鈉離子電池為何成為研究新方向

文／唐 堃

目前，中科院物理所在國際上首次發明了鈉離子電池正極材料，不用鈷，不用鋰，用的是相對比較便宜的鈉銅鐵錳。負極材料開創性地用無煙煤來做材料，無煙煤是能夠取得高碳比最便宜的原材料。這樣，在核心的正負極材料、電壓體系和電池設計中，實現了綜合的全體系創新，從而降低電池成本和提升性能。

目前，我國在鋰電池領域已經做到了世界級的突破，去年鋰電池在電動汽車領域的滲透率已經超過20%。但是這也帶來一個很大的問題，如果實現全面電動化之后，我國80%鋰電池的鋰元素-碳酸鋰都要靠進口。

實現電動化的初衷是為了破解進口石油依賴問題，現在又遇到了一個新的資源依賴問題——鋰資源80%在南美，跟石油一樣面臨著成本、戰略安全等問題。科學家及經濟分析師在十幾年前就預見到，如果全世界的汽油車都變成鋰電池驅動，南美洲可能就會成為新的中東。

除了電動汽車產業外，風電光伏也可能成為未來能源的重要供給路線，但新能源發電的間歇性與波動性對儲能提出了很高的要求。電網的發輸配用必須是聯動的，所以對儲能電池的需求會更大。如果未來儲能或者新能源發電占到50%，配套5-10%的儲能電池，那對電池的消耗量就非常大，甚至超過目前對動力電池的需求。

一般來說，電池成本等于原料成本加上制造費用，分析目前鋰電池里面用的幾種元素，鈷是最貴的，所以有團隊在研制無鈷電池。鎳也是相對比較貴的，過去幾個月鎳價格波動很大。鋰也成了影響價格的重要因素，在過去1-2年內，碳酸鋰價格每噸從4萬元，最高漲到50萬元，漲了10多倍。所以元素成本對于電池成本影響是非常明顯的。

發展鈉離子電池，就是希望在新的電池體系中降低元素成本，不用鈷，不用鋰，把它替換成更廉價的鈉離子電池，從而實現電池成本大幅度降低。

鈉離子電池在原理上跟鋰離子電池是完全相同的，在制造工藝上也是類似的，目前和鋰電池生產線設備是兼容的。把鋰電池的正極材料、負極材料與電解液中的鹽替換成含鈉的材料即可，負極材料替換成無煙煤制備的負極，正極材料不用磷酸鐵鋰，用含銅的過渡金屬氧化物。

這在戰略上這是非常可行的，目前鋰電池所有核心技術，包括工藝設備都可以借鑒。在第一性原理下實現降成本，1噸碳酸鋰價格最高的時候是40-50萬元，1噸碳酸鈉的價格大概是2000-3000元，成本差距是巨大的。

對比鈉離子電池跟鋰離子電池，前者能量密度稍微低一些，能量密度目前最高超過160瓦時每公斤，但在低溫充電、低溫放電安全性與環保性上都有很大的優勢，對比鉛酸電池是碾壓性優勢，所以鈉離子電池是一種高性價比電池體系。

鈉離子電池能量密度不如鋰離子電池，不適合用在手機、筆記本，包括一些長巡航無人機等產品，但在低速電動車，包括目前的A0級的車是它的用武之地。另外，規模儲能是鈉離子電池一個核心戰場，未來在雙碳戰略目標下對儲能要求非常高，這是個千億到萬億級的新市場，是一個巨大的增量市場。

全世界已有多家公司做鈉離子產品，尤其寧德時代宣布做鈉離子電池之后，國內也有很多新的鈉電池創業公司出現。初創企業領跑，大企業開始布局，鈉離子電池共識逐步確立，國家對鈉離子電池是產業支持的新興方向，希望鈉離子電池真正實現從夢想到現實。