北京希倍动力杨道均:钠离子电池正迎来重要发展机遇
3月28日-30日,以“夯实电动化推进智能化实现高质量发展”为主题的中国电动汽车百人会论坛(2025)在京隆重召开!本届论坛汇聚20+政府有关部门领导、30+院士专家、100+汽车及相关领域的企业代表,共议汽车产业变革新路径。在30日召开的动力电池论坛上,北京希倍动力科技有限公司创始人兼总经理杨道均发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:
北京希倍动力科技有限公司创始人兼总经理 杨道均
尊敬的孙院士、陈院士、杨院士、肖主任,尊敬的各位领导、各位专家:
大家上午好!
我是来自希倍动力的杨道均,今天我的分享主题跟前面几位专家不太一样,前面大家都是讲锂电池、固态,我今天是讲钠电池,这可能是钠离子电池第一次登上百人会论坛,我可能也是首位在百人会论坛上分享钠电池这个技术方向的嘉宾,倍感荣幸。我的分享主题是“钠离子电池的探索与实践”。
从这几个方面阐述:
一、钠离子电池发展现状
得益于国家政策的支持和锂电产业链的优势,钠电池作为新能源的重要组成部分,前景非常广阔,我们能看到2017年10月份,发改委、科技部、工信部就出台了支持钠电池新型储能应用的文件。在2021年3月份国务院发布的“十四五”规划也明确提出钠电池要加快产业化进程。在2021年7月份,能源局也是鼓励各地因地制宜发展钠离子电池技术。在2022年1月,《“十四五”新型储能发展方案》里面提出到2025年希望钠离子电池取得突破。随着国家政策的支持,在2022年碳酸锂价格达到60万元/吨的高点,钠离子电池逐渐受到大家的关注。
回顾钠电池的发展历程,其实在2000年以前,钠电池更多在实验室阶段,1980年代就开始研究钠电池,大概在2011年到2017年是产品示范阶段,2011年全球首家钠电池公司成立。中国首家钠电池公司成立是2017年,中科海钠。在2021年产业雏形初步建立,宁德时代发布了首款基于普鲁士的钠离子电池。2023年钠离子电池开启了新篇章,当年有好几款乘用车,包括江淮汽车、奇瑞汽车发布了钠电池的纯电动汽车。2024年钠电池有些突破,一个是中科海钠在南宁部署了300MWh的钠电池储能系统,我们希倍动力开发了230Wh/Kg的高比能钠电池。
环顾国内,目前钠电池在这些领域都有示范应用,首先在启停和低速车市场,像台铃、雅迪、新日、爱玛等两轮车都推出了钠电池解决方案。在储能市场上,比亚迪、中科海钠都有一些储能示范应用项目。在乘用车领域,宁德时代在2024年发布了“骁遥”超级增混电池,目前在理想、阿维塔、深蓝等一系列车型进行使用搭载。
在混合动力汽车、商用车、工程机械领域,目前大家更多关注像超钠、青钠科技在做启停,我们希倍动力在做大动力,目前在31T混动自卸车上进行搭载。
国外的钠离子电池研究也是迅速发展,已经在储能、交通领域和其他领域初步商业化,但整体进展是慢于国内的。
二、钠离子电池的挑战与机遇
钠电池发展到现在确实遇到了一些挑战,也有一些机遇。我们都知道元素周期表里面第一主族是锂、钠、钾、铷、铯、钫,核外都是一个电子,因此电子很容易失去,形成一个阳离子。因此钠离子电池跟锂离子电池的电化学原理、研究方法高度相似,包括产线高度互用。所以相比锂电池来讲,钠离子电池在功率、安全、低温有明显的优势,目前短板主要集中在比能量,成本我们是基于资源去看,在地壳储量中钠排第二,仅次于铁,是锂储量的430倍,所以说从长远周期看,成本也是优势点。
钠电池为什么功率性和低温性这么好?我们以一个聚阴离子型的钠电池来看,正极端的聚阴离子型的材料热稳定性非常好、化学稳定性非常好,可以提供多维的离子传输通道,可以满足非常好的动力学,可以满足非常好的高功率和宽温区的特点。钠电池的负极主流是硬碳,它的层间距大于石墨的层间距,因此混合储钠机制让离子更容易在硬碳中嵌入和脱出,所以提供了非常好的功率性。在电解液端,钠离子的直径是大于锂离子的,但是钠离子与电解液之间形成的溶剂化离子半径较小,更容易传输。因此从正极、负极,包括电解液提供了钠电池非常好的功率性和低温性。
而且钠电池有非常优异的安全性能,这是展示聚阴离子型的钠离子电池,它的过充视频,包括针刺视频,按照国标里面强制加热触发的热失控,整体来看,它的热安全效果非常好。
说完钠电池的优势,接下来说一下挑战。目前钠电池面临的挑战:
1.比能量。这是钠电池常见的三个化学体系,分别是层状氧化物、聚阴离子、普鲁士蓝,它们的负极都是硬碳,比能量集中在180Wh/Kg以下,聚阴离子大概在80-120Wh/Kg,层状氧化物在120-180Wh/Kg,普鲁士大概在150Wh/Kg左右,而目前磷酸铁锂电池基本都能做到180Wh/Kg,三元电池基本做到200Wh/Kg,甚至做了固态之后能做到500、600Wh/Kg,甚至更高,所以比能量低是钠电池目前在很多领域推广应用中很大的制约。
