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山东零壹肆先进材料有限公司宋杰:普鲁士蓝技术路线在钠电领域拥有独特优势

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,山东零壹肆先进材料有限公司董事长兼总经理宋杰发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:


山东零壹肆先进材料有限公司董事长兼总经理 宋杰

各位领导、各位专家大家中午好,我是来自山东零壹肆的宋杰。今天主要想给各位汇报一下,一是钠离子电池在产业化、供应链、应用方面的客观情况,二是零壹肆在普鲁士蓝钠离子电池上应用和产业化取得的进展,给各位做一个简要汇报。

刚才杨总对钠离子电池的背景做了很多介绍,我们认为钠离子电池的发展一是从资源考虑,怎样尽量避免锂离子电池中锂、镍、钴、铜等资源的取用,这些资源在地球上分布不均,另外,钠离子电池目标是替换铅酸电池,响应环保要求。还有技术积累、材料开发、政策支持,我们认为钠离子电池的定位主要是跟铅酸电池和磷酸铁锂电池对比,从能量密度和成本两个维度来看,钠离子电池的能量密度和寿命是铅酸电池的2-3倍,但它的能量密度低于磷酸铁锂电池,但价格有望做到和铅酸电池接近。和这两个维度比,钠离子电池在性能上跟锂离子电池相比有很独特的优势包括大倍率的充放电性能,不需要做到很薄的情况下,正负极材料的离子扩散和电解液的离子扩散相比锂电快一些。还有就是过放的0V能力,在低温下相对锂离子电池也有很大的优势。

钠电的三条技术路线主要是基于正极材料的差异,有层状氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝三条技术路线,右边是全电化学放电的曲线,层状氧化物有点类似于三元的电极材料,优势是能量密度比较高,但层状氧化物有个瓶颈是它使用30%多的镍,高温烧结材料成本高是它的瓶颈。

聚阴离子主要是基于焦磷酸铁钠的技术路线,可以长寿命使用,但主要瓶颈是能量密度相对低,克容量只有100mAh/g左右,基本是磷酸铁锂体积能量密度的一半,在系统整体成本上还面临着一些挑战。

普鲁士蓝的综合性在三条技术路线从成本和性能上是较佳组合,普鲁士蓝里没有贵重元素,主要的元素就是钠、铁、锰、碳和氮,合成只需要低温烧结,不需要高温烧结,不足之处是压实密度相对低一些,只有1.8g/cm3左右,所以体积能量密度相对会低一些。

现在整个钠离子电池已经形成了完整产业链,从钠盐、正极材料、负极材料、隔膜、电解液、集流体、电芯制造,应用领域也做了很多尝试,特别是小型动力、高功率和储能上的尝试。

三条技术路线的正极材料,这里主要讲层状氧化物的流程,和三元类似,量产产线相对兼容,三元正极材料层状氧化物的售价也在5-6万元每吨,成本还是比较高,2024年的出货量在2GWh左右,对应6000-8000吨的出货量。

聚阴离子有两个路线在做,一个是焦磷酸铁钠和磷酸铁锂类似,这个材料的克容量在100mAh/g左右,优势在于可以做到很高的能量利用效率,长寿命,我们实验室也测了,按预测常温循环可以做到10000次以上的长寿命,但体积能量密度基本是磷酸铁锂的一半。另一种技术路线是硫酸铁钠,原材料很便宜,可以用硫酸铁和硫酸钠低温烧结来做,这个材料的定位在3.7伏,克容量相对比较低,90mAh/g,这条技术路线在四轮低速电动车市场上有一定应用。

我们做普鲁士蓝这个技术材料,它是很经典的化合物,刚好借这个机会我们想给普鲁士蓝多做一点说明。从产业链来说,它最源头来自于甲烷、氨或者轻油,合成氰化钠,再到黄血盐钠。我们做正极材料起源于黄血盐纳,它是一个食品添加剂,生产过程中不接触任何有毒物氰化物的流程,经过沉淀反应以后干燥、收集得到普鲁士蓝的正极材料,而且它的克容量可以做到160mAh/g,放电电压平台是3.5伏,几乎和磷酸铁锂接近。当然,这条路线最大的技术难点,还是在于材料结构晶体的完整控制和结晶水的去除,现在我们零壹肆解决了材料上的问题,针对电芯的一些工艺也做了很多突破,后面已经形成了量产出货。

