30년의 인내 끝에 마침내 나트륨 이온 배터리가 스페어 타이어로 사용됩니다.

글: Tu Yanping

편집자: Zhang Nan

디자인: Shi Yuchao

“염화나트륨에는 상당한 양의 염화나트륨이 포함되어 있습니다. 바닷물에서 추출한 것이 나트륨인데, 이를 이용해 전기를 생산할 수 있나요?

"예, 선생님. ...나트륨 전지는 에너지가 많고, 전력도 아연 전지보다 몇 배 더 강합니다."

이것이 바로 소설입니다. "대화 <해저 2만리>에서 네모 선장과 아로낙스 교수 사이의 이야기. 1870년에 탄생한 이 소설은 이미 나트륨 전지에 대한 인류의 상상을 써 내려갔다.

실제로 나트륨이온전지의 등장은 거의 100년 정도 지연됐다.

1976년 휘팅엄은 이황화티타늄(TiS2)이 리튬 이온(Li)을 삽입하고 추출할 수 있다는 사실을 발견하고, TiS2에 나트륨 이온(Na)을 가역적으로 삽입하는 메커니즘을 갖춘 Li||TiS2 전지를 만들었다. 또한 발견되었습니다.

1980년 아르망은 '흔들의자 배터리' 개념을 제안했다. 리튬이온은 흔들의자와 비슷합니다. 흔들의자의 양쪽 끝이 배터리의 극이고, 흔들의자 양쪽 끝에서 리튬이온이 앞뒤로 움직입니다. 나트륨이온 배터리는 리튬이온 배터리와 원리가 동일해 흔들의자 배터리라고도 불린다.

원리는 같고 거의 동시에 등장했지만, 나트륨이온전지와 리튬이온전지 두 형제의 운명은 전혀 다르다.

1980년대 델마스(Delmas)와 구디너프(Goodenough)는 층상 산화물 물질인 NaMeO2가 나트륨 이온 배터리의 음극 물질로 사용될 수 있음을 발견했습니다. (위에서 언급한 Goodenough와 Whittingham은 둘 다 2019년 노벨 화학상을 수상했습니다.) 1988년 Fouletier는 연질 탄소와 흑연의 나트륨 저장 특성을 연구하고 나트륨 이온 배터리용 탄소 음극 재료에 대한 연구를 시작했습니다.

1990년 일본 소니사는 흑연계 음극 기반 리튬이온 배터리 상용화에 획기적인 성과를 거두고 이듬해 5월 시장에 출시했다. 이후 리튬이온 배터리는 각자의 시대를 열었고, 나트륨이온 배터리는 오랜 침묵에 빠졌다.

2000년까지 스티븐스와 단은 하드카본 소재가 나트륨 이온 탈리 특성이 우수하다는 사실을 발견하면서 나트륨 이온 배터리용 음극 소재 연구에 큰 전환을 가져왔다.

2015년에는 프랑스 RS2E가 개발한 세계 최초의 18650 원통형 나트륨이온 배터리가 탄생했다. 셀의 에너지 밀도는 90Wh/kg에 달하고 사이클 수명은 2,000회를 넘었다.

이후 프랑스의 Tiamat, 영국의 Faradion, 미국의 Natron Energy, 중국의 Zhongke Hainan 등의 기업은 모두 나트륨 이온 배터리 분야에서 자체 연구 결과를 발표했습니다.

2021년 6월, Zhongke Haina가 출시한 세계 최초의 1MWh 나트륨 이온 배터리 에너지 저장 시스템이 산시성 타이위안에서 공식 가동되었습니다.

이미지 출처: Zhongke Haina

같은 해 7월, 동력 배터리 분야의 세계 선두업체인 CATL은 공식적으로 나트륨 이온 배터리를 출시했으며, 2023년까지 산업화 레이아웃. 기본적으로 산업 체인이 형성됩니다.

당시 신에너지 자동차는 탄산리튬의 높은 가격으로 어려움을 겪고 있었고, 나트륨이온 배터리는 업계에 가까운 대안을 제시했다.

리튬이온 배터리에 비해 상용화는 거의 30년이나 늦었지만, 나트륨이온 배터리는 여전히 때를 기다렸다. 늦더라도 도착하기에는 너무 늦지 않았습니다.

