中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著碳達(dá)峰碳中和戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施，新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展步入快車道。正極材料作為電池成本占比最高的一部分，其市場(chǎng)需求迎來了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。2023年8月15日到16日，2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)在山城重慶隆重召開，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對(duì)話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期，我們邀請(qǐng)到的是中南大學(xué)的唐有根教授。
唐有根，博士，中南大學(xué)二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師，湖南省電池行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，中南大學(xué)化學(xué)電源與材料研究所所長(zhǎng)，化學(xué)電源湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，金屬燃料電池工程技術(shù)中心（籌）主任，中國(guó)儲(chǔ)能與動(dòng)力電源及其材料專業(yè)委員會(huì)常務(wù)副主任兼秘書長(zhǎng)，中國(guó)儀表材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)理事，中國(guó)電化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員。近年來主要從事先進(jìn)電池、新能源材料和應(yīng)用電化學(xué)等方面的教學(xué)、科研和開發(fā)工作。相繼開發(fā)出系列稀土貯氫合金和動(dòng)力鎳氫電池系統(tǒng)、高鎳三元鋰離子電池正極材料、硅碳負(fù)極材料、水系鋰離子電池、電動(dòng)大巴用鋁空氣電池系統(tǒng)、無(wú)汞鋅粉等多項(xiàng)新產(chǎn)品。致力于解決行業(yè)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)難題，開展產(chǎn)學(xué)研合作，在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域具有良好的科研、教學(xué)和成果轉(zhuǎn)化及創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和工作基礎(chǔ)。
大行其道的鈉電過渡金屬層狀氧化物正極材料還有那些缺陷？
目前，鈉離子電池正極材料以三種類型為主：過渡金屬層狀氧化物、普魯士藍(lán)類化合物和聚陰離子化合物。過渡金屬層狀氧化物具有可觀的放電比容量以及優(yōu)異的循環(huán)性能，加上生產(chǎn)工藝與鋰電三元正極材料具備較高的兼容性，因此許多鋰電正極企業(yè)就選擇了這條路線，從而使得過渡金屬層狀氧化物無(wú)論是研究層面，還是產(chǎn)業(yè)化方面都是發(fā)展比較快的一種。那么到現(xiàn)在為止能夠桎梏這類材料產(chǎn)業(yè)化的因素還有哪些呢？
對(duì)此，唐教授表示層狀氧化物相對(duì)來說已經(jīng)比較成熟，一些產(chǎn)能也已經(jīng)釋放，市場(chǎng)上也有了一些應(yīng)用。在發(fā)展的過程中，層狀氧化物目前存在的問題主要分為兩個(gè)方面。
一個(gè)就是材料性能。由于層狀氧化物表面產(chǎn)堿，產(chǎn)堿的存使得電池產(chǎn)氣，導(dǎo)致鈉電池的使用壽命和鋰電池相比有一定的差距，所以還需要進(jìn)一步的工作。
還有一個(gè)問題就是成本。因?yàn)殁c電池和鋰電池相比較，它最大的優(yōu)勢(shì)就是成本優(yōu)勢(shì)，但是層狀氧化物目前的成本優(yōu)勢(shì)還沒有體現(xiàn)出來。因?yàn)閷訝钛趸镏饕擎囧i鐵，鎳的比例還比較高，所以成本相對(duì)比較高。下一步如果說要開展工作的話，如何使層狀氧化物的成本降低，減少鎳的使用量，開發(fā)低鎳甚至無(wú)鎳的一些材料，真正發(fā)揮鈉電池的成本優(yōu)勢(shì)。
不同種類的鈉電正極材料，其匹配的電解液是否存在區(qū)別？
