论文部分内容阅读
近期，工信部在对《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》答复函中表示，锂离子电池、钠离子电池等新型电池是推动新能源产业发展的“压舱石”，工信部将加快布局，推动钠离子电池的发展。
电池行业专家普遍认为，钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域具有良好的发展前景。技术路线选择决定着高科技公司的前途命运，对于钠离子电池，需要理性地分析其利弊。
钠电池是“新风口”吗
7月29日，宁德时代新能源科技有限公司（下称“宁德时代”）召开线上发布会，正式推出钠离子电池。作为该公司开发的第一代钠离子电池，电芯单提能量密度达到了160Wh/kg。为了弥补钠离子电池现阶段的能量密度短板，宁德时代还发布了锂钠混搭电池包，兼具钠离子电池的热稳定性、长寿命和锂离子电池的高能量密度、快冲性能。
目前，国内外有近二十家企业布局钠离子电池产业化生产。国外企业主要包括英国Faradion公司、美国Natron Energy公司、日本岸田化学、松下、三菱等，国内的钠创新能源企业包括中科海钠、宁德时代。
相比于锂离子电池，钠离子电池这一相对小众的电池技术路线很少进入公众视野。实际上，钠离子电池并不是一项新技术，关于其研究可以追溯到上世纪70年代。锂离子电池先行成功商业化后，使得科研力量开始向钠离子电池集中。由于具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，2010年以来，钠离子电池受到国内外学术界和产业界的广泛关注，迎来发展转折点。
2020年，美国能源部公布了对电池研究计划的布局，着力开展对动力电池和储能电池的基础研究与先进制造，同时明确了将钠离子电池作为储能电池的发展体系。欧盟储能计划“电池2030”项目公布了未来重点发展的电池体系，将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将“钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件”列为重点发展项目。目前，钠离子电池已逐步从实验室走向实用化阶段。
英国Faradion是较早开展钠离子电池技术开发及产业化工作的公司，现已研制出10A.h软包电池样品，能量密度达到140（W.h）/kg，在80%放电深度下的循环寿命预测可超过1000次；美国Aquion Energy公司是全球第一家批量生产水系钠离子电池的公司，该公司的电池成本低廉，不足锂离子电池使用成本的1/3，可以实现持续5000次以上的充放电循环，并且效率在85%以上。水系钠离子电池拥有安全可靠、成本低、资源丰富、运维简单、环境友好等显著优势，有望成为新一代电化学储能的重要技术。
欧盟Naiades项目开发出了基于氟磷酸钒钠-硬碳体系的1A.h钠离子电池原型，能量密度为90（W.h）/kg，1C倍率下的循环寿命达到4000次；美国Natron Energy公司采用普鲁士蓝材料开发了高倍率水系钠离子电池，2C倍率下的循环寿命达到10000次。但是，普鲁士蓝材料作为正极材料，压实密度较低，生产制作工艺也较为复杂，其体积能量密度仅为50（W.h）/L。
中国钠离子电池技术研究，一直处于世界前列。中国首家钠离子电池公司中科海钠成立于2017年，其背后是中科院物理研究所研究团队。中科海钠的钠离子电池产品，首先应用在低速电动车、电动自行车和5G基站。2019年，由中科院物理研究所和中科海钠公司研发团队共同完成的世界首座100KWh钠离子电池储能电站在江苏溧阳诞生，标志着我国在世界率先实现了钠离子电池储能电站示范运行。6月28日，中科海钠推出的全球首个1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投运。
