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钠电赛道升温,多层级检测如何复用锂电检测经验?




1、引言




据近期报道:宁德时代与海博思创敲定为期3年的60GWh钠离子电池储能战略合作订单,创下全球最大钠电储能单笔订单纪录,也标志着钠离子电池正从实验室和示范项目迈向GWh级批量商用交付。钠离子电池风口之上,一路高歌猛进,凭借原料储量大、低温性能出众、快充能力强、综合安全性高四大核心优势,稳稳扎根户用/工商业储能、两轮车、低速电动车、特种工程机械等赛道,《新型储能技术发展路线图2025-2035》也进一步明确钠电为新能源储能领域重点培育的技术方向。

但热闹表象之下,和发展多年、良率超95%的锂离子电池相比,当前钠电普遍面临材料稳定性差、工艺一致性不足、循环寿命偏弱、能量密度短板、仓储与环境耐受性差、电芯胀气鼓包等一系列问题,中小产线良品率甚至仅70%左右,陷入“材料难突破→量产良率低→成本下不来→市场拓展慢”的恶性循环。

表1.《新型储能技术发展路线图2025-2035》中关于钠离子电池发展的总结

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2、聚焦产业痛点,强化检测方案




任何行业的发展过程中,成熟的技术是规模化发展的核心基石。当前钠离子电池产业链各环节技术持续迭代,正“复刻磷酸铁锂”的高速成长路径,正负极材料、电池系统集成、量产工艺等核心领域接连取得关键突破,相关的标准也逐步在推进完善,如2025年底发布的GB/Z 155—2025《钠离子电池正极材料通则》一文中,已明确把压实密度指标列入标准化检测指标。今天这篇推文会给大家系统化展示锂电质控版块指标在钠电部分的应用,聚焦多层级检测技术,助力钠电驶向新征程。

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图1.钠电多层级检测技术

(一)颗粒层级 | 解决原料强度不均、性能难量化问题

正负极颗粒抗压强度参差不齐,生产搅拌、辊压过程易破碎;硬碳负极原料繁杂、性能差异大,行业缺少统一的微观性能评估标准。

SPFT 系列单颗粒力学性能测试系统设备依据国标 GB/T 43091-2023 研发,在锂电多晶三元、硅碳、多孔碳材料检测部分有较成熟的应用。钠电版块,研究者的关注度也越来越高,针对层状氧化物正极,可批量筛选高抗压原料,规避生产破损问题;针对无定型结构的硬碳负极,量化不同原料、碳化工艺带来的力学差异,从源头统一物料品质。如图1,2分别为钠电层状氧化物正极、硬碳负极的单颗粒层级压溃强度测定的应用案例。

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图2. 4款层状氧化物单颗粒抗压强度的测试结果

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图3. 硬碳的单颗粒抗压强度测试

(二)粉体层级 | 材料易受潮、粉体性能波动检测评估

行业痛点:层状氧化物正极易被水分、二氧化碳侵蚀,出现晶体坍塌、表面生残碱、电子导通能力变差等问题;硬碳负极主流生物质基前驱体性能差异直接影响其碳化程度的均一性;来料质控标准缺失,批次一致性差。

PRCD&PCD 系列粉体检测系统设备同步检测粉末电阻率、压实密度、压缩及回弹性能,在锂电行业粉体材料出货检、电芯厂粉体来料检及批次稳定性监控版块均有较成熟的应用,同样在钠电行业亦可用于材料出厂检验、电芯来料检测与工艺优化。如图3,4为层状氧化物及硬碳电阻率&压实密度检测评估版块的应用案例。

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图4. 不同存储状态层状氧化物的粉体性能差异

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图5. 不同硬碳的电阻率&压实密度测定

(三)极片层级 | 评估工艺缺陷、离子传输受阻等关键痛点

极片是工艺故障高发环节,钠电极片质量评估是关键,其中BER系列可针对性评估钠电极片电子导通性能,可针对浆料、涂布、辊压工艺偏差造成的不均问题进行关联性识别;也可用工艺研发的有效评估,同时双向溯源原料缺陷,有效识别前工序段的异常问题。如图5为不同存储状态的层状氧化物极片与粉体层级电阻率差异对比测定。

