鉅大LARGE | 點擊量：1277次 | 2021年10月30日
鈉電池可不可以取代鋰離子電池？
時代永遠在變，浪奔浪流，大浪淘沙。
當(dāng)數(shù)碼相機成熟的時候，做相機膠卷的柯達被淘汰了。
當(dāng)智能手機成熟的時候，做傳統(tǒng)手機的諾基亞也被時代淘汰了。
那么，問題來了，鋰離子電池也會被時代淘汰嗎？要回答這個問題，還要看看鋰離子電池的競爭對手鈉電池究竟行不行。
鋰離子電池的現(xiàn)狀
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
自從40年前，約翰.古迪納夫（JohnbGoodenough)發(fā)明鋰離子電池以來，鋰離子電池變得越來越緊要，它已經(jīng)成為智能手機與電動汽車的標(biāo)配。在國內(nèi)也涌現(xiàn)了很多與鋰相關(guān)的明星公司，比如做鋰離子電池的寧德時代，比如供應(yīng)鋰礦資源的贛鋒鋰業(yè)。
但是鋰資源在地球上十分稀少，在將來，鋰資源也面對著像石油資源相同的枯竭危險。
而且提取鋰的工藝也比較復(fù)雜，從鹽湖里提取鋰，要用到萃取或者電滲析膜分離等技術(shù)，工藝繁瑣而且成本較高。
從1980年出現(xiàn)鈷酸鋰離子電池技術(shù)，到1982年出現(xiàn)錳酸鋰技術(shù)，到1991年索尼推出第一款商用鋰離子電池，再到1997年提出磷酸鐵鋰技術(shù)，此后的20年再沒有新的鋰電技術(shù)出現(xiàn)，鋰離子電池本身也開始面對著上升的極限，尤其是使用壽命與能量密度的提高越來越困難，所以尋找新的替代技術(shù)有了天然的需求。
有沒有鋰離子電池替代產(chǎn)品呢？
也許是有的，那就是鈉離子電池。
鈉離子電池為何有可能取代鋰離子電池？
鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素，從元素周期表中來看，鈉與鋰屬于同一族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)相近，因此理論上鈉也可以像鋰相同用來做電池。當(dāng)然了，鈉的原子半徑比鋰要大很多，因為鈉原子比鋰原子要多8個電子，所以自然長得很胖。一旦長胖，就會有很多麻煩，比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中，而且它比鋰要重很多，使得單位質(zhì)量的電池儲能就要比鋰少。
但是，鈉有一個優(yōu)勢——鈉元素在地球上的含量非常高，它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽里就有大量的鈉，海水中也有非常多的鈉。正因為含量十分豐富，所以鈉比鋰要便宜很多。在市場上，作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸要幾萬元；而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸只要幾千元。所以，作為電池來說，鈉電池與鋰離子電池相比的一個突出優(yōu)勢就是便宜，這關(guān)于產(chǎn)業(yè)化來說是一個非常核心的優(yōu)點。因為產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的是成本。
當(dāng)然，成本優(yōu)點不等于技術(shù)優(yōu)點，關(guān)鍵還要看鈉是否真的可以做電池。電池的正極材料、負極材料、電解液是三個基本的組成部分，這些對鈉電池來說都沒有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負極材料為例，可以做負極的材料有很多種，研究的比較多的重要是硬碳材料。雖然硬碳的儲鈉機理目前還沒有定論，而且不同的人做出的電池負極性能差異比較大，但這只是工藝問題，總有一天能做到標(biāo)準化的。
實際上，鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒有太大的差別，利用的是鈉離子在正負極之間嵌脫過程實現(xiàn)充放電。充電時，鈉離子從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，同時電子補償電荷經(jīng)外電路供給到負極，保證正負極電荷平衡。放電時則相反，鈉離子從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。在正常的充放電情況下，鈉離子在正負極間的嵌入脫出不應(yīng)當(dāng)破壞電極材料的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)（當(dāng)然在實際情況下可能會萌生一定的記憶效應(yīng)，也可能導(dǎo)致電極材料的老化）。
