钠电池负极材料：硬碳高性能与软碳低成本,鱼和熊掌不可兼得分析

近年近年来，财政部通过新能源汽车推广应用补助等政策，带动了能源汽车动力电池产业蓬勃发展，推动新型电池产品技术水平迅速高、成本迅速下降《十《十四五新型储能发展实施方案》正式印发，国家正式提出研开展钠离子电池等新一代高能量密度储能技术试点示范。方案提出装备和集装备和集成优化设计研究，集中攻关超导、超级电容等储能技术防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，支撑大规模储能电化防复燃、储能电站整体安全性设计等关键技术，支撑大规模储能电安全运行钠电池负极材料：硬碳高性能与软碳低成本，鱼和熊掌不可兼得硬硬碳比容量占优，软碳经济性占优，目前硬碳是主流。硬碳内碳微晶在晶c方向上的碳片层堆积较少且整体呈现出随机取向长循环寿命，储钠的长循环寿命，储钠的比容量相对较高并且具有低电压平台，但仍面着首次库仑效率低、倍率性能略差等问题。相比之下，石墨烯相关料往往呈现出更高的平均电压和更低的库伦效率，而软碳的储钠比量较低，因此硬碳综合性能相对较优，具有较广阔的应用前景。软是有序度较高，是在2800℃以上高温热解能够完全石墨化的非晶碳料，前驱体主要是石油焦和沥青这类矿物质，具有低成本优势。软材料具有更高的电子导电性和倍率性能，但由于石墨化程度比较高直接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量，储钠量较低，实用性受限二、从电池的安全性来看，钠离子电池具有更好的热稳定全全球锂电池起火事故频出，电动车、储能起火事故频发，据不起储能电站起火爆炸事故，其起储能电站起火爆炸事故，其26事故采用三元锂离子电池钠离子钠离子电池电化学性能相对稳定，热失控过程中容易钝化失活安全实验表现较锂离子电池更好。目前，钠离子电池已通过中汽中的检测，针剌时不冒烟、不起火、不爆炸，经受短路、过充、过放挤压等实验也不起火燃烧。对比锂离子电池起始自加热温度达260℃：且钠离子电池则达 ARC测试中钠离子电池最大自加热260℃：且显显著低于锂离子电池，这些均表明钠离子电池具有更好的热稳定性三、锂电池价格上涨，推动钠离子电池需求量的增钠钠离子电池的研发起步较早，产业化应用的速度不及锂离子电池年，高温钠但近年来学术研究和产业应用的热度持续上年，高温钠电池出现是钠离子电池出现是钠离子电池发展的萌芽时期，出出了摇椅式电池的概念后，由于锂离子电池体系中应用较为广泛的墨负极墨负极储钠能力欠缺，对钠离子电池的研究几乎停滞。直等发现等发现硬碳负极具备优异的可逆储钠能力，学界才继续推进年，随年，随锂离子电池研究和产业链建设趋于成熟，以及对锂资的担的担忧，钠离子电池的研究和产业化进程，进入复兴时期。直月，宁德时代发布第一代月，宁德时代发布第一代钠离子电池，宣布计产业链，叠加锂产业链，叠加锂价年年初快速上涨，引发全产业对对互补、替代方案钠离子电池的高度重视，涌现数十家推动钠离子池及原材料量产的企业磷酸磷酸锂是一种锂离子电池电极材料，主要用于锂离子电池。近来由于我国电动汽车产量快速增长，导致锂离子电池产能的提升，而出现而出现碳酸锂价格飞涨的局面。数据显示，我国磷酸锂价格年年初价格增年年初价格增长迅速，导致锂离子电池原材料成本较高价价格上涨趋势明显，将使其在大规模储能中的应用受到限制。同时锂元素的地壳丰度只有0．0065%，我国锂资源十分短缺，大部分依于进口，而钠元素的地壳丰度2．74%，地于进口，而钠元素的地壳丰度源较源较锂资源相对丰富，成本低廉。为了防止国外对锂资源的垄断，国将大力发展钠离子电池，以替代锂离子电池，在一定程度上缓解于锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题因为能因为能量密度的短板，钠离子电池的应用尚出现在中高端的电汽车上，在微型电动车及两轮电动车上将率先应用。数据显示，近来，随着经济的快速发展，人们的收入水平的提高，两轮电动车的销量整体呈现上涨趋势，销量整体呈现上涨趋势，其中产量万辆，销售量年的 2017年的2943万辆增加到万辆，销售量万辆万辆。