여러 응용 시나리오 다루기

자원 매장량 측면에서 보면 지구상에는 리튬보다 나트륨이 훨씬 더 많습니다. 나트륨 자원은 매우 풍부하며 지각 풍부도는 2.75로 6위이고 리튬의 지각 풍부도는 0.0065로 27위입니다.

또한 나트륨은 전 세계에 분포되어 있는 반면, 리튬 75 자원은 미주 지역에 집중되어 있습니다. 따라서 나트륨 공급망도 이에 비해 더 안전합니다.

자원이 풍부하기 때문에 나트륨 가격도 2위안/kg으로 매우 저렴하다.

리튬 가격은 150위안/kg이다. 나트륨이온전지의 재료비는 리튬이온전지에 비해 30~40% 저렴하다.

이미지 출처: Zhongke Haina 공식 웹사이트

양극 재료 측면에서 나트륨 이온 배터리는 주로 층상 산화물, 다중음이온 화합물 및 프러시안 화합물이라는 세 가지 경로를 가지고 있습니다. 재료로는 하드카본, 소프트카본 등 탄소계 소재가 주를 이룬다.

2021년 7월 29일 CATL은 나트륨이온 배터리를 출시했다. 양극재는 그램 용량이 높은 프러시안 화이트 소재를, 음극재는 독특한 기공 구조를 지닌 하드카본 소재를 사용했다. . 재료 시스템의 획기적인 발전을 기반으로 하는 CATL의 1세대 나트륨 이온 배터리 셀은 160Wh/kg의 단일 에너지 밀도를 갖습니다.

2022년 12월 Yiwei Lithium Energy는 대형 원통형 나트륨 이온 배터리 제품을 출시했습니다. 양극은 층상 산화물을 사용하고 음극은 하드 카본을 사용하며 에너지 밀도는 135Wh/kg입니다. 2,500회에 도달합니다.

허니콤에너지는 2023년 1분기에 에너지밀도 135Wh/kg의 2세대 나트륨이온전지 제품 설계 및 확정을 완료하고, 160Wh 개발을 완료할 계획이다. /kg 나트륨이온 배터리 4분기.

에너지 밀도가 납축전지와 리튬이온전지의 중간이기 때문에 나트륨이온전지는 주로 이륜전기차, 삼륜전기차, 저속전기차, 에너지 저장 및 신에너지 차량 등 분야.

중케하이나(Zhongkehaina)는 2018년 최초의 나트륨이온 배터리 저속 전기차를 선보이며 나트륨이온 배터리 상용화에 앞장섰다. 2021년에는 세계 1MWh 나트륨이온 배터리 에너지 저장 시스템이 성공적으로 가동됐다.

2021년 소듐이노베이션에너지는 세계 최초 나트륨이온전지-메탄올 개질 수소생산 종합에너지 시스템을 최초로 출시한 데 이어, 세계 최초 나트륨이온전지 구동 이륜전기차를 공동 출시했다. 엠마 테크놀로지 자동차.

EVTank와 아이비경제연구소가 발표한 '중국 나트륨이온 배터리 산업 발전 백서(2023)'에서는 2025년 이전 나트륨이온 배터리의 주요 출하 지역을 2023년에 집중할 것을 제안하고 있다. 소형 전력을 대표하는 이륜차는 2025년 이후 에너지 저장 분야에서의 적용이 점차 증가할 것이며, 2026년에는 에너지 저장용 나트륨 이온 배터리가 가장 큰 적용 시나리오가 될 것입니다.

2022년 6월 미국 에너지청에서 발표한 '전력 생산 사고 예방을 위한 25가지 핵심 요건(2022판)(의견 초안)'에 따르면 전기화학 분야 화재 사고 예방 측면에서 에너지 저장 발전소 "중대형 전기화학적 에너지 저장 발전소에서는 삼원계 리튬 배터리와 나트륨-황 배터리를 사용해서는 안 되며, 에셜론 활용 전력 배터리를 사용하는 것은 부적절하다"는 명확한 규정이 있습니다.

이 방향은 매우 명확하며 에너지 저장 분야에서 나트륨 이온 배터리를 적용하는 데 객관적으로 유리합니다.

