中國粉體網(wǎng)訊 盡管固態(tài)鋰電池尚處于研發(fā)和試制階段，但其概念的輻射效應已帶動固態(tài)鈉電池領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。近兩年已出現(xiàn)多項固態(tài)鈉電池研究成果以及多筆相關(guān)投融資。
近日，固態(tài)鈉電領(lǐng)域又有新動態(tài)！
3月5日，專注全固態(tài)鈉電的研發(fā)制造企業(yè)——兆鈉新能源宣布完成數(shù)千萬元天使輪融資，本輪融資由勁邦資本、晉園發(fā)展集團聯(lián)合領(lǐng)投，雪線資本跟投，老股東江陰市人才科創(chuàng)天使基金持續(xù)加碼跟投。
2月27日，眾鈉能源宣布，百固能源鈉電+固態(tài)電池中試量產(chǎn)基地開建。項目規(guī)劃總產(chǎn)能2.5GWh，其中研發(fā)中心及一期中試線總投資3億元、年產(chǎn)能0.5GWh，支持固態(tài)電池技術(shù)迭代，加速產(chǎn)品批產(chǎn)落地，預計2025年可正式投產(chǎn)。
固態(tài)鈉電：能量、安全、成本三重保障
鈉離子電池目前面臨的直接問題是能量密度偏低，這也是限制其實現(xiàn)商業(yè)化應用的最大問題。
固態(tài)鈉電池可搭配更高活性及克容量的正極材料和高電壓材料，使固態(tài)電池有更寬的電化學窗口，從而大大提升電芯的能量密度，目前固態(tài)鈉離子電池在能量密度方面接近200-250Wh/Kg，接近622、811以及磷酸鐵鋰電池的能量密度。
固態(tài)鈉電池通過使用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)的液態(tài)電解液，有效解決了電解液揮發(fā)和泄漏可能導致的燃燒和爆炸等安全隱患。
此外，有研究報告顯示，與固態(tài)鋰電池相比，固態(tài)鈉電池成本約低30%。固態(tài)鈉離子電池在具備低成本、高安全性的同時，也解決了液態(tài)鈉電池能量密度低的瓶頸，因此未來市場前景廣闊。
固態(tài)鈉電的實驗室成果
與固態(tài)鋰電池一樣，固態(tài)鈉電池也需要解決電解液向固態(tài)電解質(zhì)的突破。鈉離子導電固態(tài)電解質(zhì)在固態(tài)離子領(lǐng)域的研究歷史較長，甚至在鋰離子電池誕生之前。早在20世紀70年代，鈉離子導電固態(tài)電解質(zhì)就被研究人員Goodenough發(fā)現(xiàn)。目前，國內(nèi)外各研究組已經(jīng)提出了多種固態(tài)鈉離子導體材料。
滑鐵盧大學Linda F. Nazar團隊報告了一種可與高壓鈉陰極配對的新型金屬氧氯化物NaTaOCl4固態(tài)電解質(zhì)，該成果的離子具有O2-/Cl-雙框架，對 Na+/Na的陽極電位高達4V，與高壓鈉陰極材料匹配可形成良好的化學/電化學兼容性。該成果目前已經(jīng)發(fā)表在《ACS Energy Lett.》上。該固態(tài)電解質(zhì)通過自發(fā)固態(tài)酸堿反應合成，易于混合和低溫處理，并與當前的工業(yè)無機材料合成工藝兼容，顯示出穩(wěn)定的長期循環(huán)性能。
加拿大西安大略大學孫學良院士（通訊作者）等人報道了一類具有氯氧雙陰離子亞晶格的鈉離子導體（Na2O2-MCly, NMOC；M=Hf, Zr, Ta；y=4, 5）。這些NMOC電解質(zhì)的離子電導率很高，在25°C時具有高達2.0mS cm-1的離子電導率，這是由氯氧化物的結(jié)構(gòu)促進的，氯氧化物可以通過具有不同功能的橋接氧和非橋接氧的協(xié)同效應實現(xiàn)鈉離子的快速傳輸。相關(guān)工作以《A family of dual-anion-based sodium superionic conductors for all-solid-state sodium-ion batteries》為題在《Nature Materials》上發(fā)表。
芝加哥大學普利茲克分子工程學院教授孟穎（Y. Shirley Meng）的能量存儲與轉(zhuǎn)換實驗室創(chuàng)造了世界上第一個無陽極鈉固態(tài)電池。該論文發(fā)表在《Nature Energy》雜志上，展示了一種可穩(wěn)定循環(huán)數(shù)百次的新型鈉電池結(jié)構(gòu)。通過去掉陽極并使用低成本、蘊藏量大的鈉代替鋰，這種新型電池的生產(chǎn)成本將更加低廉，也更加環(huán)保。通過創(chuàng)新的固態(tài)設計，這種電池還具備安全且功能強大的特點。
固態(tài)鈉電的產(chǎn)業(yè)化進程
目前固態(tài)鈉離子電池仍然處于開發(fā)初期，但是專利技術(shù)的儲備以及產(chǎn)業(yè)化的突破，能夠加快固態(tài)鈉離子電池在2027年以后實現(xiàn)規(guī)�；牧慨a(chǎn)。近年來，相關(guān)電池企業(yè)相繼開始布局固態(tài)鈉電領(lǐng)域。
專利方面：
國家知識產(chǎn)權(quán)局顯示，包括眾鈉能源、兆鈉新能源、毅華新能源、樂普鈉電、零壹肆、傳藝鈉電、多氟多、格林美、法萊恩特、華宇鈉電、鈉遠新材、藍固新能源、寒暑科技、鈉方新能、帕瓦股份、藍虎新能源、中碳綠聯(lián)等企業(yè)都已公布固態(tài)鈉電相關(guān)專利。其中大多涉及固態(tài)電解質(zhì)。