尽管部分国家相关研究早有布局，不过，钠离子电池目前仍处在产业化初期，其相关专利在全世界还非常少。由于缺乏规模效应，其成本优势目前并不明显。宁德时代预计，2023年将形成基本产业链。
钠电池是“优秀替代品”
钠离子电池最大优点在于钠资源的丰富。全球锂资源储量有限，70%的锂资源分布在南美洲，随着电动汽车和新能源产业飞速发展，锂资源重要性不断上升，其供应问题成为业界最大担忧，许多国家已将锂列为关键原材料或战略性矿产资源。
就中国而言，尽管锂资源储量排在世界前列，但现实是，中国的锂资源品质和开发条件较差，开发难度大、成本高，导致中国锂资源供应80%依赖进口。目前，中国是全球锂资源第一进口国。与锂元素相比，地壳中钠资源储量丰富，且在全球范围内分布广泛，供应短缺风险要小得多。
成本方面，由于资源丰富，每千克钠仅2元左右，而每千克锂高达150元左右，目前仍在疯狂涨价，锂价预测将超过历史前高18万元/吨。采用钠离子作正极材料的电池，成本较锂离子电池低30%至40%，成本优势显而易见。同时，相比锂离子电池，钠离子电池生产工序简单，容易实现低成本制备。
鈉离子电池还具有耐寒特性，低温性能优异，在零下20摄氏度的温度下也能保持较高容量。锂离子电池在这方面就表现一般，例如，一些电动汽车在极其寒冷的天气下，续航里程可能大幅缩水。中国的新能源配储需求最高的地区正是冬季气温相对更加寒冷的三北地区，钠离子电池正好可以发挥作用。
在便携式设备中，电池安全隐患会给用户带来较大不便和潜在危险。电网规模方面，电池安全隐患将会造成更为严重的生命损伤和高昂的财产损失，电池起火和爆炸的安全事故将更具灾难性。一些关于钠离子电池的报告表明，由于其电极材料具有优异的热稳定性，比锂离子电池更为安全。
“钠锂混搭”是未来常态
当前的动力电池市场，主要有三元锂电池和磷酸铁锂电池两种技术方向。钠离子电池会不会颠覆动力电池行业这种格局呢？
其实，动力电池在使用方面一直面临两大难题：一是续航问题，钠离子电池电芯单体能量密度最高可达到160Wh/kg，但相较于三元锂电池约300Wh/kg，能量密度仍有很大欠缺。所以，钠离子电池只能配备在低端车型上；二是质量和体积问题，钠离子质量和半径较大，使得钠离子电池在这方面也不如锂离子电池。
笔者认为，尽管钠离子电池获得了极大关注度，但从其基本特性来看，很难撼动锂离子电池在动力电池领域的主导地位。长期来看，钠离子电池产业化难改锂离子电池刚需。
近年来，为应对全球气候变化，可再生能源发电系统激增，但由于可再生能源具有随机性、间歇性特点，若将可再生能源所产生的电能全部直接接入电网，会对电网产生很大冲击。因此，高效便捷的电网储能装备成为必需品。
二次电池是能够部署在家庭、城市和电网端的大规模能源存储装置，现有的二次电池技术以锂离子电池和铅酸电池为主导。尽管锂离子电池在电动汽车和便携式电子设备等传统市场上表现出色，但由于其存在成本高、安全性低和使用寿命不足问题，在大规模电网存储中部署仍然面临阻力。因此，发展低成本、高性能以及安全性好的替代方案成为电网储能的迫切需要。发展钠离子电池可以减少或避免锂、钴和镍等昂贵元素的使用，降低储能成本。因而钠离子电池在电网储能领域具有相当竞争力，是锂离子电池的“优秀替代品”，有望成为二次电池技术的新贵。
钠离子电池中，钠硫电池仍以日本特殊陶业公司为龙头，由于安全性能因素，参与研发生产的企业较少；水系钠离子电池以高安全性占据一席之地，越来越多的企业关注于此，并投入研发；固态钠离子电池仍处于研发阶段，还未实现规模化生产。随着全球大规模储能产业飞速发展，伴随众多电化学储能技术的涌现，作为锂离子电池技术的重要补充，钠离子电池将凭借其独特优势在储能领域开拓出广阔的用武之地。预计2025年，国内钠离子电池市场空间可超500亿元。
尽管拥有较大发展前景，将钠离子电池应用于电网储能仍需克服一些障碍，其中包括电解质的稳定性、电极和电解质界面的稳定性、安全性以及废弃电池的可回收性等几个问题。在碳达峰、碳中和的大背景下，新能源需求激增，钠离子电池、锂离子电池以及其他技术路线多元共存可能是未来常态。钠离子电池是否能够成为新能源的未来，产业界将会作出明智的选择。
