全固態電池電解質的規模化量產,讓啟航新能源在車用新能源材料領域站穩了全球領航地位,但林舟的目,早已投向了新能源產業的另一大核心賽道——儲能。全球能源轉型的浪下,伏、風電等可再生能源的裝機量呈發式增長,儲能市場的需求缺口逐年擴大,而傳統鋰離子電池因鋰資源稀缺、價格波大,難以滿足儲能場景的低本、大規模應用需求。鈉離子電池憑藉鈉資源儲量富、本低廉、低溫效能優異的特,為儲能領域的最優解,也為啟航打造新能源產業第二增長曲線的核心佈局方向。
此時的鈉離子電池行業,正於技突破的關鍵期,行業普遍面臨三大痛點:碳負極與電解的適配差,導致電池迴圈壽命不足1500次;正極材料的容量偏低,能量度難以突破160Wh/kg;上下游產業鏈協同不足,原料、材料、電池、應用端各自為戰,制約了產業化程序。科力奇等國外巨頭雖已佈局鈉離子電池電解研發,但仍停留在實驗室階段,尚未實現商業化突破。啟航新能源憑藉在電解質研發領域的技積澱,順勢啟“鈉電啟航計劃”,聚焦鈉離子電池電解與正極材料的協同研發,目標是打造適配儲能場景的高穩定、低本鈉離子電池材料系,同時構建全產業鏈生態,推鈉離子電池的規模化應用。
“鈉電不是鋰電的補充,而是新能源產業的全新賽道,尤其是儲能領域,鈉電將為主流。”在“鈉電啟航計劃”啟會上,林舟向研發團隊與聯盟員明確方向,“我們要發揮電解研發的核心優勢,聯上游鈉資源企業、中游電池廠商,攻克材料適配難題,同時牽頭立鈉離子電池產業聯盟,打通從資源到應用的全產業鏈,讓中國的鈉電技引領全球產業化程序。”
陳默帶領的研發團隊,將攻堅的首個目標鎖定在碳負極適配電解的研發上。鈉離子電池的碳負極在充放電過程中,會出現嚴重的介面副反應,導致SEI不穩定、電解持續消耗,這是制約迴圈壽命的核心原因。與鋰離子電池不同,鈉離子的半徑更大,嵌過程中對電極的衝擊更強,對電解的效能、相容要求更高。研發團隊從電解的溶劑系、新增劑、鋰鹽替代三個維度手,展開了上千次的配方實驗。
最初,團隊嘗試將鋰離子電池電解的配方簡單改後應用於鈉電,但效果極差,迴圈500次後容量保持率僅為40%。研發團隊隨即調整思路,摒棄鋰電電解的研發慣,針對鈉離子的特重新設計溶劑系——採用碳酸乙烯酯(EC)與碳酸二乙酯(DEC)的複合溶劑,搭配自主研發的新型鈉鹽,提升電解的離子電導率;同時篩選出專屬的新增劑,在碳負極表面形一層緻、韌、高穩定的SEI,有效抑制介面副反應的發生。為了提升低溫效能,團隊還在電解中引了氟代溶劑,讓電池在-20℃的低溫環境下,放電容量保持率仍達85%,完適配儲能電站的戶外應用場景。
在電解研發取得突破的同時,研發團隊同步推進正極材料的研發。針對層狀氧化正極材料容量偏低、結構穩定差的問題,團隊採用“元素摻雜+形貌調控”技,在鎳鈷錳酸鈉正極材料中引微量鎂、鈦元素,最佳化晶結構,提升材料的容量與迴圈穩定;同時過噴霧乾燥法制備球形正極材料,改善材料的振實度,進一步提升電池的能量度。經過半年的日夜攻堅,啟航的鈉離子電池材料系終於實現突破:自主研發的高穩定鈉基電解,與碳負極的適配達到行業領先水平,搭配改層狀氧化正極材料,組裝的鈉離子電池能量度突破180Wh/kg,迴圈壽命達2000次,-20℃低溫放電容量保持率85%,且電池綜合本較鋰離子電池降低35%,完全滿足儲能場景的應用需求。
實驗室的技突破只是第一步,鈉離子電池的產業化,離不開全產業鏈的協同支撐。鈉資源的開採、鈉鹽的製備、碳負極的生產、電池的封裝、儲能場景的應用,每個環節都需要配合,而當時的行業現狀,卻是上下游環節節,核心原料產能不足,應用場景尚未開啟。為了破解這一難題,啟航新能源依託全球新能源核心材料創新聯盟的資源,牽頭立了鈉離子電池產業聯盟,首批吸納了國60餘家企業加,涵蓋上游鈉礦開採、鈉鹽生產企業,中游碳負極、電池隔、電池封裝企業,下游儲能電站、低速電車、通訊基站應用企業,形了“資源-材料-電池-應用”的完整產業鏈佈局。
啟航為鈉離子電池產業聯盟制定了清晰的發展規則:開放鈉電電解與正極材料的基礎專利,聯盟員可免費共;建立原料與產品的協同供應機制,上游鈉資源企業優先為聯盟材料企業供貨,中游材料企業優先為聯盟電池廠商配套;設立鈉電技創新基金,首期注資5億元,扶持聯盟企業的技研發與產能建設;搭建應用示範平臺,聯合下游應用企業打造鈉離子電池的示範應用場景,加速市場推廣。
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