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CIES2024|| 维科技术杜晨树:新型电化学储能电池—钠离子电池开发介绍

作者:中国储能网 来源:中国储能网 发布时间:2024-04-01 浏览:

数字储能网讯:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。

CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。

3月12日上午,维科技术股份有限公司研究院执行院长杜晨树受邀在新型储能系统集成解决方案专场(下)分享主题报告,报告题目为《 新型电化学储能电池—钠离子电池开发介绍》。以下为报告主要内容:

杜晨树:各位嘉宾、各位专家上午好!

在今天上午各位专家的报告中,我们从宏观讲到微观,从外部到内部,实际也是从电网到集成,再到模组,最后到电芯,我们是做电芯及新能源电源整体解决方案的企业,我们深知电芯作为储能系统的核心部件的重要性,所以我今天分享的主题是《新型电化学储能电池-钠电开发与示范应用》。

我的报告分4个部分:

第一部分:钠离子电池的开发背景。

第二部分:钠电产品介绍与示范应用介绍。

第三部分:钠电及钠电产业化的未来规划。

第四部分:维科技术公司介绍。

随着储能技术的发展,电化学储能在整个储能系统的占比越来越高,电化学储能目前主流的是锂离子电池,近期像全钒液流,氢能,固态电池,以及钠电池也都蓬勃发展。我们今天引入的主题就是钠离子电池。

首先介绍钠离子电池的开发背景。在锂离子电池发展这么成熟的情况下,为什么要引入钠离子电池作为备选方案?答案显而易见,近年来,随着2021年碳酸锂的价格从10万/吨涨到60万/吨,整个锂电市场价格急速上扬,造成储能电芯的资源紧缺和成本压力。为何出现这一现象?简而言之,根据相关资料,我国的锂资源占全球的7%,然而我国的新能源市场总共占到了全球70%,,涵盖了动力汽车,储能电池,3C数码等领域。换言之,我们用7%的锂资源养活70%的新能源市场,而这正是锂资源“卡脖子”的瓶颈所在。

此时我们推出了钠离子电池并非偶然。钠离子电池和锂离子电池工作原理是接近的,可谓同日而生。因为锂离子电池在早期主要应用在消费品、动力电池领域,对能量密度有要求,这种情况下锂离子电池具有明显优势。2021年后,钠离子电池因其资源和成本上的优势得到了推动和快速发展,同时,我们在研发过程中也发现钠离子电池在某些性能上有突出表现,因此,我们将重点探讨钠离子电池的特性和优势,以及其在未来的发展前景

首先钠离子电池在资源与成本上的具有明显优势。锂离子电池需要锂,锂资源是欠缺的。锂电池同时需要很多贵金属元素,对于钠离子电池不需要太多的高价值的金属元素。从正极角度讲钠离子资源解决了资源和成本的问题。

在负极材料上,锂电池用的负极主要是石墨,很多高端的石墨原料譬如针状焦石油焦,等仍需要依赖于进口。同时石墨化的温度在3000度左右,需要很高的电能消耗。而钠离子电池用的硬碳材料,来源广泛,在很多东西都可以做硬碳的来源,像木材,植物的秸秆,椰子壳等。因此从原料端看资源非常广泛。再而硬碳合成温度大概1300-1400度,节省大量电能。综上,钠离子电池相对锂电池在资源和成本上有比较大的优势。

钠离子电池之所以在过去两年内迅速发展,除了工艺路线、设备与锂电池的高度兼容,仅需稍作调整参数,还有一个重要因素是国家政策的支持。我国看到锂资源稀缺是我们面临的瓶颈问题,因此在“十四五”规划中提出了大力发展新型电化学储能电池的政策,而钠离子电池正是新型储能电池的重要代表之一。

钠离子电池与市面上几类比较常电池做比较

和铅酸电池相比,钠离子电池目前除了成本,其他性能方面都要优于铅酸电池的,包括能量密度,循环寿命,低温都是优于铅酸电池的。

和磷酸铁锂比,钠离子电池在能量密度上比磷酸铁锂有一点劣势,磷酸铁锂做到120-180Wh/Kg,钠离子电池做到100-160Wh/Kg,然而磷酸铁锂电池不管是正极磷酸铁锂还是负极石墨,都已经发挥到了极限,能量密度已经到了瓶颈。钠离子从2021年才开始快速的发展,到现在仅仅利用了三年,能量密度已经到了140-150 Wh/Kg,甚至160 Wh/Kg,而钠离子电池正极还可以经过电压提升,脱出更多的钠,获得更高的能量密度。负极材料硬碳它理论是500mAh/g,我们现在应用只有300 mAh/g,可以看到钠离子电池有很大的能量密度的提升空间