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图6. 不同存储状态的层状氧化物极片与粉体层级电阻率差异对比

除了电子导通能力的评估,钠电极片离子导通能力的评估更是关联电芯电性能的关键,EIC 系列离子电导 & 迂曲度检测系统可针对极片孔隙杂乱、离子传输路径曲折,导致电解液浸润不足、倍率与能量密度受限的问题进行有效的对比识别评估。通过离子传输能力的有效测定,可结合钠离子自身传输优势,反向优化极片结构,充分释放电池快充、高功率性能。如图6为不同硬碳极片的曲折度测试结果。

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图7. 不同硬碳极片的曲折度测试结果

极片层级柔韧性评估也是工艺评估的关键,BEF系列极片柔韧性测试系统针对极片韧性不足,卷绕、热压时易断裂、产生毛刺,进而引发电芯短路的隐患,模拟真实生产工况,量化压实密度与柔韧性的关系,找到工艺最优平衡点;通过循环弯折测试筛选优质配方,以提升量产良率。如图7为不同硬碳极片的柔韧性测试结果。

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图8. 不同硬碳极片的柔韧性测试结果

(四)电芯层级 | 有效识别电性能异常,有效降低终端使用隐患

钠电电芯充放电易膨胀鼓包;高温存储下产气、电压衰减明显;电化学副反应多、循环寿命短,安全与寿命风险难以预判。针对相关痛点,元能的RSS/CBS/SWE 系列可实现扣电、叠片、软包电芯原位膨胀测试,实时监测充放电过程的厚度、膨胀力变化;GVM/MSG系列可有效模拟多通道高温存储环境,长期监测电芯体积、电压与产气情况,可外接设备补电,贴合实际应用场景,精准评估电芯长期可靠性;ERT系列电化学测试系统集成 CV、EIS、GITT 等全品类电化学测试功能,电压、电流精度达 0.01%,可捕捉微小副反应与析钠现象,测算库伦效率、自放电率,为循环寿命优化、寿命预测提供核心数据支撑;多重测试方法联用可有效实现研发工艺材料与电芯结构的优化,以减少电芯异常问题的发生。如图8为钠电电芯循环产气测试的应用案例,可实时监控电芯循环过程中的产气量变化。

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图9. 钠电电芯的循环产气测定



3、小结




钠离子电池是新能源产业的重要发展方向,当前遇到的技术与量产问题均为阶段性难题。实际行业过程中,往往需要先发现问题,结合问题寻找合适的方法去印证,最终才能结合印证去落实方法的优化各环节;其中研发端,需要将传统经验转化为量化数据,加速材料与工艺迭代,压缩试错成本;在量产端,全流程设置检测关卡,提前拦截缺陷,稳步提升良品率,打破 “高成本、小规模” 的发展困境;在品控端,对标国标建立标准化质控体系,检测数据可追溯,增强产品市场公信力。今天元能带来的多层级检测方案,旨在以多种相对明确的检测方法为钠电的发展助力,力争落实印证当前痛点问题,突破钠电发展瓶颈。




4、参考文献




[1]智强 陈.钠离子电池硬碳负极材料的改性研究[J].Material Sciences, 2025, 15(01):106-114. DOI:10.12677/ms.2025.151013.

[2]Yang, Y., Wang, Z., Du, C., et al.: Decoupling the air sensitivity of Na-layered oxides. Science, 385, 744–752 (2024). 

[3]Cui, J., Rao, Y., Gao, J. et al. Data-driven intelligent carbonization unifies diverse biomass into high-performance hard carbon negative electrodes. Nat Commun (2026).

元能科技  2026-06-25  |  阅读:55
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