四个钠离子的反应,电压平台很多也是意料之中的事情。从电池管理(BMS)的角度,可以想象,一个充放电过程中电压不断变化的电池会有多难搞。这个材料的电压不是很高,平均电压不到2V的样子,所以总的能量密度不会特别高。另外为什么循环过程中容量会上升,怀疑是不是副反应。如果要真正用在电池里,那压实密度如何?面积比容量如何?当然,基础研究中无法实现面面俱到;但是要谈产业化,遇到的问题只会更多。发了高水平的文章,写个宣传稿、吹一下子实在无可厚非,内容也自然八股套路:先吹吹钠电多么有前景,再吹这个工作有多牛逼,最后就是前方问题重重、任重道远、前景无限这种话。不过“历史性突破”这个卫星放的未免过分了。最重要的是,这个宣传稿竟然能把玫瑰红酸钠说成“肌醇”,那就只能说某些所谓科技媒体的确缺乏科学素养。
研究下去不排出异军突起的可能性一一一一一一一一一一一一一个人
回收废锂电池,废正极片,电话
1,适合的负极材料是什么?做实验可以用钠金属或别的什么示范一下,但实际应用呢?作者也提到了,在没找到高效、不稀缺、低成本、易加工负极材料之前,实际应用还只是个希望。
2,适合的电解液/电解质是什么?作者依然使用了常用的钠离子、锂离子电池所用的电解液体系。从电化学数据来看,可能存在着电解液副反应,电池的循环稳定性和寿命都很差。是否是由于电解液还是其他原因,不详。
3,如此一个多相反应,先天就不利于电池材料。电池材料反应时结构变化越小越好,固溶体反应是第一选择(比如现在普遍采用的钴酸锂、三元等),结构变化不大的两相反应是第二选择(LFP有点另类,但有研究表明其实纳米LFP的“两相”反应其实仍是一种类固溶体反应)。多相反应是最不理想的选择。多相反应电压平台多,不稳定,材料结构变化大,多次循环后会更加恶化。因此,能够反应三四个锂离子的材料有的是,比如钒氧钒酸锂系列,但为什么没有广泛应用?就是因为存在着各种问题。
4,低电压。这又是一个致命的问题。假如电压低伏,那能量密度就减少倍(假设容量一致)。由于是羰基C-O体系,电压先天低。而钠离子体系中早有日本人Yamada利用硫酸铁/亚铁系统可以得到高达的电压。虽然那个体系的容量低一些,但能量密度也不比这个体系差太多。(这篇文章声称正极可以达到726wh/kg, 呵呵,就看怎么理解这个数字)
5,金属有机化合物密度低,这是一个致命的缺陷。密度低导致体积容量/能量密度低,电池体积就要变大。这对于更轻薄、更小巧的电池方向而言背道而驰。无论装在手机还是汽车里,电池体积变大都是不可接受的缺陷。这个钠离子电池的最大卖点是廉价。但因为其性能还有太多槽点,这个廉价所能带来的真正价值也要打个问号。锂资源其实不是一种极度稀缺的资源。目前的高价主要是市场因素和开发不够,还有地缘因素等。廉价高质量的盐湖大部分在南美,开发周期比较长;锂矿石路线成本较高,但技术的进步的空间还很大;更重要的是,锂是可以回收利用的一种材料,只是目前的技术、投入都没达到规模。相信未来这方面如果更好地整合,锂离子的优势还是远远大于钠离子。况且锂离子领域还有众多值得突破的领域,比如直接使用锂金属作为负极。如果这一点块得到突破,锂电池的性能会极大地提升一个台阶。锂硫等更便宜、高能的体系也会解锁。
行业主要上市公司:宁德时代(300750);比亚迪(002594);国轩高科(002074);孚能科技(688567);亿纬锂能(300014);鹏辉能源(300438);欣旺达(300207)等
本文核心数据:锂电池板块上市公司研发费用;锂电池相关论文发表数量
全文统计口径说明:1)论文发表数量统计以“lithium battery”为关键词,选择“中国”、“论文”筛选。2)统计时间截至2022年8月17日。3)若有特殊统计口径会在图表下方备注。
锂电池技术概况
1、技术原理及类型
(1)锂电池技术原理
锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。
(2)锂电池的分类
按照电解质材料、电池外形、外包材料、正极材料、应用领域等不同分类方式,可将锂电池分为以下几类:
2、技术全景图:四大细分技术领域
