2023年钠离子电池和全钒液流电池发展分析.docx

2023年钠离子电池和全帆液流电池发展分析钠离子电池本质是在充放电过程中由钠离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移，与锂离子电池的工作原理类似钠离子电池充电时，Na+从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态。放电过程与之相反，Na+从负极脱出，经由电解液穿过隔膜嵌入正极材料中，使正极恢复到富钠态。为保持电荷的平衡，充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递，与Na+一起在正负极间迁移，使正负极分别发生氧化和还原反应。与锋离子电池类似，钠离子电池同样拥有正极、负极、隔膜和电解液四大部分，但材料相差较大，仅有隔膜无明显变化。目前钠离子电池处于示范应用阶段。1）正极：按正极材料分，钠离子电池主要有层状氧化物、隧道型氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物体系，目前中科海钠采用层状金属氧化物作为正极，宁德时代采用普鲁士白（普鲁士蓝的一种）和层状氧化物。5<>t<tC<H膝性好"也"工力电径$M«<H#R”*v<t<nwCA险育度JititM-A3也aftt<4l<H*Jl<K.点*<X电fAiVttftMA薛仓争"ItS*Xf>tA<<>ts*e*|+电*才*，LJI：很母*<MJft«K<«H).il<<<W负极：一般具有嵌入钠离子能力高，体积变形小、扩散通道好、化学稳定性高等特点。锂电池主要使用石墨作为负极材料，而钠离子电池负极可以选取过渡金属氧化物、合金材料、无定型碳等。隔膜：钠离子电池与锂离子电池可以通用主流隔膜类型。电解液：主要为六氟磷酸钠，比裸电池电解液所使用的六氟磷酸裸价格更低；同锂离子电池一样，钠离子电池也可兼容固态电解质。集流体：是汇集电流的结构或零件，也是钠离子电池成本低于锂离子电池的主要原因之一钠离子电池的正负极集流体可使用铝箔。对应锂离子集流体，成本可下降7%-9%。表34：伯高子与任离子电池材料体系对比KN于电池*Y离于电也正机*4<Mtt.瀛帖M号攸候M俅三亡体桌.OK体金.<*«.<.#鲁士量美化拿物学*板*科/臭什科、金属Il化构、4*材料电液¼c<<tr六A4收物Mtt尤农化Jttft集*体X箔fM*4:中科冷MrM.<*tit*H发中心能量密度较低，但安全性更高，降本空间大技术性能方面，钠离子电池能量密度和循环寿命均次于锂离子电池。钠离子电池的能量密度在100-150Whkg,与磷酸铁锂电池的能量密度仍存在一定差距。其次，目前钠离子电池循环次数普遍在2000次左右，较悝离子电池低30%左右，主要是由于钠离子半径较锂离子大，反应过程中嵌入脱出难度大。储能时长方面与锂离子基本相似，主要应用于4小时以内的储能系统。钠离子电池材料成本较磷酸铁锂可下降30%-40%。根据中科海纳，若钠离子电池选用NaCUFeMno/软碳体系，锂离子电池选用磷酸铁锂/石墨体系，则钠离子电池材料成本较磷酸铁锂可下降30%-40%,单体电池成本发展期约为0.305元/WhIB49:#l离子电池与依离子电池材1+成本比较H¼ a*MWM A >Mt &停 BXtt*£:fW4*<H.*ii<*<<+y钠离子电池原材料丰度高，提炼工艺简单。钠元素在地壳中丰度为2.75%,显著高于锂元素的0.0065%,是锂资源的400多倍；此外，不同于锂资源，钠资源分布平均，提炼工艺较为简单，避免资源卡脖子问题。钠离子电池安全性更高，耐热耐冷性能好于锂离子电池钠离子电池内阻比锂电池高，在短路的情况下瞬时发热量少，热失控温度高于理电池，具备更高的安全性。另一方面，锂离子电池可正常工作的温度区间为040°C,钠离子电池为-40。C到80,耐热耐冷性能。表35：M西子电也与tr禺子电宜支奏相乐时比IH¼<新得十电*X27$*00065%知雪金*7%A<MKnrts<4小*<4小片att犀次M2000*3000000fttt<(MAg)100-15<WMiq130-20WWkQ(MltMff)电“"*&：02S0XVh电tfd0305tm睡堆<.书姓&X*氏晶.t0<.KA工E得单.-tfl«#f44*.曾*根.臭分"*<W<KK<A.«>#履纣；RFIltM电;.*4Mt“"*夕，文&1八哥¥，抬.XIMStMKA.<Adtfltl*0<l兔十JLt电收A.<Mi冷tTMfK*$.用x*<积极关注产业链上下游公司能量密度提升是锂离子电池的创新趋势之一。正极材料中目前具有潜在商业化价值的有普鲁士白和层状氧化物两类材料，克容量己经达到了16OmAh/g,与现有的锋离子电池正极材料接近。负极材料中，硬碳材料是最有前景的钠离子电池负极材料。硬碳材料具有丰富的碳源、低成本、且无毒环保，克容量（35OmAh/g）已基本与石墨材料（约36OmAh/g）接近。产业链建设方面，三重需求的叠加带动下，钠离子电池产业化进程有望加速以降低成本。钠离子龙头企业表示将在2023年基本形成产业链。未来钠离子电池产业锌成熟后，可与锂离子电池形成互补。除了应用于储能领域，钠离子电池还可以应用于电动两轮车和低端电动车。