2.成本。这是避不开的话题,很多终端用户选择一款技术路线、一款产品的时候第一位考虑的是成本,钠电池因为原理相似,研究方法相似,可以用锂电产线快速产业化,但是当前阶段钠电池的成本是高于锂电池的,我们以钠离子电池、磷酸铁锂电池(碳酸锂价格为7.5万元/吨),300Ah级别的方壳电池来对比,可以看到钠电池在正极材料、负极材料、电解液、铝箔,包括结构件上都是高于锂电池的,主要原因还是因为钠电池的比能量太低,我们算的单价是元/Wh,比能量比较低,分母比较小,所以一除比较高。同时基于这个数据我们做了一个对比,右图展示的是各技术路线钠电池和锂电池电芯BOM成本的平衡表,如果纯钒基的钠电池成本优势跟锂电池相比的话,大概结合点在25万元/吨的碳酸锂,层状氧化物的平衡点大约在16万元/吨的碳酸锂。所以目前碳酸锂价格在7-8万元/吨左右,钠电池所有体系成本都是高于锂电池的。
三、希倍动力在钠离子电池领域的探索和实践
基于钠电池本身的优点和短板,像比能量、成本的短板,希倍动力在这块做了一些探索和实践。当前阶段钠电池成本没法直接跟锂电池竞争,要促进钠电的推广应用,发挥钠电池的长处,就是功率性和低温性,规避比能量短板,做一个错位互补的竞争,所以我们的战略是扬长避短,发展大功率的钠电池,规避比能量短板。
大功率钠电池有些核心的技术,比如4D离子通道、超薄复合电极、纳米复合正极材料。基于这些钠电的核心技术,我们目前开发出希倍动力的第二代钠离子电池,可以实现250C的充电和放电,第一代钠离子电池是25C充电、100C放电,第二代可以做250C。250C的情况下放电还能放出70%,充电还能充到60%。而且这个高功率的钠离子电池低温性能非常优异,在零下20度的情况下可以支持15C的放电,零下40度还可以支持7C。这是目前在电池领域,不管是锂电还是钠电,应该是最高的功率指标。当然电芯做到250C充放的时候,目前还没有合适的应用场景,实际需求的功率比这个小,所以基于这么一个超高功率的平台技术衍生出来一系列高功率电池产品。
实践1:这是在31T混动重卡上做的路试,这个路试是主机厂拿了同一款车、同一路况、同一工况下,装的是25Ah的8.3度电钠电池,同步装了一个17.2度电的磷酸铁锂电池,跑同一工况,达到一样的结构效果情况下,我们只用了锂电池一半的电量。前面提到目前钠电池成本高于锂电,但是如果按这种场景来看,对主机来说,花一样的价钱,我的钠电池售价是不是可以是磷酸铁锂的2倍?做一个错位的竞争,而且同时实际使用的时候,我们的功率远远还有富余,还可以进一步提升节油率。
实践2:在一个公交车上,这是目前每天都在重庆市公交车上运营、在跑的公交车,装的是28.2度电的钠电池,它给主机提供的也是混合动力解决方案,目前各种联合工况都经过了测试验证,节气率大于25%。
实践3:启停电源,在商用车、工程机械、重卡领域搭载钠电池,做启驻一体的电源,能看到在零下20度的情况下还能支持100A的大电流放电,可以替换铅酸的场景,这个领域目前也有锂电在做,希望这个场景能用。
希倍动力在高功率钠电池这一块,不光是前面展示的像重卡、启停使用,目前我们在宽体矿卡、挖掘机、甲醇增程轻卡、装载机上都有搭载应用,都是给主机降低更多的油耗,提供更好的经济性。
前面提到钠电池还有一个短板,比能量比较低,这块希倍动力也做了很多的探索和研究,我们开发的是一个高比能的无负极的钠电池,这个钠电池负极只有集流体,没有活性材料,相比现有的钠电池来说,它可以提升70%的质量能量密度和体积能量密度,而且它跟目前的整个生产线可以高度兼容。我们预测这个电池做完之后成本应该是在0.25元/Wh以内。它有很多核心的技术,比如高熵层状氧化物、无负极亲钠层优化、3D厚电极取向控制。在2024年11月份,希倍动力发布了一个230Wh/Kg的钠电池,这应该是目前钠电池领域已发布的被认证的最高比能量钠电池,同时也是全球最大容量的无负极钠电池,可以看到它的比能量已经达到了三元电池的水平,同时在零下20度的情况下还有200Wh/Kg的比能量,低温效果非常好。随着钠离子电池的比能量做到200Wh/Kg以上的等级,它未来的应用场景就非常多了,预计在2026年推出这个产品的量产,有望在纯电动汽车、航空航天、低空以及智能设备上使用,低成本,能达到锂电一样的比能量。
虽然说钠电池目前有很多的问题,推广也受到一些限制,但是我们对未来充满信心。首先是技术提升方面,我们在功率和能量这块做兼顾,优化材料和工艺,提升功率、提升能量,同时在安全性这块进一步提升,我们也在做固态化的电池。成本控制方面,通过原材料的成本控制和工艺改进,能降低成本,随着行业大规模的钠电池材料的规模化生产,我们整个成本能降下来,未来市场我们希望是一个从政策驱动到市场驱动的发展方向,在电动汽车领域、储能领域都能使用钠离子电池。
以上,谢谢!
评论