闲谈钠电池

上可制衡锂电，下可对攻铅酸，比起固态电池技术瓶颈的突破，个人觉得钠电池的征途更加璀璨！

——前言

一、起源

作为同一主族的相邻元素，Na和Li两者化学性质相近，追溯历史可知，两者的研究属于同一时代。石墨储锂机制的率先发现，锂电池的商业化发展率先步入爆发期，钠电池逐渐淡出主流视野。因为Na+相较于Li+半径更大，导致石墨嵌钠并不可行，这使得钠电池的能量密度远不如锂电池，钠电池的商业化进程也远远落后于锂电池。随着锂资源的暴发户式的涨价，钠电池加速了商业化的进程。此外，虽然锂资源储量并不少，但可开采的锂矿十分稀缺。即便中国的锂离子电池产量占据全球的60-80%，但80%的锂原料仍依赖于国外进口。依赖进口，就有被“卡”的风险。当初为了解决石油“卡脖子”问题而扶持的新能源行业，似乎迎来了新一轮的锂资源“卡脖子”。这并不是整个行业，乃至国家层面愿意见到的事情。

宁德时代成为了资本市场中第一个吃“钠电螃蟹”的公司。2021年5月28日，宁德时代发布了第一代钠离子电池，电芯单体能量密度达到160Wh/kg，直逼磷酸铁锂。自此开始，几乎所有做锂电的公司，都陆续公布了自己对钠电布局的最新进展。

二、工作原理

20世纪70年代，被誉为世界锂电奠基人的Michel Armand提出了“摇椅式电池”的概念。以锂离子电池为例，在充电时，锂离子由正极经过电解液“游”到负极中；放电时，锂离子又从负极返回到正极。锂离子在电池两极间摇摆，故而得名“摇椅式”。钠离子电池的工作原理几乎与此相同。

三、市场

钠电池主打储能、低速车、两轮车三大领域，预计25年需求达约70GWh，规模达400亿元。钠离子电池，首先是便宜。相比锂离子，钠离子在地壳元素中的储备更丰富，因而成本低，目前碳酸钠大约是3000元/吨，相比20几万元一吨的碳酸锂，价格只有百分之一不到。

此外，钠电池的正负极均采用铝箔，可以进一步降成本。其次是安全性。钠电池可以在零电压环境下保存和运输，没有运输安全风险，即便短路，自发热热量也很少，不会起火或爆炸。最后是能量密度在目前的技术条件下，钠电池的电芯能量密度大约为70-200Wh/kg，虽比不上三元锂电的200-350Wh/kg，但已经可以与磷酸铁锂一战（能量密度150-210Wh/kg），碾压铅酸电池（30-50Wh/kg）。综合成本和性能，理论上，钠离子电池已经可以平替磷酸铁锂，取代污染更严重的铅酸电池。只要钠离子电池能够量产，市场是现成的。

四、产业化

五、材料技术路线

六、小结

（1）钠电池具有成本低、倍率性能优异、低温容量保持率高、安全性高等核心优势，但同时也面临着能量密度偏低等问题。

（2）钠电池与锂电池材料差异主要体现在正负极材料、电解液以及集流体等主材。钠电池原理结构类似锂电池，虽制备工艺存在区别，但生产设备基本可兼容。

（3）目前钠电池处于商业化前期，预期主要下游应用方向为储能、低速车、两轮车三大领域，预计2025年全球需求达约70GWh，市场空间将达到400亿规模。（4）目前钠电池材料体系仍处于前期摸索阶段，硬碳作为负极材料的确定性较高，能率先在硬碳材料取得技术突破且大规模量产的企业有望迎来投资机会。（5）由于正极材料、电解液和添加剂等活性物质也是提高钠电池性能的关键材料，因此，低成本且来源稳定的正极材料、电解液和添加剂等活性物质也将是我们关注的重点。