2022年中国钠离子电池市场现状及发展前景分析钠离子电池正式进入商业化运营阶段

      钠离子电池正极材料主要包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝 类似物三大路线。已发现的层状金属氧化物正极材料包括 NaFeO2 等 O3 构型材 料， Na2/3MnO2 等 P2 构型材料，以及具有更复杂构型的混合材料；普鲁士蓝类 似物主要包括普鲁士蓝、铁基/锰基普鲁士白等；聚阴离子类正极材料分为 Na4MnV(PO4)3 等 NASICON 型材料，以及 Na3(VOPO4)2F 等氟磷酸盐型材料。 已经商业化的正极材料覆盖各个类型，其性能、成本各不相同。从性能角度来看， 普鲁士蓝类似物和层状氧化物的理论能量密度更高；从成本看，层状氧化物材料 价格低廉。其余几类材料中，隧道型氧化物、非晶态化合物理论能量密度较 低，实用性差；有机正极如 Na2C6O6，其能量密度很高，但工作电压很低，阻碍 了进一步的发展和应用。（报告来源：未来智库）

       层状过渡金属氧化物原材料易得、成本低，层状氧化物材料谱系广泛，性能潜力空间大。过渡金属氧化物是一类为常见的 锂离子电池正极材料，三元锂电正极材料即属此类。过渡金属氧化物分为隧道型 和层状型两种，前者性能潜力远不如后者，主要系层状结构利于钠/锂离子更好 地嵌入金属氧化物，从而提升其比容量和能量密度。基于与三元锂离子电池正极 材料相同的原理，钠离子电池可以采用类似结构的材料 NaxMO2，其中 M 一般 为镍、钴、锰等过渡金属元素。根据材料的晶胞构造与钠离子嵌入形式，该类材 料又可细分为 O3、P2、P3 三个亚型及混合型，其中 O3、P2 构型常见。 由于不同过渡元素的配比可诞生极多种材料构型，可挖掘潜力大，层状金属氧化 物一直以来都是科学研究的重点。层状氧化物路线可变因素较多，潜力空间大。 据胡勇胜团队研究显示，P2 构型的 Na0.72[Li0.24Mn0.76]O2 材料具有高可逆氧变价 特性，理论能量密度可达 700Wh/kg，可逆比容量 270mAh/g。

       层状氧化物材料谱系丰富，原材料易得。英国钠离子电池生产商 Faradion 是世界开始钠离子电池商业化的公司之一，始终采用层状正极氧化物路线，拥有 AxMyMiziO2-d 过渡元素型层状金属氧化物，其中 A 为以钠为主导的碱金属合 金， M 为镍、锰、铁、钴之一，Mi 可能为镍、铁、钴、锰、钛等几十种元素的 组合，其中较为常用的如 NaNi0.5Ti0.5O2-d 等。Faradion 的内容也充分体现 了层状氧化物材料谱系丰富的特点，其元素组成灵活多变，性能各异，一方面有 望为不同应用场景提供各种解决方案，另一方面通过所用金属元素的改进可以不 断降低成本。同时，层状氧化物制备方法简单，主要为烧结等热处理工艺，该工 艺与三元正极制备方法十分类似。

       普鲁士蓝类似物能量密度高，普鲁士蓝类似物潜力突出，能量密度比肩磷酸铁锂。普鲁士蓝类似物开放式的三 维结构和丰富的钠离子储存位点为其带来了优异的电化学性能及较高的能量密 度。根据 Tang et al.于 2020 年的工作，普鲁士蓝正极材料在实验室中可测得能 量密度为 111Wh/kg 以上；S. He（2022）等人的研究则表明一种新型铁基普鲁 士白（NaMHCF）的能量密度至少可达 182Wh/kg。据宁德时代钠离子电池发布 会披露，目前商用钠离子电池单体能量密度可达 160Wh/kg，与主流磷酸铁 锂正极材料性能基本相当；下一代钠离子正极材料能量密度有望达到 200Wh/kg， 已迎头赶上主流磷酸铁锂正极材料的发展规划。