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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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院物理研究所研究員胡勇勝團隊所研發(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。功夫不負有心人，2018年，他的研發(fā)終于有了成果，當時記者就曾對其進行獨家專訪。
3年過去了，鈉離子電池應(yīng)用情況如何？胡勇勝告訴記者，他們已獲得風險投資，并創(chuàng)立中科海鈉科技責任有限公司（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。現(xiàn)在，公司在山西已建立一條年產(chǎn)2000噸正負極材料生產(chǎn)線，準備大規(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)濟性、生產(chǎn)工藝等指標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，導致它們的容量不同，需要通過BMS進行調(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到145Wh/kg，比磷酸鐵鋰的180Wh/kg低一些，但遠高于鉛酸電池的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，負極材料的難關(guān)也要攻克。鋰電池普遍采用石墨作為負極材料，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。《中汽研純電動乘用車技術(shù)條件標準修訂討論會會議紀要》日前流傳于網(wǎng)絡(luò)。這份紀要強調(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高于鉛酸電池，成本比鋰電池低40％，有較強的市場競爭力。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)周期等指標完勝鋰電池。”
據(jù)悉，胡勇勝對研發(fā)的鈉離子電池正負極材料、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。”胡勇勝最后強調(diào)。
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