负极材料也是钠离子电池的优势,负极材料可以使用大量生物质的原材料,竹子和秸秆,总体碳排放是有优势的。面临的挑战是生物质原材料本身的一致性和稳定性控制还是相对有难度,现在国内硬碳负极有30多家企业在做,主要使用椰壳,面临一个问题是大部分来自于东南亚进口,钠离子电池刚开始起量成本就已经上升了。我们认为竹子特别适合做硬碳原材料,中国竹子丰富,生长周期短,性能也可以做到跟椰壳接近。

这里讲到钠离子电池的电解液,它和锂离子电池的基本类似,可以借鉴锂电池的整个工艺链,主要是盐的差异,现在因为规模小,成本相对于锂电还是偏高,但钠电在电解液里有一个优势可以做到低浓度,锂电电解液浓度在1.2到2.5,但钠电在0.8左右就可以达到最高的离子电导率,钠电子电池有一些基于电解液上的优势。

2024年钠电的出货量在3GWh左右,大部分用于政策导向型的储能示范,其实成本还是相对偏高。真正市场导向型的,在启停停电源里我们做了很多突破,去年装车将近4万多辆,刚好利用钠离子电池高功率和低温的优势,混动重卡也可以发挥钠电的优势。

现在钠电面临一个挑战,从技术上来说还是原材料成本的降低,包括原材料一致性控制、品质的控制,还有钠电池标准,现在很多都是借用锂电的标准,没有形成自己的一套标准。

在机遇方面,我们认为钠电池在现有的应用领域,要发挥其大倍率和低温的优势,替代铅酸,和锂离子电池形成互补,接下来在储能、两轮车、启停电源和混动上还有很大的应用空间。

接下来的时间简单给各位专家领导介绍一下我们山东零壹肆的情况,我们是位于山东泰安,主要是做钠离子电池普鲁士蓝这条技术路线,而且在行业里属于很领先的量产规模,2022年我们开始产业化建设,2023年底46全极耳大圆柱已经下线交付,2024年已经批量交付,在市场上应用,这里也得到了很多资本的支持,包括小米、国电等。

这是团队的情况,普鲁士蓝材料刚好是基于我在古迪纳夫做博士后期间最早提出的材料,这么多年我一直坚持怎样把这条学术技术路线做到产业化,一直在做这个工作。

从化学体系上,正极材料是我们自研自产的,在电解液、负极材料研发上也做了很多工作,在电芯这块量产的也是我们的大圆柱全极耳钠离子电池,46系列13Ah圆柱电芯已经

量产,主要特征是大倍率,15C放电,特别是低温下的性能可以做到-60度放电的能力。应用端去年我们还处于探索阶段,现在比较合适的还是基于大倍率和低温的应用市场,我们推出了12伏、24伏的启动,用功率换容量,比如用40安时的容量可以替代铅酸里120安时的启动能力,现在在商用车、乘用车主机厂对接相关应用,同时在混合动力这块,我们跟玉柴经过一年多验证,今年会在农用拖拉机混动、商用车混动上车,发挥它的大功率优势。

这是我们现有园区的情况,规模比较小,还处于产品的验证阶段,0.3GWh的电芯产能,1000吨的普鲁士蓝正极材料量产。

这也是我们现有的量产情况,拿到了16949的认证,还是积极把产品用于车端的一些应用。

这是我们主要量产的一款产品,13安时两头初极耳高功率的应用,截止去年我们已经生产交付了将近100万只的量级。这里展示的是基于它特殊的材料体系的优势,电解液的优势,它可以做到15C的放电,在低温下,-20度都可以做到15C放电,超低温情况下,我们和几个项目合作,可以做到-60度小倍率的放电能力,这也是利用它特殊的性能做很多应用的探索。

在宽温域这块,我们在启动起停基本可以做到25度的启动起停,实验室测试在10万次以上,特别80度的启动起停可以做到20000次以上,乘用车的机舱环境其实是很恶劣的,基本在-40到80度这样一个宽温域的使用空间,启动起停这上面我们的寿命至少可以做到五年。

大家关注安全,普鲁士蓝除了原材料安全,我们不适用任何氰化物,在电芯端的安全我们也做了大量测试,特别值得关注的是热失控之后气体的组份,我们跟磷酸铁锂做了相应的对比,它的二氧化碳和一氧化碳含量明显高于磷酸铁锂,氢气的含量低于磷酸铁锂,同时我们没有检测到任何含氰气体,从原材料到电芯端的使用,安全经得起检验,对于普鲁士蓝这条路线,我们之前在外面交流比较少,整个行业都认为普鲁士蓝有安全隐患,但我想通过我们这几年的产业化应用、在后端的应用,在安全方面我们可以做到从原材料到电芯端没有任何问题。

以上是我们关于钠离子电池的主要汇报,谢谢各位。

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