以兆鈉新能源新能源申請公開的專利“一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)和全固態(tài)鈉離子電池”為例，兆鈉新能源在該專利中提供了一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)（CN118380643A），以解決目前鈉電池的硫化物固態(tài)電解質(zhì)在空氣中的化學穩(wěn)定性差、且實際應用中電導率低的問題。
具體涉及一種硫化物固態(tài)電解質(zhì)和全固態(tài)鈉離子電池，該硫化物固態(tài)電解質(zhì)采用液相合成法制成，其化學式為Na3-a-bWaMobSb1-a-bS4，0＜a＜0.5,0＜b＜0.5。本發(fā)明提供的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，篩選出特定的Mo元素和W元素進行雙摻雜，相比于單摻雜鉬或者單摻雜鎢或者摻雜其他元素的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，可有效增加Na離子的空位數(shù)，提升原Na3SbS4的離子電導率；同時能提升固態(tài)電解質(zhì)的電化學穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性。
本發(fā)明得到的硫化物固態(tài)電解質(zhì)摻雜元素分布均勻，合成方法成本低，更適合規(guī)�；a(chǎn)，為硫化物固態(tài)電解質(zhì)可廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
產(chǎn)業(yè)化進程方面
除近期兆鈉新能源天使輪融資成功和眾鈉能源固態(tài)鈉電中試基地開建外，2024年11月，新型固態(tài)鈉離子電池制造項目在朝陽北票經(jīng)濟開發(fā)區(qū)正式簽約。據(jù)了解，新型固態(tài)鈉離子電池制造項目由蘇州艾塔新能源有限公司投資建設，計劃總投資42億元，面積200畝，分三期建設。項目建成后主要生產(chǎn)年產(chǎn)12GWh電芯及12GWh集成PACK智能制造產(chǎn)品。
2024年11月，河南省平頂山尼龍新材料開發(fā)區(qū)簽約固態(tài)電池和鈉離子新能源產(chǎn)業(yè)園項目，該項目總投資19億元，一期投資約13.5億元，建設標準生產(chǎn)線10條，設計年產(chǎn)10GWh固態(tài)電池系統(tǒng)及鈉離子電池組。
7月，鈉壹新能源發(fā)布零下20度超低溫快充半固態(tài)鈉電產(chǎn)品--40130205-57Ah聚陰離子體系半固態(tài)鈉電芯。
4月，青鈉科技透露已開發(fā)出超穩(wěn)定全固態(tài)聚合物鈉金屬電池，該電池具有極高的界面穩(wěn)定性和極佳的長循環(huán)性能：循環(huán)壽命超過8800小時（365天），且容量保持率高達81.2%。
1月28日，在重慶潼南高新區(qū)的尼古拉科技產(chǎn)業(yè)研究院納米級固態(tài)電池中試生產(chǎn)線上，第一塊大容量高能量密度納米固態(tài)鈉離子電池中試產(chǎn)品下線。此外，高樂股份全資子公司與重慶尼古拉科技產(chǎn)業(yè)研究院簽訂《納米固態(tài)鈉離子電池成套技術(shù)開發(fā)研究項目技術(shù)研發(fā)合作協(xié)議書》，并將建設2GWh生產(chǎn)線。
此外，比克已經(jīng)確定了半固態(tài)鈉電的研發(fā)方向，也進入了中試階段；廣州昊威新能源30Gwh固態(tài)方形鈉離子電池項目簽約重慶，計劃投資100億元；樂普鈉電表示，專注于研發(fā)無機物-高分子復合固態(tài)電解質(zhì)，正在搭建鈉離子電池固態(tài)電解質(zhì)中試線；普路通與鈉壹新能源在珠海共建了鈉電研發(fā)中心，涵蓋了不同路線的鈉電正極材料、負極材料、電解液、及電芯體系研究，其中包括對半固態(tài)鈉電池的研究。
應用方面：
東風納米首款中小型純電車型納米01搭載固態(tài)鈉電池技術(shù)，該電池支持超充，只需要8分鐘就可以充滿80%的電量，并搭載智能溫控技術(shù)，在-35°低溫環(huán)境下可正常啟動。
中科院青島生物能源與過程研究所研發(fā)的60V20AH伏特鈉離子電池組順利完成在電動兩輪車的裝車示范，該電池模組以1P20S的方式成組而成，重量約10千克，標準載重75千克，標準續(xù)航里程70千米。電芯能量密度超140wh/kg，電池模組比能量密度超110wh/kg，在針刺測試中，該電池不冒煙、不燃燒、不爆炸。
結(jié)語
固態(tài)鈉離子電池在具備低成本、高安全性的同時，也解決了液態(tài)鈉電池能量密度低的瓶頸，未來市場前景廣闊。目前固態(tài)鈉離子電池仍然處于開發(fā)初期，還存在一些技術(shù)難題，但隨著技術(shù)研發(fā)的布局，以及企業(yè)項目的落地，這項技術(shù)必將迎來革命性突破。
參考來源：
1.粉體網(wǎng)《固態(tài)鈉電池上車，搶占鈉離子電池技術(shù)制高點》
2.苗顯光《鈉離子電池負極結(jié)構(gòu)設計與固態(tài)電解質(zhì)/電極界面優(yōu)化》
3.樂普鈉電上�！冻戒囯姷膷湫挛磥恚虘B(tài)鈉電即將引領(lǐng)革命！》
4.起點固態(tài)電池《中南大學張永柱教授：固態(tài)鈉離子電池在二輪電動車及戰(zhàn)備儲能市場的應用》
5.各公司官微等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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