胡勇勝:鈉離子電池到了要“摘果子”時?

時間:2021-06-12 15:11來源:中國汽車報 作者:萬仁美
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       最近,寧德時代董事長曾毓群在公司股東大會上透露,將于今年7月前后發(fā)布主要應(yīng)用于儲能或低速新能源汽車的鈉離子電池。他稱:“我們的技術(shù)在發(fā)展,鈉離子電池已成熟了。”
 
       事實上,在今年年初召開的“第七屆中國電動汽車百人會論壇”上,中國工程院院士陳立泉就曾發(fā)表主題演講,重點提到了中國科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝團(tuán)隊所研發(fā)的鈉離子電池。
 
       據(jù)《中國汽車報》記者了解,胡勇勝在鈉離子電池研發(fā)上已堅守10余年。功夫不負(fù)有心人,2018年,他的研發(fā)終于有了成果,當(dāng)時記者就曾對其進(jìn)行獨家專訪。
 
       3年過去了,鈉離子電池應(yīng)用情況如何?胡勇勝告訴記者,他們已獲得風(fēng)險投資,并創(chuàng)立中科海鈉科技責(zé)任有限公司(以下簡稱“中科海鈉”),借此把鈉離子電池的研發(fā)成果推向市場。“經(jīng)過不懈努力,我們解決了鈉離子電池的生產(chǎn)一致性問題,掃清了商業(yè)化應(yīng)用的障礙,F(xiàn)在,公司在山西已建立一條年產(chǎn)2000噸正負(fù)極材料生產(chǎn)線,準(zhǔn)備大規(guī)模投入市場應(yīng)用。”
 
       鈉離子電池有自身獨特優(yōu)勢
 
       評價電池的商業(yè)前景,產(chǎn)品的能量密度、安全性、經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)工藝等指標(biāo)都是必須考量的因素。就能量密度而言,鈉離子電池相比鋰離子電池沒有優(yōu)勢。在元素周期表中,鈉的原子量為23,鋰的原子量是7,不足鈉元素的1/3,理論上鋰離子電池的能量密度天然勝過鈉離子電池。不過,能量密度不是決定電池商業(yè)前景的惟一因素。胡勇勝強(qiáng)調(diào):“鈉離子電池有自己獨特的優(yōu)勢。”
 
       胡勇勝向記者展示了鈉離子電池安全檢測視頻:工作人員先用儀器檢測電量,結(jié)果顯示這是一顆滿電的產(chǎn)品;再把電池包剪開放入水中,氣泡緩慢冒出來,但沒有出現(xiàn)劇烈的化學(xué)反應(yīng)。這與鋰電池反差很大,我們在試驗中看到鋰電池遇水即發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)。據(jù)介紹,鈉離子電池在針刺時不冒煙、不起火、不爆炸;經(jīng)受短路、過充、過放、擠壓等試驗,也不起火燃燒。他認(rèn)為:“相比鋰電池,鈉離子電池的安全性高很多。”
 
       “鋰電池不能過充、過放,對BMS(電池管理系統(tǒng))的要求較高;鈉離子電池也不能過充,但可以過放,即把電池中的電量全部放完,這有利于BMS調(diào)整電池的一致性。”胡勇勝說。據(jù)了解,鋰電池使用一段時間之后,各個電芯充放電情況不同,導(dǎo)致它們的容量不同,需要通過BMS進(jìn)行調(diào)控才能確保一致性。如果鈉離子電池中的電芯出現(xiàn)容量差,可以把整個電池包的電量放完,讓所有電芯歸零后處于同一水平,BMS一致性的調(diào)控變得相對簡單。胡勇勝告訴記者:“鈉離子電池可以過放的特性,在電池運輸上特別有用,不帶電運輸能極大地降低發(fā)生事故的概率。”
 
       鈉離子電池中沒有貴重金屬,鈉元素也是含量極其豐富的資源,這注定了其成本比鋰電池低。胡勇勝說:“鋰電池的價格大約為0.6元/Wh,鈉離子電池的價格只要0.4元/Wh。更重要的是,鈉離子電池降低了我國鋰資源的對外依存度,有利于電池產(chǎn)業(yè)安全。”有資料顯示,我國生產(chǎn)電池的鋰材料80%依賴進(jìn)口,對外依存度比石油還高。
 
       此外,鈉離子電池在功率密度、寬溫和循環(huán)壽命等方面也具有獨特優(yōu)勢。據(jù)悉,鈉離子電池的能量密度已達(dá)到145Wh/kg,比磷酸鐵鋰的180Wh/kg低一些,但遠(yuǎn)高于鉛酸電池的30Wh/kg。鈉離子電池的工作溫度為-30℃~55℃,比磷酸鐵鋰優(yōu)秀,循環(huán)4500次以上,這個成績高于磷酸鐵鋰。
 
