钠离子电池正极材料——层状氧化物.docx

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1、钠离子电池正极材料一层状氧化物虽然碳酸锂的价格一路下跌，许多人认为钠电相较锂电的成本优势已经不 在，但是基于钠电具有资源丰富、低温性能优良等优势，企业对于钠离子电池 布局的脚步并没有停歇。近日，厦铝新能发布公告称，公司与帕瓦股份签署战略合作协议，双 方就锂离子电池、钠离子电池正极材料方面的深度合作达成一致。预计向帕瓦 股份采购前驱体产品，其中钠离子电池正极前驱体产品三年合计不少于1万吨。上海兆钠新能源科技有限公司（以下简称“兆钠新能源”）宣布完成数千 万元战略轮融资，12月14日，天钠科技发布消息，天钠科技年产10,000吨钠离子电池材料 一期项目在湖北阜合产业园区正式开工建设。在钠离子电池中

2、，正极材料约占总成本32%,处于主导地位。而钠离子电 池的正极材料主要有层状氧化物、聚阴离子体系、普鲁士蓝/白等。之前我们已 经了解过聚阴离子体系（相关阅读：一张图带你了解钠电正极材料一一聚阴离 子体系！），今天让我们一起了解下层状氧化物吧！hci一张图带你了解钠电正极材料Bnawa什么是层状氧化物？层状氧化物类钠离子电池正极材料是金属氧化物类中的一种，它 是一种嵌入或插层型化合物，是由共边的TMO6八面体和Na层交替堆 叠构成，简称：NaXMO2,其中M代表过渡金属元素(Ni、Co. Mr1、 Fex Cu) o层状氧化物的性能层状氧化物具有能量密度高.合成工艺与三元材料相似，有望 率先产业

3、化等优点，但它的循环稳定性有待提高、成本高、对环境 敏感性高。表1不同钠电正极材料体系比较类别层状氧化 物体系普鲁士蓝体系聚阴离子体系材料名称铜铁镒酸钠 银铁盆酸钠亚铁氧化钠改性磷酸钢钠、氟代磷酸 钢钠、焦磷酸钠、硫 酸铁钠晶体结构层状、类似三元 正极材料立方体结构橄榄石结构，类似 LFP工作电压(V)2.8-333.1-3.43.1-3.7放电比容量 (mAhg)100-14070-160100-110循环寿命一般一般较好热稳定性一般好好安全性好低低对应电池重量和 体积能量密度较好低低根据Na+的配位环境和（Mo2）层的堆垛形式，层状氧化物主要 分为03相和P2相：表2不同结构层状氧化物性能

4、比较理03相P2相钠元素含量X0.8x1 （富钠结构）0,67x0.8 （贫钠结构）氧化层堆垛形式ABCABCABBA容量高低K可逆容量高可逆容量低Na+扩散通道狭窄Na+扩散通道宽阔随Na+传输动力学差Na+传输动力学好复杂的多重相变复杂的多重相变空气稳定性差空气稳定性好P2型相较于03倍率性能、循明急定性更好，比容量 相对较低但仍能保持在IOCM40mAhg,产品整体 综合性能较好。03型充放电结构演变P2型充放电结构演变层状氧化物生产工艺钠电层状氧化物正极与锂电三元正极在制备方法上相似，制备方法 主要有固相法和液相法。固相法合成方法简单，但是需要温度较高，产品均一性较差；液 相法生产流程

5、复杂，但是产品均一性更好，振实密度高。题容百科技 V 孑羽RONBAY TECHNOLOGYZEC &衲物NATRIUM振华新ji 、ITI和海衲HiNa BATTERV表3主要企业层状氧化物的产品及性能企业层状氧化物性能英国 FaradionMn-Ni-Ti-Mg四元层状氧化物能量密度140Whkg,循环 寿命超3000次中科海钠CU-Fe-Mn三元层状氧化物能量密度145 Whkg钠创新能源Fe-Ni-Mn三元层状氧化物比容量超13OmAhg,能量 密度130-160能量密度 145Whkg2021 年2022 年中科海钠2017 年中科海钠2017年由中科院物理所的科技成果转化项目而成立

6、。 并研发出48V10Ah的钠电池，并且用于电动自行车领域。2018年，公司又推出了钠电池低速电动车。2019 年中科海钠在江苏省漂阳市建成了 30kWIookVVh的钠电池储 能项目。2020年中科海钠的钠电池，月产能已经达到了30万颗。而目前，中 科海钠的钠电池能量密度已经达到145Whkg,是铅酸电池的 3倍左右。中科海钠在山西太原全球首条GWh钠离子电池生产线正式投 入运行。中科海钠还合作规划了5GWh全球首条钠离子电池 量产线，1 GWh钠离子电池PACK产能以及年产2000吨正极 + 2000吨负极材料项目，强势布局钠电领域。2022年，中科海钠分别于山西太原及安徽阜阳建成钠离子电

7、 池千吨级正负极材料和GWh电芯生产线。表4中科海钠融资进展汇总时间金额进度投资方2018 年/天使轮国科嘉和与中科院物2020年4月数千万Pre-A 轮中科创星和梧桐树资 投2021年3月亿元A轮梧桐树资2022年2月数千万A+华为旗下的深圳哈勃 投资、海松资本等2023年/B轮混改基金领投中科海钠目前已经成功开发出了 NaCPo8/80/138等不同规格型 号的钠离子软包电池，以及钠离子圆柱NaCR26650、NaCR32138 电池，综合性能处于国际领先水平。产品方面，2023年初，中科海 钠发布了 12Ah、80Ah和240Ah三款钠离子电池产品。MiiimM IHlllllliNaC

