CAT蓄电池钠离子电池：建模、安全性与状态估计技术综述
来源：
卡特蓄电池 发布时间：2026-04-10 20:09:55 点击： 次
引言
由可再生能源产生的能源产量不断增加，需依托电池储能系统（BESS）来缓解其间歇性特性的影响[1][2]。BESS是一种由电池组构成、并入电网以实现电能存储与调度的电化学储能系统，可有效提升电网稳定性与供电可靠性。例如，太阳能发电仅于日间进行且明显受云层覆盖度影响；同理，风能发电亦存在日内波动剧烈的特征。铅酸电池作为电池储能系统（BESS）和不间断电源系统被广泛应用，但其生产过程涉及有毒且污染性强的铅。锂离子电池（LIBs）目前是储能系统的技术标杆，然而其高昂成本仍阻碍着大规模应用[3][4]。此外，锂离子电池生产所需资源总量不断攀升，由于关键原材料可能面临短缺，这带来了潜在风险[5]。不仅如此，锂离子电池还涉及诸多环境、伦理和地缘政治问题，这些问题可能对其作为电池储能系统（BESS）的广泛普及构成重大障碍[6]。
基于这些原因，在要求较低的应用场景中寻找铅酸电池和锂离子电池的替代品具有根本重要性。钠基电池是颇具前景的解决方案。事实上，钠元素具有成本低廉、储量丰富、分布广泛且易于获取的特性[7]。近年来，钠-金属卤化物电池和钠-硫电池已被广泛研究，但其存在工作温度高、可靠性低及自放电率大等缺陷[8][9]。此外，室温钠-硫电池仍存在若干尚未解决的技术难题[9]。钠离子电池（SIBs）成功克服了上述缺陷，被视作锂离子电池的有效替代方案。这类电池可助力生态转型[10]，目前已有多种商用钠离子电池进入市场。
钠离子电池（SIBs）与锂离子电池（LIBs）工作原理相似，但其能量密度低于性能最优异的镍锰钴氧化物（NMC）锂离子电池。不过，钠离子电池的能量密度与磷酸铁锂（LFP）锂离子电池相当[11]。%% 研究结果高度依赖于所选化学体系，但通常优于或接近于锂离子电池。这些发现极具前景，因为钠离子电池的生产工艺、材料及回收技术仍有待优化[7][18][19][20][21][22]。据我们所知，大多数关于钠离子电池（SIBs）的文献都集中于电化学特性研究。具体而言，当前研究主要关注新型材料的适用性——这些材料有望实现更高能量密度与功率密度，以及可能提升SIB安全性的电解质添加剂。类似地，多数综述也聚焦于电化学维度：例如文献[23]系统评述了电解质领域的最新进展，文献[24,25]探讨了负极材料，文献[26]研究了硬碳负极制备技术，而文献[27,28]则分析了快充正负极材料。
不同隔膜材料已在文献[29]中得到广泛研究，而文献[30-32]则探索了用于硬碳生产的生物质废弃物资源。
然而，针对商用钠离子电池(Commercial SIBs)行为特征的研究文献数量较为有限。据我们所知，目前尚未有综述性研究对其性能表现进行全面考察。但这类基础认知对于电池管理系统(Battery Management System, BMS)的优化设计至关重要——该系统需统筹考量老化效应、热行为特征及安全隐患等多重因素。BMS本质上是确保可充电电池正常运行的核心电子控制系统。其主要功能包括电压、电流与温度监测，以及估算电池单体的剩余电荷量和可用寿命。此外，另一项关键功能是防止电池在安全工作区域外运行。这些功能的重要性取决于目标应用场景。例如，与固定式储能应用相比，电动汽车被视为安全关键性更高的场景，因此对其电池管理系统（BMS）需具备更严格且快速响应的能力[33]。
因此，本研究旨在综述现有钠离子电池（SIBs）相关文献，尤其侧重于其实用性层面。本次综述指出的研究空白将为未来开发高效钠离子电池管理系统（BMSs）提供方向指引。