从锂电池构成来看,锂电池技术主要包括正极材料、负极材料、电解质和隔膜四个主要细分技术领域。其中,正极材料主要包括磷酸铁锂、三元正极、锰酸锂等;负极材料主要包括碳系材料和非碳系材料;电解质主要包括液态电解质、固液复合电解质和固态电解质;隔膜主要包括干法隔膜和湿法隔膜。
锂电池技术发展历程:正负极材料演变拉动技术发展
从20世纪70年代第一个锂电池出现,到如今五十余年的岁月中,锂离子电池不断发展,负极材料从锂金属发展到碳材料,再试图回到锂金属;正极材料也不断丰富,陆续推出钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等。
锂电池技术政策背景:政策加持技术水平提升
近些年来,我国提出了一系列锂离子电池技术发展相关政策,加速了锂离子电池产业链的发展,同时对锂电池的安全性、技术体系、回收体系做出了规范,使得锂电池技术水平稳步提升。
锂电池技术发展现状
1、锂电池技术科研投入现状
(1)国家重点研发计划项目
据已公开的国家重点研发计划项目,2018-2021年我国锂电池技术相关国家重点研发计划项目共计18项。国家重点研发计划项目的资金来源为中央财政经费,一个项目的财政经费在2亿元以上。
(2)A股上市企业研发费用
锂电池行业经过多年发展,产品相对成熟,但行业整体研发投入水平不算太高。从A股市场来看,2017-2021年,我国锂电池板块上市公司研发总费用逐年增长,2022年第一季度,锂电池板块上市公司研发总费用约亿元。
2、锂电池技术科研创新成果
(1)论文发表数量
从锂电池相关论文发表数量来看,2010年至今我国锂电池相关论文发表数量呈现逐年递增的趋势,可见锂电池科研热度持续走高。截至2022年8月,我国已有69366篇锂电池相关论文发表。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新热点
通过创新词云可以了解锂电池技术领域内最热门的技术主题词,分析该技术领域内最新重点研发的主题。通过智慧芽提取该技术领域中最近5000条专利中最常见的关键词,其中,正极材料、负极材料、电解质、集流体等关键词涉及的专利数量较多,说明锂电池领域近期的研发和创新重点集中于正负极材料、电解质等领域。
(3)专利聚焦领域
从锂电池专利聚焦的领域看,目前锂电池专利聚焦领域较明显,其主要聚焦于锂电池、锂离子电池、正极材料、负极材料、电解液等。
主要锂电池技术对比分析
根据分析磷酸铁锂、三元锂电池的技术特性,可以看出磷酸铁锂电池在安全性、经济性、原材料丰富度和循环寿命方面优势明显,而三元锂电池在能量密度、低温性能和充电效率方面优势明显。因此,磷酸铁锂电池技术更适合用于中短距离用车(中低端车型)、电动自行车、储能等场景;三元锂电池技术更适用于长距离用车(高端车型)、消费电子、医疗等场景。
锂电池技术发展痛点及突破
1、锂电池技术发展痛点
(1)缺乏高能量密度的正负极材料产业化应用
尽管锂离子电池技术和市场快速发展使得电池能量密度已有明显提升,然而缺乏可行的未来正极材料来继续提高锂离子电池的能量密度,给锂离子电池产业持续发展带来了重大挑战。
(2)锂离子电池安全问题亟待解决
另一方面,锂离子电池安全问题也是锂离子电池技术发展的痛点之一。锂离子电池安全问题的根源主要是电池的热失控。主要是由于锂离子电池内部具有很强的燃爆条件,其内部的易燃性材料如低熔点可燃有机脂类化合物、石墨负极材料都会成为相应的“燃料”,在充放电以及运行过程中不当的热管理将成为锂电池安全事故的导火索,最终引发燃爆事故。
2、锂电池技术发展突破
(1)锂电池结构创新设计
锂电池电芯集成方式的革新是锂电池的重要结构创新,例如CTP(Cell To Pack)即跳过标准化模组环节,直接将电芯集成在电池包上,提高能量密度。
(2)固态电池技术
目前,锂离子电池面临着安全性差的问题,固态电池可在安全性、能量密度、温度范围等方面突破锂离子电池的局限。
锂电池技术发展方向及趋势:短期提高电池能量密度、长期技术路线多元化
短期内,提高锂电池能量密度主要通过对现有材料体系的迭代升级和电池结构革新来实现。其中,锂电池材料体系的迭代升级包括正负极材料、电解液和隔膜的迭代升级;电池结构革新又包括电芯、模组、封装方式等的结构改进和精简。
