日前，2021年度北京市科學技術(shù)獎?wù)焦迹袊茖W院物理研究所申報項目《鈉離子電池層狀氧化物材料構(gòu)效關(guān)系研究》榮獲北京市自然科學獎一等獎，該項目團隊成員包括：胡勇勝、陸雅翔、容曉暉、肖睿娟 、禹習謙、谷林、李泓、黃學杰、陳立泉。

鈉離子電池作為一種新型二次化學電源，不僅原材料無資源約束問題，同時具備安全性、高低溫性能以及大倍率充放電性能，資源優(yōu)勢和成本優(yōu)勢明顯，在大規(guī)模電化學儲能、低速電動車等應用領(lǐng)域，有望與鋰離子電池形成互補和有效替代。

與鋰離子電池相比，鈉離子電池能量密度略低，鈉離子電池應用于儲能電站，雖然增加了安裝設(shè)備及用地的成本。但是由于鈉離子電池在充放循環(huán)中不用擔心過放電的問題，放電深度可達100%，其實際可用容量近乎等于標稱容量。另外，由于鈉離子電池的溫度適應性較寬，在充放電過程中的輔助耗能進一步降低。在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，鈉離子電池儲能還可以通過電池結(jié)構(gòu)和工藝創(chuàng)新設(shè)計，降低制造、運維和電池組替換成本，從而降低整個儲能電站的度電成本。

個人簡介

中國科學院物理研究所研究員，英國皇家化學學會會士/英國物理學會會士，2017年入選第三批國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，中國科協(xié)十大代表。先后承擔了國家科技部863創(chuàng)新團隊、國家杰出青年科學基金等項目。自2001年以來，主要從事先進二次電池的應用基礎(chǔ)研究，立足科學前沿和聚焦國家重大需求，注重基礎(chǔ)與應用，在鈉(鋰)離子電池正負極材料、多尺度結(jié)構(gòu)演化、功能電解質(zhì)材料等方面取得多項創(chuàng)新性研究結(jié)果。

主要工作及成果

1.發(fā)現(xiàn)Cu2+/Cu3+氧化還原電對在鈉離子氧化物中具有電化學活性，并以此設(shè)計系列不含Ni/Co空氣中穩(wěn)定性好的低成本氧化物正極材料；

2.提出無煙煤/煤作為前驅(qū)體制備低成本碳負極材料，并研制出容量大于400 mAh/g兼顧高首效的碳負極材料；

3.提出新型高鹽/低鹽濃度電解質(zhì)體系；

4.提出一類高熵層狀氧化物正極材料；

5.多尺度研究了多種電極材料的儲鋰/鈉機制；

6.提出利用陽離子勢來預測層狀氧化物相結(jié)構(gòu)的方法；

7.提出了水系堿金屬離子電池新材料體系；

8.2018年6月推出了全球首輛鈉離子電池微型電動車，并于2019年3月發(fā)布了首座30 kW/100 kWh鈉離子電池儲能電站，2021年6月啟用首套1MWh的鈉離子電池光儲充智能微網(wǎng)系統(tǒng)；在Science、Nature Energy、Nature Mater.、Joule、Nature Commun.、Science Adv.等國際重要學術(shù)期刊上共合作發(fā)表論文300余篇，引用30000余次，H-因子102，連續(xù)9年入選科睿唯安“高被引科學家”。合作申請80余項中國發(fā)明專利、已授權(quán)50項專利（包括多項美國、日本、歐盟專利）。目前擔任ACS Energy Letters雜志資深編輯，合著出版《鈉離子電池科學與技術(shù)》（已印刷6000余本）及《Sodium-Ion Batteries》。

所獲榮譽與獎勵

北京市自然科學獎一等獎、第十四屆中國青年科技獎、國際電化學學會Tajima Prize、英國皇家學會牛頓高級訪問學者等。開發(fā)的鈉離子電池技術(shù)在第一屆全國先進儲能技術(shù)創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽中榮獲“技術(shù)創(chuàng)新獎”、第六屆國際儲能創(chuàng)新大賽中榮獲“2022創(chuàng)新典范TOP10”、第三屆國際儲能創(chuàng)新大賽中榮獲“2019儲能技術(shù)創(chuàng)新典范TOP10”和“評委會大獎”、第九屆中國科學院北京分院科技成果轉(zhuǎn)化特等獎、2020年科創(chuàng)中國·科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽TOP10、2020年中關(guān)村國際前沿科技創(chuàng)新大賽總決賽亞軍、入選2020年度中國科學十大進展30項候選成果。

