鈉離子電池即將代替鋰離子電池?不僅價格低廉還安全無風險，將成為新一代電池!今天我們就來聊聊鈉離子電池。

　　“必不可缺的電池”

      在東部沿海地區，騎電動車兜風是一件特別舒暢的事情。但在一年最熱的三伏天，電動車存在自燃的安全隱患。盡管這種事幾率很低，但卻不能忽視。一旦發生意外，就會造成無法估量的損失。電動車自燃的原因大多都是電池、電路老化導致的鋰電池自燃或被點燃，那么有方法能夠減少電動車自燃和其帶來的危害嗎?

　　“鋰電池”

　　眾所周知，電動自行車以及電動汽車最重要的零件便是電池。電池就像石油一樣，無比重要。與燃油車相比，電動車具有低碳環保和零排放的優點，但缺點是便利性不如石油，且具有自燃的風險。

　　電動車的電池多是鋰電池，早在40年前就被研發了出來，隨著不斷的改善，新一代的鋰電池，儲電量更大，體積更細巧，因而被廣泛應用于多種領域，比如電動車、電腦、手機等。

　　隨著鋰電池的大規模運用，鋰電池的短板也逐漸顯露了出來。鋰資源在地球上的總量有限，儲量僅為0.006%，因為鋰資源很難被回收利用，地球上的鋰儲量由于需求開采量巨大而急劇減少。

　　另外，隨著不斷地進行工業開采，已開采的富集鋰礦石已經被開采完，從鋰礦石里提取鋰的成本和難度不斷上升，鋰是從碳酸鋰礦石中提取，過去提取一噸鋰需要的成本是1.5萬美元，現在不斷水漲船高。2021年以來，鋰資源大幅提價。根據統計數據，與2021年1月1日相比，2021年7月20日碳酸鋰礦石價格上漲66%，氫氧化鋰礦石價格上漲96%。

　　最后鋰電池的生產需要很多的鋰礦石，但鋰礦主要分布在澳洲、南美等地，根據美國地質勘探局2021年的報告， 我國現有的鋰礦石資源儲量僅占全球6%，所以我國的鋰礦石多數是從澳大利亞進口。

　　在地球上鋰礦石資源產量日益削減的情況下，我國的鋰電池產能受到限制。所以找到一種新的材料制作電池來替代鋰電池就非常重要。這時候人們把目光轉向鈉電池，因為與鋰資源相比，鈉資源儲量更豐富，鈉資源在地球上的儲量為2.64%，是鋰的440倍。且鈉資源散布廣泛、提煉工藝簡單、成本低。鈉離子電池大規模商用后，生產成本要比鋰電池低得多。但鈉電池在產業化、商業化運用上落后的原因是在挑選制造電池的材料時，鋰的原子數量更低、離子半徑更小。在同樣情況下，其容量是鈉的3.3倍，理論體積比容量是鈉的1.8倍。使得鋰離子電池在能量密度上與鈉電池相比更占優勢。因而鋰離子電池比鈉離子電池性價比更高，所以鋰離子電池會更早的大規模商業化。

　　鈉離子電池能否超越鋰離子電池?點個贊，我們繼續往下看

　　“逐步興起的鈉離子電池”

　　鈉離子電池在電池的核心功能參數上，比如能量密度上雖然要低于鋰離子電池，鈉離子電池能量密度大約在70-200Wh/kg，而鋰離子電池能量密度大約在150-350Wh/kg。但是鈉離子電池有一個巨大的優勢：那就是鈉離子電池的大小與鋰離子電池大小相當，在大多數設備上都可以兼容。所以現在所有使用鋰離子電池的產品上，鈉離子電池都可以輕松取代鋰離子電池。

　　鈉離子電池產業化、商業化近年來也加快了腳步。寧德時代董事長在今年7月份宣布了公司鈉離子電池研發的最新成果。自從寧德時代建立21C試驗室以后，他們就決定把鈉離子電池作為中短期的三個首要研討方向之一。中科海鈉公司通過研究鈉離子電池，近年來推出了很多利用鈉電池作為動力的鈉離子電池電動自行車、鈉離子電池汽車和鈉離子電池儲能電站。這些產品作為公司最新的產品而受到大力推廣。

