储能革命将至？钠电三大技术高下已分

近日，中科海钠（阜阳）全球首条GWh级钠离子电池生产线产品下线仪式正式举行，相关人士还透露，计划2023年，将阜阳生产线扩产至3~5GWh，实现100MW级钠电储能系统的推广应用。

该生产线的投产，意味着层状过渡金属氧化物钠电池正式领军钠电产业化！储能革命虽任重而道远，但也漏了一线微光。

产业化进度高下已分

钠离子电池主要由正负极、电解液和隔膜组成，是锂离子电池的最佳平替，根据正极材料不同，主流技术路线有三条层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝化合物和聚阴离子型化合物。

层状过渡金属氧化物优点是制备简单、比容量高、能量密度较高、可与锂电池三元材料共用生产线，缺点是层状材料大多易吸水，或与空气反应，结构稳定性和电化学性能较差。

普鲁士蓝化合物优点是成本较低、能量密度较高，缺点是氰化物具有潜在毒性、导电性较差、循环寿命较短，且材料结晶水不易去除，压实密度不高，产业化难度较大。

聚阴离子型化合物优点是大多具有开放型的三维骨架，材料结构稳定、倍率性能、循环性能较好、循环寿命较长，缺点是成本较高、导电性和能量密度较差。

综合来看，三种技术路线里，层状过渡金属氧化物钠离子电池，电化学性能最为优异，理论比容量可达约240mAh/g，是磷酸铁锂电池的1.4倍左右，且原料丰富、合成简单、产业路径顺畅，是中科海钠、钠创新能源等众多钠电公司重点布局的技术路线。

钠离子电池产业化方面，随着中科海钠阜阳生产线的投产，层状过渡金属氧化物技术路线抢先半个身位，开始与其他两种技术路线拉开差距。

聚焦层状过渡金属氧化物

层状过渡金属氧化物由过渡金属层和碱金属层交叠排布组成，根据配位环境和氧的堆积方式，分为 O3、P3、P2、O2 等，其中O3型（八面体型）和P2型（三棱柱型）是主流结构，两者性能互补。

O3型，如 NaNiO2、NaFeO2、NaCrO2等，优点是钠离子含量高、能量密度高，缺点是循环寿命较短。

P2型，如 Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 等，优点是循环寿命较长、空气稳定性较高，缺点是比容量较低。

两者综合比较，三棱柱型结构稳定性表现优异，相关产品安全性高、倍率性能好，有望兼具高比容与高安全，是未来层状过渡金属氧化物钠电池的潜力路线。

产业化制备方面，层状金属氧化物钠电池主要有两种制备工艺，液相法和固相法。

液相法可沿用大部分锂电池三元正极材料制备工艺，产线设备复用率高，易于快速产业化；相较而言，固相法烧结温度要求更高，优点是生产过程中可以不考虑前驱体制备。

布局企业方面，我国布局钠电池的企业中，宁德时代选用镍基层状氧化物方案；中科海钠选用铜铁锰氧化物方案；钠创新能源选用铁酸钠基氧化物方案；国外企业中，Faradian采用镍基层状氧化物方案。

电解二氧化锰VS高纯硫酸锰

在钠电池工作过程中，钠离子由于体积较大，从层状结构脱嵌而出时，会对材料结构造成约23%的不可逆改变，甚至导致材料断裂，严重影响钠电池的动力性能、循环寿命和电极完整性，需要通过掺杂过渡金属元素解决这一问题。

目前，层状过渡金属氧化物钠电池掺杂的过渡金属元素主要有锰、铁、镁、钛、镍、铜等，根据商业化体系不同，选用过渡金属元素的种类、占比各异，不过，锰在不同体系中都或多或少存在，是钠电池层状体系路线最确定的元素之一。

钠电池的层状过渡金属氧化物主要有两种锰元素原材料，电解二氧化锰和电池级硫酸锰，原材料不同，制备方法也不同。

原材料选用电解二氧化锰时，制备方法为固相法，通过直接烧结原材料来制备层状过渡金属氧化物，使用此种制备方法的代表企业是中科海钠。

原材料选用电池级硫酸锰时，制备方法为液相法，步骤稍微复杂，电池级硫酸锰制备多元前驱体，再烧结才能制备层状过渡金属氧化物，使用此种制备方法的代表企业是钠创新能源。

两种方法对比，在成本、工艺流程方面，固相法更胜一筹，不过材料的一致性、均匀性需要注意。

写在最后

当今世界格局动荡，国际能源供给关系瞬息万变，为保障我国能源供给安全，降低国际能源依赖迫在眉睫。

储能在新型电力系统中发挥着举足轻重的作用，新型储能备受关注。

目前，以磷酸铁锂电池为代表的的锂电池在储能领域渗透率最高，但是，锂资源地壳丰度仅0.006%，大多分布在澳大利亚和南美地区。我国锂资源储量仅占全球6%，且多分布于青藏高原等开采困难的地区，80%的锂资源依赖进口，极易受贸易争端影响。

因此，有备无患，开发新的电化学储能技术事关重大，钠离子电池是锂离子电池的首选平替，在对外依赖性、资源丰度、成本、低温性能、技术成熟度等方面都有很大的优势。

随着宁德时代、中科海钠、钠创新能源、蜂巢能源、传艺科技等企业和相关科研机构持续发力，突破现阶段卡脖子的技术难题，钠离子电池必将给储能带来一场革命。