승용차 측면에서 나트륨 이온 배터리는 일반적으로 주행 거리가 400km 미만인 모델의 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그러나 CATL이 공식 발표한 AB 배터리 솔루션은 리튬과 나트륨 하이브리드의 상호 보완적 장점을 통해 주행거리 500km 모델의 요구를 충족할 수 있으며, "순수 전기 승용차 시장의 약 65%를 커버할 수 있을 것으로 예상된다"고 밝혔다. "

대량 생산의 결정적 시기 진입

2022년 Zhongke Haina는 산시성 타이위안에 나트륨 이온 배터리용 킬로톤급 양극재와 1GWh 배터리 셀 생산 라인을 구축할 예정입니다. 안휘성 푸양시가 각각 산업화의 길을 개척하는 데 앞장섰습니다.

2022년 3월 화웨이는 플랫폼 허블 인베스트먼트를 통해 약 413만 위안에 청약해 종커하이난 주식 약 13.3주를 매입해 3대 주주가 됐다는 점은 언급할 만하다.

2023년에 접어들면서 점점 더 많은 나트륨이온전지 기업들이 산업화 진전을 발표하고 있다.

이미지 출처: Sihao New Energy

2월 23일, Sihao New Energy와 Zhongke Haina가 공동으로 제작한 업계 최초의 나트륨 이온 배터리 프로토타입이 공개되었습니다. 테스트된 차량은 Sihao입니다. EX10 화현자. 이 나트륨-전기 버전은 항속거리 252km, 배터리 팩 용량 25kWh, 셀 에너지 밀도 140Wh/kg, 시스템 에너지 밀도 120Wh/kg, 고속 충전 시간(SOC 10-80) 20을 갖췄습니다. 분.

Zhongke Haina의 총책임자인 Li Shujun은 언론과의 인터뷰에서 "나트륨 배터리 산업화 규모가 확대됨에 따라 인산철리튬 배터리에 비해 업계에서는 일반적으로 물론 이 데이터는 탄산리튬 가격과도 관련이 있어 약 10% 정도의 비용 우위를 가질 수 있다.”

3월 1일 Funeng Technology는 Jiangxi Jiangling을 인수했다고 발표했습니다. 그룹의 New Energy Vehicle Co., Ltd.는 EV3 나트륨 배터리에 대한 지정 편지를 받았으며 이를 나트륨 이온 배터리 팩 어셈블리와 함께 공급할 예정입니다. 2023년 2분기에.

3월 9일 연례 보고서 컨퍼런스 콜에서 CATL은 자사의 나트륨이온 배터리가 2023년에 산업화될 것으로 예상되며 구체적인 규모는 고객 프로젝트 진행 상황에 따라 달라질 것이라고 밝혔습니다. 리튬 이온 배터리와 비교할 때 회사의 나트륨 이온 배터리는 "현재 비용 이점이 명백하며 공급망이 성숙되면 훨씬 더 많은 이점을 갖게 될 것입니다."

듀오플루도는 지난 3월 10일 투자자 소통 플랫폼을 통해 자사의 나트륨이온 배터리 제품이 현재 여러 자동차 제조사에서 차량 내 테스트를 받고 있다고 밝혔다. 2023년 말까지 듀오플루온 허난 기지의 나트륨이온 배터리 연간 생산능력은 1GWh에 이를 것으로 예상된다. Duofuoduo는 나트륨 이온 배터리를 자체 생산하는 것 외에도 이미 6불화인산 나트륨을 천톤 생산할 수 있는 능력을 갖추고 외부 업체에 일괄 공급하고 있습니다.

생산 및 제조 측면에서 나트륨 이온 배터리의 생산 공정은 기본적으로 리튬 이온 배터리의 생산 공정과 유사합니다. 전통적인 디버깅을 통해 나트륨 이온 배터리의 생산 능력 레이아웃을 신속하게 완료할 수 있습니다. 리튬이온 배터리 생산라인.

Mo Ke는 Automotive Business Review에 나트륨 이온 배터리의 산업화에는 아직 큰 기술적 문제가 없다고 말했습니다. 또한, 다운스트림 적용 중에 해결해야 할 몇 가지 구체적인 문제가 있습니다. 제품(예: 전기 자전거, 신에너지 승용차 등)도 검토해야 합니다. 나트륨 이온 배터리의 검증 과정에서 몇 가지 구체적인 문제도 발견될 수 있습니다.