（责编 王茜 美编 刘晓莹）
电池行业专家普遍认为，钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域具有良好的发展前景。技术路线选择决定着高科技公司的前途命运，对于钠离子电池，需要理性地分析其利弊。
钠电池是“新风口”吗
7月29日，宁德时代新能源科技有限公司（下称“宁德时代”）召开线上发布会，正式推出钠离子电池。作为该公司开发的第一代钠离子电池，电芯单提能量密度达到了160Wh/kg。为了弥补钠离子电池现阶段的能量密度短板，宁德时代还发布了锂钠混搭电池包，兼具钠离子电池的热稳定性、长寿命和锂离子电池的高能量密度、快冲性能。
目前，国内外有近二十家企业布局钠离子电池产业化生产。国外企业主要包括英国Faradion公司、美国Natron Energy公司、日本岸田化学、松下、三菱等，国内的钠创新能源企业包括中科海钠、宁德时代。
相比于锂离子电池，钠离子电池这一相对小众的电池技术路线很少进入公众视野。实际上，钠离子电池并不是一项新技术，关于其研究可以追溯到上世纪70年代。锂离子电池先行成功商业化后，使得科研力量开始向钠离子电池集中。由于具有资源丰富、价格低廉、环境友好等优点，2010年以来，钠离子电池受到国内外学术界和产业界的广泛关注，迎来发展转折点。
2020年，美国能源部公布了对电池研究计划的布局，着力开展对动力电池和储能电池的基础研究与先进制造，同时明确了将钠离子电池作为储能电池的发展体系。欧盟储能计划“电池2030”项目公布了未来重点发展的电池体系，将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。欧盟“地平线2020研究和创新计划”更是将“钠离子材料作为制造用于非汽车应用耐久电池的核心组件”列为重点发展项目。目前，钠离子电池已逐步从实验室走向实用化阶段。
英国Faradion是较早开展钠离子电池技术开发及产业化工作的公司，现已研制出10A.h软包电池样品，能量密度达到140（W.h）/kg，在80%放电深度下的循环寿命预测可超过1000次；美国Aquion Energy公司是全球第一家批量生产水系钠离子电池的公司，该公司的电池成本低廉，不足锂离子电池使用成本的1/3，可以实现持续5000次以上的充放电循环，并且效率在85%以上。水系钠离子电池拥有安全可靠、成本低、资源丰富、运维简单、环境友好等显著优势，有望成为新一代电化学储能的重要技术。
欧盟Naiades项目开发出了基于氟磷酸钒钠-硬碳体系的1A.h钠离子电池原型，能量密度为90（W.h）/kg，1C倍率下的循环寿命达到4000次；美国Natron Energy公司采用普鲁士蓝材料开发了高倍率水系钠离子电池，2C倍率下的循环寿命达到10000次。但是，普鲁士蓝材料作为正极材料，压实密度较低，生产制作工艺也较为复杂，其体积能量密度仅为50（W.h）/L。
中国钠离子电池技术研究，一直处于世界前列。中国首家钠离子电池公司中科海钠成立于2017年，其背后是中科院物理研究所研究团队。中科海钠的钠离子电池产品，首先应用在低速电动车、电动自行车和5G基站。2019年，由中科院物理研究所和中科海钠公司研发团队共同完成的世界首座100KWh钠离子电池储能电站在江苏溧阳诞生，标志着我国在世界率先实现了钠离子电池储能电站示范运行。6月28日，中科海钠推出的全球首个1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投运。
尽管部分国家相关研究早有布局，不过，钠离子电池目前仍处在产业化初期，其相关专利在全世界还非常少。由于缺乏规模效应，其成本优势目前并不明显。宁德时代预计，2023年将形成基本产业链。
钠电池是“优秀替代品”