从长期来看,由于磷酸铁锂电池能量密度上限较低,并且为了应对不同应用场景下的不同需求,锂电池技术路线将朝多元化方向发展。除了酸铁锂电池和三元锂电池之外,固态电池、磷酸锰铁锂电池、富锂锰基电池等新型锂电池技术路线的发展趋势向好。
「前瞻碳中和战略研究院」聚焦碳中和领域的政策、技术、产品等开展研究,瞄准国际科技前沿,服务国家重大战略需求,围绕“碳中和”开展有组织、有规划科研攻关,促进碳中和技术成果转化和推广应用,为企业创新找到技术突破口,为各级政府提供碳达峰、碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长徐文强博士毕业于美国加州大学伯克利分校,二十余年来一直深耕于低碳清洁能源和绿色材料领域的基础研究、产品开发和产业化,拥有55项专利、33篇论文,并已将30多种产品推向市场,创造商业价值50+亿元,专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《锂电池行业技术趋势前瞻及投资价值战略咨询报告》。
锂电池行业主要上市公司:宁德时代(300750);比亚迪(002594);国轩高科(002074);亿纬锂能(300014)等。
本文核心数据:全球锂电池细分市场结构、全球锂电池区域分布、全球锂电池企业市场份额、全球锂电池市场规模
全球锂电池细分市场:动力与储能锂电池的市场份额有望提升
锂电池的细分市场主要为动力锂电池、储能锂电池和消费锂电池,其中,动力电池的下游应用领域主要为新能源汽车,储能电池的下游应用领域主要为电力系统,消费电池的下游应用领域主要为手机等消费电子。
从全球锂电池产量来看,动力锂电池占据了主要的产量份额,达到了,其次是消费锂电池,锂电池产量市场份额为,储能电池的市场份额最小,为7%。随着全球各国“碳达峰”战略的提出,全球各企业纷纷部署动力电池与储能电池产线,新能源汽车与储能市场的蓬勃发展有望推动动力锂电池和储能锂电池的市场份额进一步提升。
全球锂电池区域分布:中国占比达77%,欧洲扩张加速
根据S&P Global Market Intelligence 公布的数据显示,从产能来看,2020 年,中国在主导了全球锂离子制造市场,中国锂离子电池产能占世界产能的约 77%,其次是美国,占比约为9%。
虽然,S&P Global Market Intelligence预计,中国将在 2025 年继续成为锂离子电池制造的领先国家,但随着欧洲对制造设施的计划投资,其产能将大幅扩大,2025年,欧洲有望在成为世界第二大锂离子电池生产国,约占全球产能的25%。
全球锂电池企业竞争格局:LG化学、松下、宁德时代占据70%的市场份额
从企业产量来看,2020年1月至8月, LG化学成为全球领先的锂离子电池制造商,市场份额为;其次是宁德时代,以左右的市场份额位居第二,松下以左右的市场份额紧随其后。
在排名前五的全球锂离子电池制造商中,中国企业达到两家,分别是宁德时代和比亚迪,市场排名为第二和第四,合计市场份额达到32%。
全球锂电池供给情况:电池工厂数量快速增长
2020年,全球处于不同规划建设阶段的锂离子工厂共有181家。在新冠疫情大流行的背景下,2020年全球锂离子工厂的扩建与上一年相比依然增加了50%以上。其中,2020年在建和规划的181家工厂中,有136家位于中国,其中大部分是世界上最大的锂离子工厂。
全球锂电池需求情况:2025年市场规模将翻番
根据Research and Markets调研数据显示,2020年全球锂离子电池市场价值约为405亿美元,预计2026年市场将以的GACR增长,达到近920亿美元的规模,超过2020年市场规模的一倍。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国锂电池行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》
钠离子电池优缺点如下:
优点是钠离子资源丰富,地球上拥有钠资源储量丰富、分布广泛,相比锂电池材料,获取资源方便,有利于将产业最大。成本低廉,随着纳离子电池批量生产后,价格会越来越便宜,这正是钠离子资源丰富、开采成本低。安全性高,钠离子电池安全性高不易起火和爆炸。
缺点是钠离子电池能量密度较低,供应链需要完善目前,锂离子电池非常完善,而钠离子电池算是新产业,还是落后于锂离子电池,整个供应链上缺少强有力的企业做保障,供应链还有待完善。
钠离子电池
钠离子电池(Sodium-ion battery)是一种二次电池(充电电池),主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。2018年12月,南京理工大学夏晖教授与中外团队合作,首创结构设计和调控方法,在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
2021年8月,工信部发布公告有关部门将支持钠离子电池加速创新成果转化,支持先进产品量产能力建设。同时根据产业发展进程适时完善有关产品目录,促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用。
首先钠离子不是今天才有的电池类型,钠离子的研究开始于上世纪80年代,原理与锂离子电池类似,内部也分为正极、负极、电解质、隔膜组成。正极材料可选氧化物、磷酸盐或者铁氰化物,充放截止电压多在 范围,比容量在70-130mAh/g 之间。除此之外钠离子直径钠离子半径,锂离子半径,石墨材料在进行多次钠离子脱嵌后会引起结构坍塌,导致无法再进行离子脱嵌,这就意味着电池无法继续充放电,因此负极也锂离子电池不同,多采用硬碳、合金等材料。钠离子有什么优劣势?优势首先是低成本。得益于材料的可获取性,并且正负极都可采用铝箔,可减少铜箔的用量,因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。尤其是近期由于原材料的大幅涨价,钠离子电池的理论成本优势就非常明显。其次是低温性能好,耐过放能力强。在目前安全项目测试中,还未发生起火现象。劣势钠离子能量密度较低,上文我们提到,钠离子电池充放截止电压多在 范围,能量密度100-150wh/g。锂离子则是,目前量产的水平120-300wh/g。产业链不完善,虽然钠离子与锂离子起步时间相差不大,但钠离子的发展应用速度源弱于锂离子电池。目前正极材料尚未找到非常合适的材料用于量产充放电倍率弱于锂电在汽车领域的应用前景?仅能量密度一项就注定无法大规模在汽车领域应用,汽车领域主流还是锂离子电池但凭借的低廉的价格和良好的安全性,在入门级微型车、老年代步车、电动两轮车领域能够对原铅酸电池有一定的替换效应。雅迪、爱玛等电动两轮车企业已经在该领域开展研究,预计2年内会完成产品推出。除此之外,成本和安全性也为储能领域打开了想象空间。但储能目前除了锂离子电池外,还有全钒液流电池方向,所以短期大规模转向可能性也不高。
钠电池的缺点和不足有寿命短、放电快。
钠离子电池是一种二次电池(充电电池),主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。2018年12月,南京理工大学夏晖教授与中外团队合作,首创结构设计和调控方法,在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后,早期被设计开发出来的电极材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2电化学性能不理想,发展非常缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。
2010年以来,根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料,在容量和循环寿命方面有很大提升,如作为负极的硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物,作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料。