　　鈉離子電池的商業化應用是現有鋰電池的補充，鈉離子電池的技術不斷進步，現在鈉離子電池的能量密度能夠做到 150Wh/kg 上下，與當前錳酸鋰電池的能量密度接近。充放電循環的次數可以達 3000~6000 次，與磷酸鐵鋰電池的充放電次數相當。這樣的使用情況優于磷酸鐵鋰電池，熱穩定性和安全性與磷酸鐵鋰電池的安全性相差無幾。

　　在生產成本方面，以中科海鈉生產的鈉離子電池的為例，同等情況下，鈉離子電池成本要比鋰離子電池低30%。但現階段，與已經商業化應用成熟的鋰離子電池比較， 鈉離子電池系統因為工藝還未成熟，研發設備成本高昂，產品不夠一致，造成出產成本比鋰電池來更加難以操控，鈉電池的成本優勢難以發揮，這都導致鈉電池的功能和價格處于劣勢。

　　由于鈉電池剛發展起來，鈉離子電池也尚無一致的規范系統及第三方檢測認證組織，功能參數需要長時間且詳細地修訂。不過隨著各家公司與資本參與進了鈉離子電池的研發，鈉離子電池的產業化進程和商業化應用有望加快。

　　鈉離子電池與鋰離子電池的區別很大程度上在于正極的材料。現在鈉離子電池正極的材料主要有以下這幾種：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、 鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍類化合物等幾大類。

　　“鈉電池正負極材料”

       在這幾種化合物中，層狀金屬氧化物是比較主流的正極材料。中科海鈉、鈉立異動力、Faradion等幾家主要進行鈉電池研發的公司均挑選了層狀金屬氧化物作為正極材料。在這幾家公司中，中科海鈉的產品能量密度到達135Wh/kg，充放電的循環次數大于2000次，Faradion的產品能量密度到達140Wh/kg，循環次數到達1000次。

　　鈉離子電池的正極材料的不斷研發與成熟，將為鈉離子電池的產業化和商業化帶來巨大的成本優勢。各類鈉離子電池正極材料的成本均遠遠低于鋰離子電池正極材料。根據中科海鈉公布的數據，鈉離子電池的正極材料的生產成本，僅為鋰離子電池正極材料的40%左右。

　　鋰電池負極材料主要是石墨，而生產高功率負極材料主要用到的是碳材料和鈦酸鋰等。生產鈉離子電池的負極材料有碳類、合金類、過渡金屬氧化物等。這些材料合成的鈉離子電池具有較高的電能容量，但是之前由于工藝不成熟，鈉離子生產的電池體積會明顯增加，嚴重影響電池的性能。金屬氧化物、磷酸鹽等材料制成的電池大多容量較低。

　　無定型碳材料是在生產高能量密度的鈉離子電池負極材料中，最有期望走向商業化的。這種材料的容量和充放電循環次數均已非常接近商業運用標準。但這種材料的問題在于生產成本較高。所以，現在開發的無煙煤及無定型碳材料是性價比最高的鈉離子電池負極資料。

　　中科海鈉經過調研，發現生產鈉電池的材料——無煙煤的開采成本比較低廉，這種煤每噸的價格是1800 元，用優質的無煙煤制備鈉離子電池負極將有利于使鈉離子電池的制造成本大幅下降。經過試驗后，中科海納的研究員們最終究研發出了無煙煤基鈉離子電池負極材料。

　　“鈉電池運用場景”

　　鈉離子電池在對能量密度要求不高的場景中，即對電池的大小要求不高的時候，將有著廣泛的運用遠景。尤其是在磷酸鐵鋰電池占有優勢的運用場景，尤其是生活中，如：電動兩輪車、低速四輪車、儲能電站等設備中，鈉離子電池都將在市場上部分取代鋰電池，從而在市場競爭中占有一席之地。

　　過去因為產業鏈不夠成熟，鈉離子電池實際制造成本在1元/Wh 以上。若鈉離子電池產業持續發展，當產能到達一定產能時，鈉離子電池的設備折舊費用將會降低，鈉離子材料來源成本低的優勢將顯現出來，鈉離子電池有望在儲能、電動自行車、A00 等級轎車等領域內代替鋰電池。