目前，鈉離子電池正極材料主要的三條技術(shù)路線相互競(jìng)爭(zhēng)，尚未有定論。對(duì)于這些不同的鈉電正極材料，其匹配的電解液是否存在區(qū)別呢？在唐教授看來，電解液方面的差異相對(duì)來說不是太大。現(xiàn)在鈉電池電解液和鋰電池基本上是相似的，主要是六氟磷酸鈉加溶劑匹配應(yīng)用。但不同的鈉電正極材料，其電解液的差別主要體現(xiàn)在添加劑。針對(duì)不同材料體系，它的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)等不同，電解液里的添加劑會(huì)有一些差別。關(guān)于這方面現(xiàn)在也有很多研究，特別是很多電解液企業(yè)，也在進(jìn)行一些工作，而且效果還不錯(cuò)。
綜合來說，鈉電池主要通用的電解液還是以酯基的為主，其他的主要是添加劑的不同。此外，還有一些醚氯的電解液也在進(jìn)行探索。
鈉電池以后最大的應(yīng)用方向是什么？
鈉電池相對(duì)鋰電池來說，最大的優(yōu)勢(shì)還是成本，但同時(shí)，鈉電池的能量密度以及循環(huán)性能，也就是使用壽命，相對(duì)鋰電池暫時(shí)還是存在差距�；谀壳斑@種情況，唐教授認(rèn)為，在一些小動(dòng)力市場(chǎng)，比如說短程動(dòng)力，像兩輪車、三輪車以及A0級(jí)乘用車等，鈉電池將會(huì)率先得到一些應(yīng)用。
放眼未來，唐教授認(rèn)為鈉電池未來在儲(chǔ)能上面會(huì)有很大的潛力，但是目前或者說短期內(nèi)，鈉電池的壽命問題還沒有充分完善，它的壽命優(yōu)勢(shì)并不明顯。所以在鈉電池壽命得到完善之前，鈉電池還是主要應(yīng)用于短程動(dòng)力、小動(dòng)力以及家儲(chǔ)這些領(lǐng)域，以及未來可能替代鉛酸的市場(chǎng)。
此外，隨著鈉電池正極材料以及電芯技術(shù)的成熟，壽命的提升，加上成本優(yōu)勢(shì)，唐教授相信鈉電池未來在儲(chǔ)能（大儲(chǔ)）應(yīng)用上會(huì)有比較大的優(yōu)勢(shì)。不過這些還要有一定的過程，估計(jì)在兩三年以后，鈉電池才有向大儲(chǔ)這個(gè)方向發(fā)展。
鈉電正負(fù)極材料，規(guī)劃產(chǎn)能不匹配？
小編之前有注意到，目前鈉電正負(fù)極材料，規(guī)劃產(chǎn)能極不匹配，大家都熱衷于搞正極材料，負(fù)極材料以硬碳為主，且產(chǎn)能較少。而新型負(fù)極材料又面臨著待開發(fā)、驗(yàn)證周期長(zhǎng)等挑戰(zhàn)，因此負(fù)極材料反而是限制鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)重要的瓶頸。
對(duì)于這個(gè)現(xiàn)象，唐教授也是表達(dá)了自己的看法。在唐教授看來，一方面，正極材料在電池中的成本占比比較高，對(duì)電池性能特別是能量密度影響比較大。
另外一方面，正極材料像層狀氧化物，與鋰電池三元材料的制備工藝非常相似，可以快速切換，比較容易介入這個(gè)領(lǐng)域。
同時(shí)，唐教授也表示，負(fù)極材料其實(shí)也有不少的開發(fā)應(yīng)用。整的來說，隨著材料的進(jìn)步，正極材料也好、負(fù)極材料也好，鈉電池會(huì)快速的得到應(yīng)用推廣。
唐教授及課題組在鈉電池研究及產(chǎn)業(yè)化方面有哪些最新進(jìn)展？
唐教授及其團(tuán)隊(duì)在鈉電池方面做了不少工作，在鈉電池材料、電芯的研究和產(chǎn)業(yè)化方面花費(fèi)了比較多的人力、物力。在訪談的最后，唐教授也是簡(jiǎn)單分享了一下這方面一些進(jìn)展。
正極材料方面，有兩款層狀氧化物、聚陰離子化合物正極材料已經(jīng)在和相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，目前正在進(jìn)行中試，估計(jì)年底之前會(huì)進(jìn)行量產(chǎn)，可能會(huì)達(dá)到噸級(jí)的產(chǎn)品供應(yīng)。
負(fù)極材料方面，硬碳材料也在和企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的工作，該硬碳材料基于竹基的生物質(zhì)材料，可以做到原材料穩(wěn)定供應(yīng)。產(chǎn)品指標(biāo)在行業(yè)上比較靠前，容量可以做到310mAh/g、320mAh/g，首效可以做到90%到91%的水平。目前項(xiàng)目進(jìn)展情況良好，正在進(jìn)行中試，年底的話會(huì)量產(chǎn)供應(yīng)。
鈉電池電芯方面，在電池電解液、電池補(bǔ)鈉、電池容量與首效效率提升方面做了一些工作。電芯上面也在和一些企業(yè)進(jìn)行合作。
總的來說，唐教授及其團(tuán)隊(duì)在鈉電池正極材料、負(fù)極材料、電解液以及這全電池層面，都在進(jìn)行相關(guān)的研究和開發(fā)工作。他們也非常有信心在鈉電池這個(gè)領(lǐng)域做出一些貢獻(xiàn)，以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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