特别是层状结构的NaxMO2(M= Fe、Mn、Co、V、Ti)及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性。
钠电池的缺点和不足有寿命短、放电快。
钠离子电池是一种二次电池(充电电池),主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作,与锂离子电池工作原理相似。2018年12月,南京理工大学夏晖教授与中外团队合作,首创结构设计和调控方法,在锰基正极材料研究方面取得重要进展。
钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后,早期被设计开发出来的电极材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2电化学性能不理想,发展非常缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。
2010年以来,根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料,在容量和循环寿命方面有很大提升,如作为负极的硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物,作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料。
特别是层状结构的NaxMO2(M= Fe、Mn、Co、V、Ti)及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性。
钠电池和锂电池的区别在于内部的电荷载体不同,钠电池的载体是钠离子,锂电池的载体是锂离子,那电池可以解决电池成本高昂的问题。
两个的电池类型是不一样的,运行方式也是不一样的。钠电池可以解决资源的问题,钠的含量更丰富一些,可以更好的使用,可以解决充电慢的问题。
锂钠混合电池的主要难点在于电池的设计和稳定性方面。由于锂离子电池和钠离子电池的化学特性不同,因此它们的电池设计和工作原理也有所不同。锂离子电池通常采用石墨或碳材料作为负极,而钠离子电池则通常采用金属钠作为负极。因此,锂钠混合电池需要解决以下问题:1. 负极材料的选择和设计:锂钠混合电池需要同时适应锂离子和钠离子的嵌入和脱出过程,因此需要选择合适的负极材料,并设计合适的电极结构。2. 电解液的选择和稳定性:锂钠混合电池需要使用合适的电解液,以保证电池的稳定性和性能。但是由于锂离子和钠离子的化学特性不同,电解液的选择和稳定性也会受到影响。3. 充放电性能的平衡:由于锂钠混合电池需要适应锂离子和钠离子的嵌入和脱出过程,因此需要平衡充放电性能,以保证电池的性能和寿命。4. 安全性问题:锂钠混合电池需要解决安全性问题,避免发生过充、过放、短路等问题,以保证电池的安全性。因此,锂钠混合电池的研发和应用还需要进一步解决上述问题,并提高电池的性能和稳定性。
、碰撞和短路,发现热安全性比磷酸铁锂好,钠离子电池拆开后,纳离子会迅速失活,迅速氧化,当然也会起火
碰撞和短路,发现热安全性比磷酸铁锂好,钠离子电池拆开后,纳离子会迅速失活,迅速氧化,当然也会起火
钠离子电池成本低还可以快速充电放电。
现在不管说 磷酸铁锂电池 还是三元里电池的能量比,都有注水嫌疑,180也好 200+也好,都是在最适宜温度情况下,那去北方的冬天,磷酸铁锂电池 三元里还能剩多少 能量比?60+%而已,而钠电池能保持90%,这样 还认为钠电池能量比不足么?钠电池将来的路线就是 从北往南,先在北方 利用冬季 低温优势 彻底驱逐 锂电池(这个锂电池永远没法比,根本不堪一击),然后在北方市场建立起优势后,利用已经形成的规模低成本效应 打进南方市场。。。接下来就没锂电池啥事了您觉得 一辆 有时候能跑500公里 有时只能跑300公里的车会引发里程焦虑,还是一辆稳定能开400公里左右的车 更会引发里程焦虑? 大家都是明白人,都懂得