那么，鈉離子電池有技術(shù)優(yōu)點嗎？有的人宣稱在原理上，鈉離子電池的充電時間可以縮短到鋰離子電池的1/5——雖然目前這方面的公開數(shù)據(jù)并不是很充足，于是只能說這是潛在的優(yōu)勢。也有相關(guān)資料宣稱，鈉離子電池壽命超過10年，而通常鋰離子電池使用壽命惟有3-4年，不過關(guān)于這一點是存疑的，據(jù)硅谷動力君調(diào)研，鈉離子電池的重要問題正是循環(huán)壽命不高，所以這是一個爭議點。
我國首輛鈉離子電池低速電動汽車已經(jīng)問世
目前有定論的是，鈉離子電池有成本低的優(yōu)勢，其他的技術(shù)優(yōu)點則不太分明。那么這一范疇目前的情況又是如何的呢？
作為一個有示范性意義的項目，2018年六月，我國首輛鈉離子電池低速電動汽車在我國科學(xué)院物理研究所園區(qū)內(nèi)示范演示——請留意，這里的關(guān)鍵詞是“低速”。該輛低速電動汽車是由依托物理所鈉離子電池專利技術(shù)成立的中科海鈉科技公司推出的。在2017年，我國科學(xué)院物理研究所就以鈉離子電池技術(shù)相關(guān)專利出資成立了中科海鈉科技有限責(zé)任公司，我國科學(xué)院物理研究所陳立泉院士，胡勇勝研究員為技術(shù)帶頭人。隨后，中科海鈉公司在江蘇溧陽準備建立產(chǎn)業(yè)化基地，加速推進鈉離子電池商業(yè)化進程。
但是，據(jù)硅谷動力君了解，目前鈉離子電池的能量密度只能達到120瓦時/公斤。所以，在能量密度這一技術(shù)指標(biāo)上，鈉離子電池還不能與鋰離子電池相提并論，因為鋰離子電池的能量密度300瓦時/公斤以上。
從能量密度的角度來說，今朝的鈉離子電池只能達到鋰離子電池的一半以下，因此鈉離子電池目前只能用在低速電動汽車、電動船、家庭儲能等對能量密度要求較低的范疇，目前還不能用鈉電池做出高速電動汽車。用鈉電池做電動自行車是比較適宜的，比如我國長城旗下公司研發(fā)的鈉離子電池包實現(xiàn)了電動自行車上的示范使用。
我國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國科學(xué)院物理所參與的鈉離子電動汽車只是一個演示性的項目。
但鈉電池是一個新興的產(chǎn)業(yè)，它可能還要更多的研發(fā)才能綻放出時間的玫瑰。在目前的我國，鈉電池的產(chǎn)業(yè)化的步伐正在加速。2019年一月，位于鞍山的遼寧星空鈉電電池有限公司自主研發(fā)的鈉離子電池近日進入量產(chǎn)階段，世界上首條鈉離子電池加工線投入運行，預(yù)計規(guī)模化加工后年產(chǎn)值超過100億元。
除了公司界的努力，在學(xué)術(shù)界也還有很多研究團隊在致力于鈉電池的研發(fā)。比如南京理工大學(xué)夏暉教授在鈉電池的錳基正極材料研究方面上取得了進展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》上。夏暉教授的研究團隊找到的這種正極材料制成的鈉電池電極比容量達到211.9毫安時每克，而目前市面上的鋰離子電池正極材料比容量約莫為140毫安時每克。不過在硅谷動力君看來，學(xué)院派對鈉離子電池的研究重要是對各種水系電解質(zhì)、有機系電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)以及相應(yīng)的不同的正負極材料做排列組合，這些排列組合總可以做出比較高的比容量，但對產(chǎn)業(yè)界來說，核心問題還不是比容量的問題，核心問題是電池的循環(huán)壽命——也就是說這個電池能用多長的時間，能充電放電多少次，這個才是產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的。
所以，從產(chǎn)業(yè)情況來看，目前鈉電池的產(chǎn)業(yè)化還停留在初級階段，很多研究成果只是在高校與研究所流傳，離真正落地還要一定的時間——甚至有研究人員表示，在地球上的鋰儲量用完之前，鈉離子電池根本沒有機會。不過在硅谷動力君看來，鈉電池也可能像人工智能技術(shù)相同，一開始可能并不被人看好，只能在學(xué)院派里流傳，但也許有一天會發(fā)生突變，迅速落地在產(chǎn)業(yè)界。這是很有可能的，所以鈉電池實際上值得有前瞻思維的公司家與投資者高度關(guān)注。
鈉離子電池是將來儲能電池的緊要發(fā)展方向之一。隨著鈉離子研發(fā)技術(shù)的不斷進步，鈉離子電池的商業(yè)化進程會不斷加快，也許提前布局這一范疇有望在新能源電池范疇搶得先機。當(dāng)然今朝說鈉離子電池取代鋰離子電池仿佛為時尚早。