钠离子电池最大优点在于钠资源的丰富。全球锂资源储量有限，70%的锂资源分布在南美洲，随着电动汽车和新能源产业飞速发展，锂资源重要性不断上升，其供应问题成为业界最大担忧，许多国家已将锂列为关键原材料或战略性矿产资源。
就中国而言，尽管锂资源储量排在世界前列，但现实是，中国的锂资源品质和开发条件较差，开发难度大、成本高，导致中国锂资源供应80%依赖进口。目前，中国是全球锂资源第一进口国。与锂元素相比，地壳中钠资源储量丰富，且在全球范围内分布广泛，供应短缺风险要小得多。
成本方面，由于资源丰富，每千克钠仅2元左右，而每千克锂高达150元左右，目前仍在疯狂涨价，锂价预测将超过历史前高18万元/吨。采用钠离子作正极材料的电池，成本较锂离子电池低30%至40%，成本优势显而易见。同时，相比锂离子电池，钠离子电池生产工序简单，容易实现低成本制备。
鈉离子电池还具有耐寒特性，低温性能优异，在零下20摄氏度的温度下也能保持较高容量。锂离子电池在这方面就表现一般，例如，一些电动汽车在极其寒冷的天气下，续航里程可能大幅缩水。中国的新能源配储需求最高的地区正是冬季气温相对更加寒冷的三北地区，钠离子电池正好可以发挥作用。
在便携式设备中，电池安全隐患会给用户带来较大不便和潜在危险。电网规模方面，电池安全隐患将会造成更为严重的生命损伤和高昂的财产损失，电池起火和爆炸的安全事故将更具灾难性。一些关于钠离子电池的报告表明，由于其电极材料具有优异的热稳定性，比锂离子电池更为安全。
“钠锂混搭”是未来常态
当前的动力电池市场，主要有三元锂电池和磷酸铁锂电池两种技术方向。钠离子电池会不会颠覆动力电池行业这种格局呢？
其实，动力电池在使用方面一直面临两大难题：一是续航问题，钠离子电池电芯单体能量密度最高可达到160Wh/kg，但相较于三元锂电池约300Wh/kg，能量密度仍有很大欠缺。所以，钠离子电池只能配备在低端车型上；二是质量和体积问题，钠离子质量和半径较大，使得钠离子电池在这方面也不如锂离子电池。
笔者认为，尽管钠离子电池获得了极大关注度，但从其基本特性来看，很难撼动锂离子电池在动力电池领域的主导地位。长期来看，钠离子电池产业化难改锂离子电池刚需。
近年来，为应对全球气候变化，可再生能源发电系统激增，但由于可再生能源具有随机性、间歇性特点，若将可再生能源所产生的电能全部直接接入电网，会对电网产生很大冲击。因此，高效便捷的电网储能装备成为必需品。
二次电池是能够部署在家庭、城市和电网端的大规模能源存储装置，现有的二次电池技术以锂离子电池和铅酸电池为主导。尽管锂离子电池在电动汽车和便携式电子设备等传统市场上表现出色，但由于其存在成本高、安全性低和使用寿命不足问题，在大规模电网存储中部署仍然面临阻力。因此，发展低成本、高性能以及安全性好的替代方案成为电网储能的迫切需要。发展钠离子电池可以减少或避免锂、钴和镍等昂贵元素的使用，降低储能成本。因而钠离子电池在电网储能领域具有相当竞争力，是锂离子电池的“优秀替代品”，有望成为二次电池技术的新贵。
钠离子电池中，钠硫电池仍以日本特殊陶业公司为龙头，由于安全性能因素，参与研发生产的企业较少；水系钠离子电池以高安全性占据一席之地，越来越多的企业关注于此，并投入研发；固态钠离子电池仍处于研发阶段，还未实现规模化生产。随着全球大规模储能产业飞速发展，伴随众多电化学储能技术的涌现，作为锂离子电池技术的重要补充，钠离子电池将凭借其独特优势在储能领域开拓出广阔的用武之地。预计2025年，国内钠离子电池市场空间可超500亿元。
尽管拥有较大发展前景，将钠离子电池应用于电网储能仍需克服一些障碍，其中包括电解质的稳定性、电极和电解质界面的稳定性、安全性以及废弃电池的可回收性等几个问题。在碳达峰、碳中和的大背景下，新能源需求激增，钠离子电池、锂离子电池以及其他技术路线多元共存可能是未来常态。钠离子电池是否能够成为新能源的未来，产业界将会作出明智的选择。
（责编 王茜 美编 刘晓莹）