同时,在循环寿命方面,磷酸铁锂电池可达到6000次循环,而钠离子电池目前设计可达5000次以上。

此外,低温性能是钠离子电池最突出的优势之一。负40度的低温环境下,磷酸铁锂是很难放电的,钠离子电池在负40度条件下可以放出85%的电量,可以说低温对钠离子电池容量基本上是没有太大的损失。

综上所述。从资源角度来看,未来的新型能源必然是既经济又具备一定突出性能的。    

第二部分,维科钠电池开发与示范应用介绍

首先,方形大铝壳类产品,主要应用在储能端。

能量密度到了140Wh/Kg(实现量产),在中试已经到了150 Wh/Kg,在研发层面的已经到了160 Wh/Kg,已经接近磷酸铁锂的状态。这也是我们研发一代,储备一代的一个原则。

低温放电温度可以在负40度环境下可以做到接近80%的电量,循环寿命5000次是100%的DOD,考虑到储能端很多是80%-90%的充放,可以标到6000次以上。这种应用特别适合在北方,相比磷酸铁锂,不管是二轮车的还是电动车的,到冬天续航都会打折扣,然而钠离子电池则可避免续航焦虑。

循环寿命上,考虑系统端90%的DOD,我们可以做到6000次以上,这个指标基本上可以迎合目前储能的需求。

2023年,维科技术首发四款钠电最新产品,包括两款方形铝壳钠电池和两款圆柱钠电池

第一款是方形铝壳5016118,钠电目前量产为75Ah,研发已经做到80Ah,主要用在户储、工程车和部分UPS电源。

第二部分是方形铝壳72173207,电池容量为230Ah,能量密度140Wh/Kg。主要应用在大储和工商储上,公司在近期会有很多大储和工商储的项目会落地,主要里面搭载的就是这款电芯。

另外两款为圆柱电池,主要用在二轮车和电动工具领域。

除了电芯制造,维科还积极参与集成端的应用开发,例如电芯级的消防系统,已经申请了专利

我们不仅是电池制造商,更是新能源电源整体解决方案的专家!

在集成端,我们需要特别关注几个方面

首先是容量。相较于磷酸铁锂电池,钠电池的能量密度稍低,但我们有很大的提升空间。此外,钠电池的电压范围较宽,需要与相匹配的PCS逆变器进行配合。

其次是散热问题。在恒功率使用情况下,钠电池的充电发热较小,主要发热集中在放电端。因此,在设计系统时需要特别注意散热方案。

第三个方面是能量效率。我们特别重视能量效率,因为它比单体的容量更为关键。提升能量效率可以减少发热功率,节约系统成本,并使整个空调散热等空间得以节省,为整个系统的成本节约提供可能。

第三部分:钠电及钠电产业化的未来规划

发展规划:靠近市场与客户为原则,以服务当地优质客户为目标,以多基地产业布局为战略支持。

市场方向:主要聚焦于寒冷地区电力储能和配套系统,大规模的储能电站及存储系统的解决方案,工商业储能系统和系统集成等领域。

第四部分:维科技术公司介绍

维科技术股份有限公司(股票代码:600152)隶属于中国民营企业500强、中国制造业500强的维科控股集团股份有限公司,于1998年在A股上市,深耕新能源赛道20余年,是行业领先的集锂电池/钠电池研发、制造、销售及服务于一体的科技型企业。公司聚焦“3C数码、储能、小动力”三大核心产业,致力于成为全球最可靠的新能源供应商和电源整体解决方案专家!

公司拥有宁波、东莞、南昌三大智能制造基地,拥有省级企业技术中心、国家级院士工作站、博士后科研工作站等科研平台,在钠电、石墨烯、硅负极等新型材料的研究应用上具备领先优势,承担了多项省市级重大科技专项研究开发工作。

维科技术在2019年与上海交大开展合作,为其开发完成的钠电材料试制成功了第一批钠电池,技术指标超过设计预期,是我国最早钠电工艺开发企业之一。2022年初,维科技术研究院成立钠电研发中心,积极探索钠电池科研领域,进行钠电产业化研究,并于23年5月27日,成功实现维科钠电一期项目量产。目前,公司已经研发了能量密度150wh/kg、循环6000次以上的钠电技术。

维科将与时代同行,技术创新转化为发展内驱力,不断的开拓市场,为用户提供更加优质,高效的电池产品和综合的解决方案。

我的报告到此结束,感谢大家,谢谢!

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关键字:维科技术 储能 钠电池

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