的倍率性能也是不错的，充电时间短就可以占领更多的市场。”
为了提升钠电在不同工况下的可靠性，对标锂电池、铅酸电池等优秀电池体系，王振波建议，需尽可能地拓宽钠电的工作温度范围，提升其在储能领域的竞争力。同时，考虑到钠离子电池可能应用在中低速电动车上。十分有必要考虑到电池快充、以及续航历程的问题。
为了获得宽温域、高功率的钠电体系，王振波及其团队提出了相关技术路线：先研究材料，后优化电极/电解质的相容性，再探究不同工况下电池的性能，最后通过优化全电池结构优化电池在全工况下的综合性能。具体研究思路是：
（1）筛选电池正极、负极材料，进行粒度、孔径、组成、结构等层面上的优化改性；
（2）匹配电解质材料，优化电解质组成、浓度、溶剂化构型，辅以功能性添加剂；
（3）研究以电极为主体，以界面、电解质为重要组成部分的电极体系在不同温湿度环境、不同充放电条件下的电化学储能特性，以反馈优化电池体系的设计；
（4）组装圆柱/方形铝壳电池，进一步评价及反馈优化全电池的组成与结构，以期在提升钠离子全电池的能量密度、循环寿命的同时，控制电池成本；
（5）在平衡性能与成本的基础上，复合超级电容器等器件，以改善电池功率特性。
最后，关于钠离子电池的发展前景，王振波认为，可以归结为八个字：适逢机遇，势在必行。钠电池在光伏储能、5G和物联网产业的移动电源、便携式后备电源等储能市场，以及电动两轮车、三轮车、低速电动车等轻型动力市场潜力巨大。“钠离子电池整个在市场的情况，需求应该是巨大的，潜力是巨大的，无锡锡山区除了两轮车，还有三轮、四轮，那么多的车足够我们去发展了。”
（以上观点根据论坛现场速记整理，未经发言者本人审阅。）
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