8、P0880138钠创新能源钠创新能源成立于2018年，是一家致力于动力与储能电池系统 研发、生产与销售服务为一体科技型企业，主要产品包括铁基三元材 料前驱体、铁酸钠基三元正极材料、钠电池用电解液、钠电池等。 2021年 完成千吨级NFM生产工艺包；完成PraA轮亿元融资 2022年 千吨级NFM生产线在马海基地建成投产，完成A轮数 亿元融资；5月，钠创新能源与弗迪电池签订战略合作协议，共 同推动钠电研发与应用。 2023年 钠创新能源钠离子电池正极材料项目落户徐州经开区。J产品及规划/目前，钠创新能源可提供钠离子电池电芯及其BMS设计方案，电 芯能量密度可达130-160Wh/kg,工作温度为

9、-40。匚55,循 环寿命超5000次。,产能及规划方面，2022年10月25日，钠创新能源全球首条万吨 级钠离子电池正极材料生产线正式投运。钠创新能源预计，到 2024年其钠电正极将实现万吨级出货，并计划在未来3年内，将目前，整个钠离子电池还处于产业化发展阶段，很多企业多处于 产能规划建设阶段。其中华阳集团、江苏翔鹰、美达瑞等量产，还 有部分企业处于中试或百吨级出货阶段。表5层状氧化物正极材料产业布局企业项目进展2023规划产能 （吨/年）华阳集团2022年3月华钠铜能已投产能2000吨/年20000江苏翔鹰2022年9月3000吨/年层状氧化物正极材料 已量产15000容百科技已实现层状氧

10、化物钠电正极材料与近百家 下游客户送样验证，2023年上半年累计出 货近百吨36000振华新材公司钠离子电池正极材料已实现百吨级出 货50000钠创新能源2022年1。月25日，全球首条万吨级钠离子 电池正极材料生产线正式投运40000中科海钠2022年11月，中科海钠阜阳全球首条 GWh级钠离子电池生产线产品下线，千吨 级正负极材料量产/多氟多正极材料中试线已建成，小批量产品陆续 下线5000华钠新材中试线干吨铳基正极材料产能已经建成投 产10000立方新能源2022年4月中试吨级产品生产，6月22Ah 电池批量生产已经收到量产订单千吨级中伟股份2023年3月伟股份首期年产8000吨钠电前

11、驱体产线正式投入使用/美达瑞2021年底已建成业内最早量产的钠正极产 线IOOo吨/年，2022年扩产至归000吨/年， 正在建设万吨级产能WOOO传艺科技层状氧化物和聚阳离子两种技术路线，量 产线已开工投建30000来源：储能前沿整理层状氧化物改性方法虽然层状氧化物正极材料拥有克容量高、倍率性好等优点, 但同时也存在一些短板。主要包括材料结构稳定性差、空气稳 定性差、与电解液发生副反应等问题，这将导致其容量衰减严 重、循环性能恶化、加工性能变差，需通过各种技术不断改进 其性能。01多元素协同掺杂技术钠离子电池循环过程中，钠离子不断的脱嵌容易引起材料结构产 生不可逆相变，导致材料结构坍塌。可通

12、过多元素协同掺杂技术，锚 定晶格，减少相变，从而提高材料的结构稳定性。晶体结构调控技术根据钠元素摩尔比含量的差异，钠电正极材料对应不同的晶体结 构，在循环性能、能量密度等方面表现出较大的差异，可通过配方和 工艺调控，合成出多相共存的复合层状氧化物，从而实现循环性能和 能量密度的平衡，满足下游客户需求。钠控制技术针对现有层状氧化物钠离子电池正极材料游离钠含量偏高、空气 稳定性欠佳等缺点，可以过热熔胶凝胶法、力学沉积.机械固相法等多种技术手段对材料进行获得低PH值、低游离钠的材料，从而提高材料的空气稳定 性和循环稳定性。一 04形貌尺寸.颗粒粒径、调控技术通过调控钠离子电池正极材料的合成工艺以及不

13、同掺杂元素的选 用，可以合成不同形貌尺寸、不同颗粒粒径的材料，进一步优化材料 的结构及形貌，从而改善钠离子电池的压实密度、循环性能、倍率性 能及加工性能等。层状氧化物市场规模及预测钠离子电池的主要应用场景为电动两轮车、低速四轮车、储能 等。随着钠离子技术的发展、产业化逐步推进，预计2025年全球 钠电池层状正极材料市场规模将达到88600吨，2030年将达到 402000吨，2025年-2030好复合增长率为35.32%。20222030年全球钠电层状氧化物正极材料市场规模及预测(吨)数据来源：起点研究院(SPlR)关于ACMlACMl是专业从事化工新材料产业研究和技术开发的专业服务机构，主要业务包括咨询规划、市场监测、媒体出版及会展活动等。oAOfflIo扫描下方二维码，关注储能前 沿公众号，获取更多资讯。新媒体矩阵