鈉離子電池能否取代鋰離子電池？

近年來，鈉離子電池快速發(fā)展，寧德時(shí)代和比亞迪等制造商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池的初步商業(yè)化。雖然鈉離子電池的能量密度顯著低于鋰離子電池，但前者的充放電速率可以更快，壽命可以更長(zhǎng)，并且可以忍受更低的溫度。最為重要的是，制造鈉離子電池用到的稀有原材料更少，這就意味著，鈉離子電池會(huì)更具成本效益。因此，產(chǎn)業(yè)界始終認(rèn)為鈉離子電池至少可以在某些應(yīng)用場(chǎng)景中取代鋰離子電池（尤其是磷酸鐵鋰電池）。2024年，有不少學(xué)者評(píng)論稱，鈉離子電池已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，能夠勝任部分電動(dòng)汽車應(yīng)用場(chǎng)景的工作，具體性能已經(jīng)能夠媲美數(shù)年前進(jìn)入市場(chǎng)的磷酸鐵鋰電池。

2025年1月，斯坦福大學(xué)研究員闕宗仰（WilliamChueh）等人在《自然-能源》雜志上發(fā)表論文，詳細(xì)闡述了鈉離子電池在經(jīng)濟(jì)角度上是否真的能夠趕超磷酸鐵鋰電池。

首先，鈉離子電池的生產(chǎn)與鋰離子電池極為相似，這意味著鈉離子技術(shù)也會(huì)經(jīng)歷與鋰離子技術(shù)相似的快速發(fā)展和工業(yè)化過程，比如制造流程中突出的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和學(xué)習(xí)率。在鋰離子電池研發(fā)的歷史上，正是這些因素驅(qū)動(dòng)了成本大幅下降。不過，隨著時(shí)間的推移，材料相關(guān)費(fèi)用在總成本中所占的比例會(huì)越來越大，因而限制了電池生產(chǎn)成本下降的空間。這個(gè)動(dòng)態(tài)過程形成了由原材料成本決定的最低電池價(jià)格。

闕守八開友了一「模塵框未，融口了投不路線圖、紅驗(yàn)姒據(jù)以及對(duì)不木材科價(jià)格的預(yù)測(cè)。模型結(jié)果表明，到2030年，在闕團(tuán)隊(duì)考察的全部6048個(gè)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，鈉離子電池在超過 40% 的場(chǎng)景里可以擁有與磷酸鐵鋰電池一較高下的能力。當(dāng)然，同所有預(yù)測(cè)類研究一樣，闕團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究也有很高的不確定性。他們的重要貢獻(xiàn)之一就是用一個(gè)相當(dāng)保守的場(chǎng)景闡明，鈉離子電池的比能量將在2030年達(dá)到 157Wh/kg 。如果在此期間出現(xiàn)意料之外的供應(yīng)中斷導(dǎo)致鋰離子電池的關(guān)鍵材料價(jià)格上漲，那么鈉離子電池在商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力上追上鋰離子電池的時(shí)間還會(huì)大幅提前。

值得注意的是，闕團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果可能確實(shí)保守了一些。寧德時(shí)代于2021年推出的鈉離子電池已經(jīng)應(yīng)用于汽車，并且比能似乎已經(jīng)達(dá)到了 160Wh/kg 。另外，最近有消息稱，他們的下一代電池比能將達(dá)到 200Wh/kg ，并且將在2030年之前進(jìn)入市場(chǎng)。

我們也有充分的理由對(duì)鈉離子技術(shù)的前景保持謹(jǐn)慎，但總的來說，固定存儲(chǔ)和可持續(xù)性等應(yīng)用場(chǎng)景確實(shí)都有利于鈉離子電池。從更宏觀的角度來看，技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素決定了鈉離子電池必然具備在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用的潛力。不過，在具體應(yīng)用中，究竟哪種電池技術(shù)會(huì)占上風(fēng)仍舊是個(gè)未知數(shù)。當(dāng)然，并非所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)或細(xì)分市場(chǎng)都需要使用相同類型的電池，未來十年內(nèi)很可能會(huì)有多種類型、多種化學(xué)成分的電池齊頭并進(jìn)。我們應(yīng)當(dāng)以合理的方式探索各種能夠緩解原材料匱乏和可持續(xù)性欠佳等問題的技術(shù)發(fā)展路徑。 ？

李威編譯自Nature