리튬 가격 하락은 나트륨 이온 배터리에 영향을 미칠 것입니다

나트륨 이온 배터리는 여러 정부 문서에 기록되어 있으며 새로운 배터리로 적극적으로 개발되도록 권장됩니다 노선.

2023년 1월 공업정보화부 등 6개 부처는 '에너지전자산업 발전 촉진에 관한 지도의견'을 발표해 다음과 같은 새로운 배터리의 연구개발을 가속화할 것을 분명히 제안했다. 나트륨 이온 배터리. "배터리의 저비용 및 높은 안전성에 중점을 두고, 하드 카본 음극 재료, 전해질 및 기타 주요 재료 및 관련 보조 재료와 같은 양극 및 음극 재료에 대한 연구를 강화하고, 효율적인 모듈형 시스템 통합 기술을 개발하고, 기술 혁신과 규모를 가속화합니다. "

2022년 7월 우리나라 최초의 나트륨이온 산업표준 '나트륨이온 배터리 용어 및 용어'와 '나트륨이온 배터리 기호 및 명명법' 계획이 공식화됐다. 제도 단위에는 Zhongke Hainan, CATL, BYD 및 기타 단위가 포함됩니다. 이러한 움직임은 나트륨이온 산업의 표준화를 더욱 촉진할 것입니다.

EVTank는 2030년 나트륨이온전지의 실제 출하량이 347GWh에 달할 것으로 판단하고, 그때까지 가장 큰 적용 분야는 에너지 저장 분야가 될 것이라고 밝혔다.

EVTank는 또한 현재 나트륨 이온 배터리의 대규모 적용에 영향을 미치는 가장 민감한 요소는 나트륨 이온 배터리, 리튬 이온 배터리 및 납축 배터리 간의 비용 비교라고 지적했습니다. 계산에 따르면 나트륨 이온 배터리의 가격은 현재 약 0.84위안/Wh로, 이는 인산철리튬 배터리 및 납산 배터리보다 가격 우위가 아직 완전히 반영되지 않았습니다.

국내 기관 비즈니스클럽 자료에 따르면 탄산리튬 가격은 계속 하락세를 보이고 있다. 3월 15일 배터리용 탄산리튬 기준 가격은 359,000위안/톤으로 이달 초 408,000위안/톤에 비해 12% 하락했으며, 지난 11월 최고 가격인 609,000위안/톤보다 훨씬 낮았다. 작년 41.

이미지 출처: Business Society

탄산리튬 가격이 계속 하락하면 나트륨이온 배터리의 원가 우위도 그만큼 줄어들게 된다. 배터리?

EVTank는 탄산리튬 가격의 변동이 향후 나트륨 이온 배터리의 대규모 적용에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나가 될 것이라고 직설적으로 밝혔습니다.

모커는 “탄산리튬 가격이 계속 하락해 리튬이온 배터리 가격이 지속적으로 하락하고 있다”며 “리튬이온 배터리보다 원가를 낮추려면 나트륨이온 배터리가 필요하다”고 말했다. 이러한 요인들의 상호 작용은 실제로 나트륨 이온 배터리의 적용 및 홍보에 유리하지 않습니다.

”

올해 2월, 도플루오로 측은 투자자들의 질문에 회사가 최초로 상용 생산한 나트륨 이온 배터리의 예상 가격이 리튬 배터리보다 낮다고 밝혔으며, “심지어 탄산리튬 가격이 톤당 100,000위안으로 떨어지더라도 나트륨 전기는 여전히 경쟁력이 있습니다."

Automotive Business Review에 따르면 나트륨 이온 배터리의 비용 이점은 여전히 두 번째입니다. 가장 큰 가치는 다음과 같습니다. 리튬 자원의 부족한 수급 문제와 리튬 가격 급등 문제를 해결할 수 있다는 점에서, 리튬의 존재 자체가 견제와 균형의 수단이기 때문에 일시적인 리튬 가격 하락으로 인해 이러한 존재 가치가 사라지지는 않을 것입니다. .

나트륨 이온 배터리 시대가 이제 막 시작되었습니다.

이 기사는 원래 Auto Business Review에서 작성되었습니다.

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