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【风口内参】一个能与锂电池相媲美的新型电池

百家云股   / 2020-06-04 13:53 发布


锂离子电池无处不在,在手机、笔记本电脑以及电动汽车等众多应用中都有使用。但它们是由钴和锂等材料制成,这些材料稀少、昂贵,并且大多在美国以外的地方发现。随着电动汽车和电力存储需求的增长,这些材料将变得越来越难获取,而且可能更加昂贵。锂基电池在满足电网储能巨大增长的需求方面也会出现问题。


    钠离子电池与目前普遍使用的锂电池工作原理类似,但优势突出。首先是原料储备丰富、易获取,因此成本更低;其次能量密度及性能更佳,工作寿命更长(钠离子电池寿命超过10年,而通常锂离子电池使用寿命只有3-4年),充电速度更快(一辆200公里里程数的电动车可以在几分钟内就充饱电)。随着钠离子电池产业化的开启,巨大市场将被激活。


一、钠离子电池的简单介绍

 

 

虽然二者都是以正、负极间离子嵌入-脱出反应的“摇椅式”机理作为充放电反应机理,可是因为钠的离子半径(0.102 nm)比锂离子和质子大许多,使得其嵌入反应困难。而且,负极材料在接受大体积的钠离子的嵌入反应过程中,其晶格容易发生形变甚至坍塌,影响到电池的循环性能。直到近年,在容量利用率和循环寿命方面基本满足要求的有机系钠离子电池用负极材料才被开发出来。


 

 

 

二、全球钠离子电池产业现状


1、中国钠离子电池产业现状


钠电池是一个新兴的产业,它可能还需要更多的研发才能绽放出时间的玫瑰。在目前的中国,钠电池的产业化的步伐正在加速。2019年1月,位于鞍山的辽宁星空钠电电池有限公司自主研发的钠离子电池近日进入量产阶段,世界上首条钠离子电池生产线投入运行,预计规模化生产后年产值超过100亿元。


除了企业界的努力,在学术界也还有很多研究团队在致力于钠电池的研发。比如南京理工大学夏晖教授在钠电池的锰基正极材料研究方面上取得了进展,相关成果发表在《自然·通讯》上。夏晖教授的研究团队找到的这种正极材料制成的钠电池电极比容量达到211.9毫安时每克,而目前市面上的锂电池正极材料比容量大约为140毫安时每克。


2019年中国科学技术大学钱逸泰院士团队通过理论计算和实验证明得到2.6 V 水系钠离子电池,在铝阴极和钛阳极集电极上沉积的氧化膜具有较强的钝化效果当Al上的Al2O3膜厚度约为3 nm, Ti上的TiO2膜厚度约为5 nm时,水溶液电解质的电化学稳定窗口可扩展至3.5 V。


 

这一项研究成果为拓宽水系钠离子电池电解液电化学稳定窗口提供了一个新的方向,通过ALD或者热氧化法可控的调控集流体表面氧化物钝化膜厚度,在保证集流体电子导电率的前提下最大限度发挥钝化膜的水分解钝化作用,从而拓宽水系电解液电化学稳定窗口,提高水系电池工作电压、库伦效率以及能量密度。该方法简单可控、成本低廉,能够极大的推动水系电池的产业化进程。


不过,学院派对钠离子电池的研究主要是对各种水系电解质、有机系电解质和固态电解质以及相应的不同的正负极材料做排列组合,这些排列组合总可以做出比较高的比容量,但对产业界来说,核心问题还不是比容量的问题,核心问题是电池的循环寿命——也就是说这个电池能用多长的时间,能充电放电多少次,这个才是产业界最关心的。


所以,从产业情况来看,目前钠电池的产业化还停留在初级阶段,很多研究成果只是在高校与研究所流传,离真正落地还需要一定的时间——甚至有研究人员表示,在地球上的锂储量用完之前,钠离子电池根本没有机会。钠电池也可能像人工智能技术一样,一开始可能并不被人看好,只能在学院派里流传,但也许有一天会发生突变,迅速落地在产业界。这是很有可能的,所以钠电池实际上值得有前瞻思维的企业家与投资者高度关注。


钠离子电池是未来储能电池的重要发展方向之一。随着钠离子研发技术的不断进步,钠离子电池的商业化进程会不断加快,也许提前布局这一领域有望在新能源电池领域抢得先机。当然现在说钠离子电池取代锂电池似乎为时尚早。


2、美国钠离子电池产业现状


美国Aquion Energy 公司是全球第一家批量生产水系锂钠混合离子电池的公司。其主要原材料为锰的氧化物、硫酸钠以及一种复合氧化物磷酸钛钠。


2020年6月3日华盛顿州立大学WSU博士宋俊华(音译)和同事们创造了一种钠离子电池,它储存的能量和一些商业化的锂离子电池化学成分一样多,工作效果毫不逊色。这使得用丰富而廉价的钠材料制成的电池技术具有强大的生命力。该团队报告说,这是迄今为止最好的钠离子电池成果之一。它能够提供类似于一些锂离子电池的容量,并能成功充电,在1000次循环后仍保持80%以上的电量。


风险提示:目前钠电池的产业化还停留在初级阶段,要想使其完全替代锂电池路途还比较遥远,对上市公司的营收影响不大,目前市场只是出于炒作概念阶段


【相关个股】


300409道氏技术


公司有钠离子电池及其制备方法的专利。


300207欣旺达


公司有钠离子电池及其制备方法的专利。联合开发的高环保、高循环性钠离子电池已经通过实验阶段,公司持续关注钠离子电池技术等相关行业技术的发展趋势。


000066中国长城


旗下公司研发的48V10Ah钠离子电池组成功实现在电动自行车上的示范应用,是国内首个钠离子电池实现示范应用的成功案例。

600468百利电气


公司专注于能源储存、备用能源、移动交通持续动力等应用领域的基于钠镍技术的电池产品及相关能源储存和备用能源产品、设备和解决方案。