2022年中國鈉離子電池市場現狀及發展前景分析鈉離子電池正式進入商業化運營階段

      鈉離子電池正極材料主要包括層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍 類似物三大路線。已發現的層狀金屬氧化物正極材料包括 NaFeO2 等 O3 構型材 料， Na2/3MnO2 等 P2 構型材料，以及具有更復雜構型的混合材料；普魯士藍類 似物主要包括普魯士藍、鐵基/錳基普魯士白等；聚陰離子類正極材料分為 Na4MnV(PO4)3 等 NASICON 型材料，以及 Na3(VOPO4)2F 等氟磷酸鹽型材料。 已經商業化的正極材料覆蓋各個類型，其性能、成本各不相同。從性能角度來看， 普魯士藍類似物和層狀氧化物的理論能量密度更高；從成本看，層狀氧化物材料 價格低廉。其余幾類材料中，隧道型氧化物、非晶態化合物理論能量密度較 低，實用性差；有機正極如 Na2C6O6，其能量密度很高，但工作電壓很低，阻礙 了進一步的發展和應用。（報告來源：未來智庫）

       層狀過渡金屬氧化物原材料易得、成本低，層狀氧化物材料譜系廣泛，性能潛力空間大。過渡金屬氧化物是一類為常見的 鋰離子電池正極材料，三元鋰電正極材料即屬此類。過渡金屬氧化物分為隧道型 和層狀型兩種，前者性能潛力遠不如后者，主要系層狀結構利于鈉/鋰離子更好 地嵌入金屬氧化物，從而提升其比容量和能量密度?；谂c三元鋰離子電池正極 材料相同的原理，鈉離子電池可以采用類似結構的材料 NaxMO2，其中 M 一般 為鎳、鈷、錳等過渡金屬元素。根據材料的晶胞構造與鈉離子嵌入形式，該類材 料又可細分為 O3、P2、P3 三個亞型及混合型，其中 O3、P2 構型常見。 由于不同過渡元素的配比可誕生極多種材料構型，可挖掘潛力大，層狀金屬氧化 物一直以來都是科學研究的重點。層狀氧化物路線可變因素較多，潛力空間大。 據胡勇勝團隊研究顯示，P2 構型的 Na0.72[Li0.24Mn0.76]O2 材料具有高可逆氧變價 特性，理論能量密度可達 700Wh/kg，可逆比容量 270mAh/g。

       層狀氧化物材料譜系豐富，原材料易得。英國鈉離子電池生產商 Faradion 是世界開始鈉離子電池商業化的公司之一，始終采用層狀正極氧化物路線，擁有 AxMyMiziO2-d 過渡元素型層狀金屬氧化物，其中 A 為以鈉為主導的堿金屬合 金， M 為鎳、錳、鐵、鈷之一，Mi 可能為鎳、鐵、鈷、錳、鈦等幾十種元素的 組合，其中較為常用的如 NaNi0.5Ti0.5O2-d 等。Faradion 的內容也充分體現 了層狀氧化物材料譜系豐富的特點，其元素組成靈活多變，性能各異，一方面有 望為不同應用場景提供各種解決方案，另一方面通過所用金屬元素的改進可以不 斷降低成本。同時，層狀氧化物制備方法簡單，主要為燒結等熱處理工藝，該工 藝與三元正極制備方法十分類似。

       普魯士藍類似物能量密度高，普魯士藍類似物潛力突出，能量密度比肩磷酸鐵鋰。普魯士藍類似物開放式的三 維結構和豐富的鈉離子儲存位點為其帶來了優異的電化學性能及較高的能量密 度。根據 Tang et al.于 2020 年的工作，普魯士藍正極材料在實驗室中可測得能 量密度為 111Wh/kg 以上；S. He（2022）等人的研究則表明一種新型鐵基普魯 士白（NaMHCF）的能量密度至少可達 182Wh/kg。據寧德時代鈉離子電池發布 會披露，目前商用鈉離子電池單體能量密度可達 160Wh/kg，與主流磷酸鐵 鋰正極材料性能基本相當；下一代鈉離子正極材料能量密度有望達到 200Wh/kg， 已迎頭趕上主流磷酸鐵鋰正極材料的發展規劃。