钠电池行业报告：多技术并行发展（20页）

行业报告下载 2022年09月06日 07:36 管理员

普鲁士白拥有更高的理论比容量，受到宁德时代青睐。普鲁士蓝类化合物主要可以分为贫钠态和富钠态，NaxM1[M2(CN)6]y 中钠含量 x≤1 称为贫钠态，钠含量 x>1 称为富钠态，因为钠含量比较高时会呈现白色，所以也称为普鲁士白。普鲁士白可以通过 M3+/M2+和 Fe3+/Fe2+氧化还原电对实现 2 个钠离子的可逆脱出/嵌入，理论比容量达到 170.8mAh/g，工作电势(2.7-3.8V(vs.Na+/Na)) 较高。但是普鲁士白的缺陷在于其体积能量密度低，应用场景可能局限于储能等领域。宁德时代在其发布的第一代钠离子电池中就采用了普鲁士白正极材料，其电芯单体能量密度高达 160Wh/kg。石墨储钠容量过低，无定形碳是综合性能最好的钠离子电池负极材料。目前主要采用的钠离子电池负极有碳基材料、钛基材料、有机材料和合金类材料等。碳基材料中石墨在商用锂离子电池中应用十分广泛，以石墨为负极时，锂的容量接近 372mAh/g，而钠的容量仅为 35mAh/g，这是因为钠离子与石墨层之间的相互作用弱，钠离子难以与石墨形成稳定的插层化合物导致储钠容量过低，难以用作钠离子电池负极材料。而无定形碳储钠电位低，储钠容量适中（高于钛基材料，低于合金类材料），嵌钠后体积形变小，循环性能好，在众多负极材料中综合性能最好。

另外，无定形碳前驱体来源广泛，易于制备。因此，无定形碳在钠离子电池负极材料领域率先实现了产业化。无定形碳按照石墨化难易程度可以分为硬碳和软碳，软碳通常是指经过高温处理（2800℃以上）可以石墨化的碳材料，无序结构很容易被消除，亦称易石墨化碳。硬碳通常是即便指经过高温处理（2800℃以上）也难以完全石墨化的碳，在高温下其无序结构难以消除，亦称难石墨化碳。在中低温(1000-1600℃)处理下，软碳和硬碳在结构上没有明显的界限，可以将其统一称为无定形碳。硬碳适合作为钠离子电池负极材料，成本问题有待解决。相比硬碳的无序结构，软碳本身短程有序的结构使其具有良好的电子导电性和循环稳定性，但直接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量，可以通过掺杂和多孔化的策略来提升其可逆容量。硬碳比软碳更加的无序、杂乱，并且含有微纳孔，此外硬碳的层间距在 0.38nm 左右（石墨层间距为 0.335nm），因此硬碳储钠性能较好，其理论容量为 530mAh/g，适合作为钠离子电池负极材料。成本方面，软碳主要为常见的大宗品如石油焦、针状焦、无烟煤等，而硬碳价格相对昂贵，目前商业最好的硬碳价格约为 20 万元/吨，因此，开发低成本的硬碳材料非常迫切。目前主流负极企业都有硬碳产品储备，随着技术升级和量产加快，硬碳成本有望进一步下探。