因此未来对于钠离子电池的市场需求不仅仅由储能带动。在三重需求的叠加带动下，可能加速钠离子电池的产业化进程。A36：MfttftttSH'i4*iAXW20W*M4fLM6t<*<4kMHftct4tAKltWAMKMtdia*RX2021年*a干$MKtH#fH«.»H.*tf*#-«#*!t<.4Ttl<lC*t<*<l*flfttfl*H45a¼H仿1*MaT电*q*6H,4,NKJIT电W£户0城Itet纤.*或U*±-寿射9±也名鱼夕.*壮丈寸金可彳好-ftfA&“金句抬二抬也*攸从*侵公&.MMtMtt2007.4物翕于电急得F电包2GWftt2022»*<tt<4<*KW<<工*l*+X.*f2023*C*2GWh*<*>.mGWh*¾*ft.><M6MM4ft<*<<t<<HM>it<l.*2017FSMa十电启Al司寸他£U已足14WV>o.2019f6<A«<H<ttMttMX12*UW350mAQ人上AMW¼A.tt*中"叶秋20114炳*十电*16OmAhlg.电做f曹电西16CMn«.已f£f电Cft*.2023*<w<a.<tM<2018MMft-A*4tt<H*t<t.<tfit-.4fMftttftAtHtKM处方9白靖力，状霖中电QCfHt化户.Farad*on2011身香*A<vTKMtJtM.-KfH.H户州"舄子电丸得位，.包立发20M.4t4-f<A6t2021<tfK-M*f电itA*SW小“.f：*4Q.S*wJf全机液流电池：长时储能领域优势显著利用帆离子化合价变化实现充放电全帆液流电池目前是产业链建设和技术成熟度最高的液流电池技术。液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术，电解液在电堆外部，在循环泵的推动下流经电堆，实现化学能与电能的转换。根据正负极电解质溶液中活性电对种类的不同，液流电池可分为铁培液流电池、锌漠液流电池、全铁液流电池、全钢液流电池等。其中全执液流电池正负极氧化还原电对的电化学反应动力学良好，在无外加催化剂的情况下即可达到较高的功率密度。而且该电池在运行过程中无明显析氢、析氧副反应，具有优良的可靠性。因此，全凯液流电池技术得到了长足的发展，已进入大规模商业示范运行和市场开拓阶段。ffi50：浓汰,电池不同体*MitKF*CrNASAZfVbaMd AMOn fM!W V-PalybM* Aok battertM flow battery PS8. Am<t UNSW1*74Im*aS9nfa*n flow Mtenw OrgBfwcMragerac f 的HMHA rs电修NASAIAmwfmrzIvfe少V电鼻JUNSW1*!<IK7PSBt化川*电,(JjC伞fQOXXPSCkMt*AKrWTEMPOMKtfTW*MXtat*««*AH«V*«*«fK«<*«声“«4：*沿*¥（A<ft¼"fC>t*>.*»*!<f-全帆液流电池是液流电池中唯一一种活性物质单一的电池，利用孤离子化合价的变化来实现电能的储存和释放全机液流电池系统由功率单元（电堆），能量单元（电解液和电解液储罐），电解液输送单元（管路、阀、泵、传感器等辅助部件）以及电池管理系统等组成。其中，电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成.全供液流电池将具有不同价态的凯离子溶液作为正极和负极的活性物质，分别储存在正负极的电解液储罐中。充放电时，在泵的作用下，电解液由电解液储罐分别循环流经电池的正极室和负极室，在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。Ifl51:仝仅4渣.电池?1构示：tie安全、可循环，适用于长时储能优势:全帆液流电池具有安全性高、储能规模大、充放电循环寿命长、电解液可循环利用、生命周期中性价比高、环境友好等优点.1）全钢液流电池安全性高，运行可靠，电解液可重复利用，对环境友好.全机液流电池电解液为机离子的硫酸水溶液，只要控制充放电截至电压并保持存放空间通风良好便不存在爆炸风险。电池中正、负极电解液储能活性物质同为供离子，不会发生储能容量的不可逆衰减，常年运行造成的容量衰减可以通过在线或离线再生反复循环利用。同时当全机液流电池废弃时，电堆和系统的主要原材料为碳材料、塑料和金属材料，环境负荷小。大连融科储能技术发展有限公司2012年12月在辽宁省法库国电龙源卧牛石50MW风电场建设的5MW/10MWh储能电站运行了近9年时，储能容量有所衰减，经过在线恢复后，储能容量恢复到了IOMWho2）输出功率和储能容量相互独立，适用于大规模、大容量、长时储能，全机液流电池储能系统的输出功率由电堆的大小和数量决定，通常在数百瓦至数百兆瓦；储能容量由电解液的体积决定，通常在在数百千瓦时至数百兆瓦时。增大电堆电极面积和电堆数量就可增加输出功率:增加电解液的体积可以增加储能容量。适合于需要大规模、大容量、长时间储能装备的应用场合。ffl52:全机支液电池祷能.系统的输出功军信版容量可收立设计电擒。MMHWM¼TM+±933才片拿4：*M.<K4te*KK<<kRttft*tKfH,*M<*<>.。停U*“W申，一全