經(jīng)典論文

中科海鈉

2017年以中國科學院物理研究所陳立泉院士，胡勇勝研究員為技術(shù)帶頭人的研究開發(fā)團隊成立中科海鈉。其擁有多項鈉離子電池核心專利，是國際領(lǐng)先的擁有鈉離子電池核心專利與技術(shù)的電池企業(yè)。中科海鈉聚焦長壽命、寬溫區(qū)、高功率鈉離子電池產(chǎn)品，潛在應用覆蓋短續(xù)航電動車、規(guī)模儲能、電動汽車、國家安全等領(lǐng)域。

自2011年起，由胡勇勝研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團隊在物理所三十多年鋰電池研究積累的基礎(chǔ)上，致力于低成本、安全環(huán)保、高性能鈉離子電池技術(shù)的研發(fā)。該體系選用資源豐富的鈉作為活性元素，正負極材料分別選用成本低廉的鈉銅鐵錳氧化物和無煙煤基軟碳，從而具備了明顯的成本優(yōu)勢。經(jīng)過十年的努力，胡勇勝研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團隊在科研及技術(shù)方面不斷取得突破性進展，目前鈉離子電池的能量密度已達到145 Wh/kg，是鉛酸電池的3倍左右。低成本鈉離子電池有望在低速電動車、電動船、家庭儲能、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域獲得應用。

中科海鈉的成立讓鈉離子電池商業(yè)化進程得以加速，從電極材料的基礎(chǔ)研發(fā)到放大制備和生產(chǎn)、從材料到電芯、從單體電池到電池模塊、從電池組件到低速電動車，扎實推進，穩(wěn)步前行。2018年，首輛鈉離子電池低速電動車的亮相；2019年，首座鈉離子電池儲能電站問世，標志著鈉離子電池的商業(yè)化之路正式開啟！

2021年6月，全球首套1MWh鈉離子電池儲能系統(tǒng)在山西太原正式投入運營，在儀式現(xiàn)場，胡勇勝在采訪中說到，鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池低，但是鈉離子電池的安全性、經(jīng)濟性、工作溫度、循環(huán)周期等多項指標都優(yōu)于鋰離子電池，更重要的是鈉離子電池不含貴金屬，破解了稀缺資源卡脖子難題。2021年12月，中科海鈉與三峽能源、三峽資本及安徽省阜陽市人民政府達成合作，將共同建設(shè)全球首條鈉離子電池規(guī)模化量產(chǎn)線。該產(chǎn)線規(guī)劃產(chǎn)能5GWh，分兩期建設(shè)，一期1GWh將于2022年正式投產(chǎn)。

2022年1月，全球首款鈉離子電池家用儲能系統(tǒng)正式亮相拉斯維加斯CES展。該產(chǎn)品由BLUETTI設(shè)計，系統(tǒng)搭載的鈉離子電池由中科海鈉自主研發(fā)，產(chǎn)品性能優(yōu)異，安全性能好，在極限情況下可保證不起火、不爆炸；使用壽命長，NA300設(shè)計使用壽命12年，安裝有鈉離子電池專用BMS，可將電池使用壽命提升至10000次；充、放電溫區(qū)寬，可實現(xiàn)零下20℃低溫環(huán)境的充、放電使用。本款產(chǎn)品主要面向海外市場，進行鈉離子電池的海外市場布局，為中國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)在世界上取得主導地位奠定基礎(chǔ)。儲能系統(tǒng)基礎(chǔ)款為3度電3千瓦的配置，依照家庭使用的需求，可加配4.8度電的鈉離子電池包，組成7.8度電3千瓦的增配款，或12.6度電的高配款，最高可組成25.2度電6千瓦的光伏儲能系統(tǒng)，基本滿足家庭每天的電力需求。

中科海鈉研發(fā)團隊十余年專注鈉離子電池研發(fā)，在“雙碳目標”的引導和國家政策的支持下，近年來，越來越多的科研工作者、企業(yè)和資本將目光聚焦到鈉離子電池賽道，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入快車道。此次正式上線鈉離子電池家用儲能系統(tǒng)產(chǎn)品，是鈉離子電池產(chǎn)品日趨成熟、走向標準化規(guī)模化推廣的又一個典型案例。未來，中科海鈉將按照不同應用場景，陸續(xù)推出系列鈉離子電池產(chǎn)品，將各示范應用轉(zhuǎn)化為成熟商用產(chǎn)品，廣泛應用于低速交通及儲能等領(lǐng)域，為早日達成“雙碳目標”，構(gòu)建“綠色中國”貢獻力量。