由于两轮电动车产品价格较低，适合中、小型城市和县乡市的用户，未来市场空间广阔，有利于促进钠离子电池需求量的增长级电动车受锂离子电池级电动车受锂离子电池价格上涨的影响，择性价比较高的钠离子电池进行替代，随着电动两轮车、A00级电动的不断的不断发展，钠离子电池的需求量向好发展，同时，钠离子电池可用廉价的钠盐取代锂盐作为电池关键原料，已经成为新一代储能电研究的热点，在快速发展的储能领域，钠离子电池有望成为重要的年中，我国钠离子电池供年中，我国钠离子电池供给量和需求量现逐年上升的现逐年上升的趋势，其市场价格走势不断下降，元/GWh降到20216．66/GWh目目前，我国钠离子电池处于发展前期，还未形成基本的产业链从专利申从专利申请量来看，年间，中国钠离子电池专利申请整体上整体上处于上升趋势，其年受疫情影响，钠离子电池的申请有小幅下降，项，根2019年减少 IP管家有小幅下降，项，根项，可见，钠离子电池逐项，可见，钠离子电池逐步受到各方面的重视未来市场占有率也将逐步提升四、从电池循环寿命来看，钠离子电池远高于铅酸电行业内一般以钠/锂电池满充满放的循环次数来计算循环寿命。使用的过程使用的过程中，离子电池内部会发生不可逆的电化学反应导致容量降，比如电解液的分解，活性材料的失活，正负极结构的坍塌导致离子嵌入和脱嵌的数量减少等等。通过科学实验表明，更高倍率的电会导致容量更快的衰减，如果放电电流较低，电池电压会接近平电压，能释放出更多的能量。目前，钠离子电池的循环寿命远高于酸电池，距离锂电池还有些差距;低温挥发率较高，为85%;每月自放率低于率低于锂离子电池，五、从电池容量性能来看，钠离子高于铅酸电池，低于磷酸铁锂池与锂离与锂离子电池工作原理相似，钠离子电池是主要依靠钠离子在极和负极之间移动来工作，以钠离子嵌入锂离子电池和铅酸电池，目前市场上主流的二次电池技术，与钠离子电池工作原理相似目前钠离子电池行业主要竞争产品为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池铅酸铅酸电池以及梯次利用锂电池。通过计算钠离子正负极能量密度差异可以得出在相同技术条件下，钠离子的能量密度约为锰酸锂电池和酸铁锂电池能量密度的0．7-0．8六、中国钠离子电池市场前钠离子电池主要分为四种，其中钠硫电池和钠-氯化钠电池为高钠离钠离子电池，水系钠离子电池和溶剂系钠离子电池为常温钠离子电池目前已开始小批量应用的主要是常温钠离子电池，尤其是以溶剂系离子电池在产业在产业链方面，上游的正极和负极以及电解液添加剂都需要培新的供应链，在隔膜、集流体、电解液溶质以及生产线可以与锂离电池共用；而在下游，主要取代铅酸电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂及电动工具造造成钠离子电池目前没有大规模应用的主要原因有：钠离子电钠离子电池产业链不够成熟，钠离子电池的配方没有经过足够多的代，性能潜力挖掘不够，潜在的性能缺陷较多。由于用户的使用惯和路径钠离子电池产业链不够成熟，钠离子电池的配方没有经过足够多的代，性能潜力挖掘不够，潜在的性能缺陷较多。由于用户的使用惯和路径依赖，用户更愿意接受成熟度更高的锂离子电池。各细分领域钠离子电池并没有表现出不可替代的性能。钠离子电池没有大规模用，导致钠离用，导致钠离子电池上游供应链并不成熟，钠离子电池没有获得明的成本优势。从废旧锂电池回收退下来的梯次利用锂电池价格低廉并且供应量不断增加，进一步削减了钠离子电池的市场可能性目前国内主流的最为成熟的技术路线为：正极为钠过度金属氧物，过度金属为铜铁锰或镍铁锰，负极为硬碳或无烟煤软碳，电解溶质为六氟磷酸钠，电解液溶剂与目前锂离子电池溶剂相同，正负集流体均为铝箔件件下，钠离子的能量密度约为锰酸锂电池和磷酸铁锂电池能量密度0．7-0．8倍。在对比钠离子电池与锰酸锂电池及磷酸铁锂电池的性后后，高工产研锂电研究所认为钠离子电池未来的应用领域有望主要中在电动二轮车市场、家庭储能、低速车以及备电等领域七、钠离子电池有望应用于储能和动力两个领综合钠离子电池的电池容量性能、电池循环寿命和电池的安全来看，未来来看，未来钠离子电池有望应用于储能和动力两个领域在动力领域，钠离子电池将在两轮车和电动汽车两个方面得到用。在两轮车领域，由于钠离子电池有有能量密度相对较低、安全比较高的特点，因此有望实现在对铅酸电池的逐步替代。其中电动车方面