中南大學唐有根：鈉離子電池材料與全電池研究開發

核心觀點

我國鋰資源比較缺乏，全球70%的鋰資源在南美洲。目前，我國80%以上的鋰需要進口，這將給動力電池產業鏈生產造成很大的風險。鋰資源的緊缺，令其售價也水漲船高；此外，鋰電池的自燃、自爆事件時有發生，關于鋰離子電池的安全與可靠性問題，也一直都是新能源行業最為重視的課題。

在這樣的前提下，市場需要一種不受資源限制，同時安全又有保障的新型電池體系。雖然鈉離子電池能量密度略低，但在資源、成本、安全性、功率性能、低溫性能等方面具有較大優勢，且生產工藝兼容，可與鋰離子電池形成互補，應用前景廣闊。

鈉離子電池與鋰離子電池一樣由正負極材料、電解液、負極集流體、隔膜組成，所以，鈉離子電池制備上也會面臨挑戰，如：離子半徑大、摩爾質量大、能量密度低、負極首次庫侖效率不佳等。針對這些問題，唐有根教授介紹了三個解決途徑：

正負極材料結構及界面調控，提升電池的能量密度與倍率性能

開發補鈉添加劑，提升鈉離子全電池的可逆容量和能量密度

開發新型電解液及添加劑，提高負極材料的首次庫倫效率

從性能、產業鏈、產品、標準制定等角度來看，鈉離子電池目前尚處于商業化早期，距離規模化應用尚需時日。但鈉電池和鋰電池制造工藝接近，設備可以沿用，通過頭部企業的推動，鈉離子電池預計未來 3-5 年可實現規模化成熟應用。

熱點問題及解答

Q1：鈉離子電池的研發是為了減少電池對鈷的依賴嗎？

唐有根教授：近年來，稀有金屬和鋰資源的價格不斷創下歷史新高，鈉離子電池就是針對這些資源瓶頸推出的，生產過程中也不需要鈷或類似的稀有物質，因此具有很大的成本和資源優勢。

Q2：鈉離子電池產業已經有一些企業進行了布局，根據目前對行業的觀察，鈉離子電池產業什么時候會大規模商業化落地，鈉離子產業的行業拐點預計會是什么時候？

唐有根教授：從現在大量的資本和研究力量的投入來看，估計可能 3~5 年會有大規模商業化的應用，關鍵還在于需要一個完整的產業鏈配套。

Q3：請問您和團隊制備的硬碳材料實現商業化還面臨哪些問題？

唐有根教授：現在硬碳材料最大的問題還是成本。目前，在市場上購買少量的硬碳，價格在20 萬/噸，批量購買也要 10 萬/噸，成本比較高。我們的團隊采用生物質來制備硬碳，也是從成本上去考慮的。我們也正在進行產業化的放大，從實驗室的結果來看是非常好的，如果放大以后能達到在實驗室的水平，那么我們制備的硬碳具有很大的優勢。

Q4：鈉離子電池的三種技術路徑，您最看好哪一種？這會是未來大家選擇的趨勢路徑嗎？寧德時代選擇了普魯士藍，是否意味著其他兩種路徑商業化的落地并不理想？

唐有根教授：三種材料都有各自的優缺點。普魯士藍存在結晶水難以除去的問題，容量方面也不具有優勢。聚陰離子容量比較高，但制造成本偏高，所以各有優缺點。就像鋰電一樣，三元材料能量密度高，成本也高的。鐵鋰磷酸鐵鋰安全性能好，能量明顯偏低一點，所以鈉電池的正極材料同樣未來應該會并存發展。

Q5：鈉離子電池的安全性會比鋰電池更高嗎？鈉離子電池如果長期小電流浮充容量衰減會比鋰電池小嗎？鈉離子電池的充電截止電壓和放電截止電壓是多少？

唐有根教授：有相關企業和研究團隊做過安全對比實驗，得到的結論鈉離子電池的安全性要好于鋰離子電池，在短路情況下鈉離子電池的瞬間發熱量少、溫升較低。充放電截止電壓在不同材料體系里電壓是有差別的，比如三元鋰電池 3.7 伏，磷酸鐵鋰電池只有 3.2 伏。

Q6：目前有什么補鈉技術和添加劑技術嗎？

唐有根教授：這個可以根據具體情況討論，我們團隊還是有些有特色、有優勢的正極補鈉技術，也獲得了專利授權。

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