       找到關(guān)鍵材料突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸
 
       如今,在資本的助力下,鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在加速。記者了解到,中科海鈉在江蘇建立了第一條生產(chǎn)線,開展鈉離子電池年產(chǎn)百噸級正負(fù)極材料體系和百萬Ah電芯的中試規(guī)模驗證,經(jīng)過不懈努力終于結(jié)出碩果。胡勇勝表示,鋰電池對一致性要求比較高,鈉離子電池也是如此。目前,中科海鈉已解決了產(chǎn)品一致性難題。“我們又在山西建立了一條年產(chǎn)2000噸正負(fù)極材料生產(chǎn)線。”他還告訴記者,鈉離子電池生產(chǎn)線可以利用現(xiàn)有的鋰電池生產(chǎn)線,“不久前,我們使用鋰離子電池生產(chǎn)線生產(chǎn)了8萬支鈉離子電池。”
       全球多個國家開展了鈉離子電池的研發(fā),胡勇勝的團(tuán)隊率先將這一技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵,在于獨辟蹊徑地找到了具有商業(yè)化前景的材料。據(jù)介紹,在鈉離子電池研發(fā)中,國外一些研究人員沿用了鋰電池三元材料的思路,正極材料使用鎳、鈷、錳。對于這一做法,胡勇勝并不看好:“如果僅把目前鋰離子電池體系的鋰元素替換成鈉元素,鈉離子電池的成本只能比鋰離子電池成本降低5%~10%,而鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池低,這就沒有商業(yè)化前景了。”
 
       胡勇勝通過研究發(fā)現(xiàn),銅在鈉離子電池中不但具有活性,而且其成本比鈷和鎳都低,這恰恰是他不斷尋求的替代材料。經(jīng)過不斷摸索,胡勇勝帶領(lǐng)團(tuán)隊最終成功研制出銅基鈉離子層狀氧化物正極材料。
 
       解決了正極材料還不算成功,負(fù)極材料的難關(guān)也要攻克。鋰電池普遍采用石墨作為負(fù)極材料,但胡勇勝研發(fā)的鈉離子電池使用了成本更低的軟碳材料;此外,還以同樣成為較低的無煙煤作為前驅(qū)體,通過簡單的粉碎和一步碳化得到了一種具有優(yōu)異儲鈉性能的碳負(fù)極材料。
 
       更適于低速電動車和儲能
 
       在新能源汽車領(lǐng)域有一件事一直懸而未決,那就是低速電動汽車該如何管理。最近,關(guān)于低速電動車“轉(zhuǎn)正”的傳言又起!吨衅屑冸妱映擞密嚰夹g(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)修訂討論會會議紀(jì)要》日前流傳于網(wǎng)絡(luò)。這份紀(jì)要強(qiáng)調(diào)堅持“三個不變”原則:一是國務(wù)院“規(guī)范一批、淘汰一批、升級一批”的思路不變;二是安全要求不變;三是整體框架不變。
 
       低速電動車主打廉價牌,轉(zhuǎn)而配套鋰電池后將拉低市場競爭力,而鈉離子電池似乎提供了一種解決辦法。鈉離子電池的能量密度遠(yuǎn)高于鉛酸電池,成本比鋰電池低40%,有較強(qiáng)的市場競爭力。在胡勇勝看來,配套鈉離子電池或許能解決低速電動車多年來面臨的發(fā)展與監(jiān)管難題。
 
       此前,北京某儲能電站起火爆炸事故不是個例。據(jù)不完全統(tǒng)計,2011~2021年,全球共發(fā)生32起儲能電站起火爆炸事故,其中,日本1起、美國2起、比利時1起、中國3起、韓國24起。這些涉事儲能電站全部使用鋰電池。一直以來,政府相關(guān)部門都在強(qiáng)化對儲能電站的安全要求。胡勇勝告訴記者:“綜合比較來看,鈉離子電池也非常適合儲能電站,除了能量密度低一點外,安全性、循環(huán)周期等指標(biāo)完勝鋰電池。”
 
       據(jù)悉,胡勇勝對研發(fā)的鈉離子電池正負(fù)極材料、電解液等關(guān)鍵材料體系和電芯制造、裝配工藝等都擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán),產(chǎn)品核心專利已獲得中國、美國、歐盟等多個國家和地區(qū)的授權(quán)。他告訴記者,鈉離子電池不僅在國內(nèi)市場需求很大,在印度、東南亞、非洲、南美洲等地也有廣闊的市場空間。“我們首先立足國內(nèi)市場,站穩(wěn)腳跟后再走向海外市場。”胡勇勝最后強(qiáng)調(diào)。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 鈉離子電池 胡勇勝
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