鈉電池：量決定一切的未來能源

電動車發展勢頭正佳，而關於三元鋰和磷酸鐵鋰的路線之爭也從未消停，刀片電池、彈匣電池等名頭，無不向世人傳遞出一個信號：我才是動力電池的未來。但結果真的會如此嗎？答案是未必。

最近，寧德時代董事長曾毓群對外透露，將於今年7月前後發布鈉電池。

按照專家的說法，鈉電池是一種“不依賴資源”的新型電池，不會像鋰電池那樣受上遊原材料的供應以及價格變化影響，未來不存在發展瓶頸。

於是，吃瓜群眾們不僅好奇：鈉電池究竟是個啥？跟鋰電池相比，鈉電池的優點和不足又是什麽？到底誰才是動力電池的未來？

鈉電池是什麽？

跟鋰電池的命名方式一樣，鈉電池的全稱叫做“鈉離子電池”，其工作原理，就是通過鈉離子在電極之間的移動來實現充放電過程。

兩者工作原理略有不同的是，鋰電池是通過鋰離子在正負極之間移動、轉換實現充放電，而鈉電池是由鈉離子在正負極之間的嵌入、脫出實現電荷轉移。

簡單來說，這不就是將鋰離子換成了鈉離子麽？是的。而且，跟鋰電池類似的是，鈉電池在正負極材料的選用上也比較多元化，不同的電極材料能在電池能量密度方麵帶來不同的表現。

關於鈉電池最早的研究，始於上世紀70年代的第一次石油危機期間，隻是沒有像鋰電池那樣進展迅速，此後相關研究越來越少，直到2010年之後，鈉離子電池才與太陽能等可再生能源一起同步發展，以豐富儲能體係。在這方麵，歐美起步稍早，大概在2011年和2012年分別有公司涉足相關領域，美國能源部對此也有一定支持。

2012年，日本豐田曾發布一種鈉離子電池正極材料，在當時就已經能將電動車續航裏程提升到500-1000公裏。

在我國，包括中科院在內很多科研機構也在開展鈉電池的研究，科技部2016年為此專門立項，今年4月，國家發改委和國家能源局發文，提出要支持儲能多元化發展，以及加快鈉離子電池開展規模化。

從產業化推進速度和專利布局來看，目前我國在鈉電池領域處於領先地位。

鈉電池各項性能如何？

既然大家都重視，那鈉電池理應比鋰電池更有優勢才對。

可是，至少在目前看起來，跟如今應用最廣泛的兩種動力電池（磷酸鐵鋰、三元鋰）相比，鈉電池的主要性能指標其實並不具備明顯優勢，甚至在消費者十分看重的能量密度方麵還處於劣勢。

具體來看，如今三元鋰量產裝車已經做到180-200Wh/kg的水平，中短期目標是做到300Wh/kg；磷酸鐵鋰目前量產裝車最高的為140Wh/kg，中短期目標是實現180-200Wh/kg；而國內鈉離子電池目前能量密度最高為145Wh/kg，中短期目標是160-200Wh/kg，比三元鋰差了不少，跟磷酸鐵鋰在相近水平（中科院物理所研發的鈉電池，理論能量密度已經達到180 Wh/kg）。

雖然能量密度指標並不占優，但鈉電池在充電速度方麵卻有不小的優勢。眾所周知，即便采用大功率直流快充，三元鋰電池一般是半個小時能從20%充到80%，磷酸鐵鋰充電費時更久，而鈉電池隻要10分鍾就能幹到90%，也就相當於我們給車加個油的時間。

另外，在充放電循環壽命方麵，鈉電池可以做到4500次，三元鋰隻有兩三千次，這方麵磷酸鐵鋰優勢明顯，已經做到6000次，據稱鋰電池循環壽命最高可以超過上萬次。

低溫性能方麵，鈉電池在零下40攝氏度都可以正常工作，跟三元鋰差不多，比磷酸鐵鋰更能適應冬季以及高寒地區。

而在電動車用戶普遍關注的安全性方麵，鈉電池也比三元鋰更令人放心。這一方麵是因為其電解液穩定性高，另一方麵就是因為能量密度低，使得鈉電池在高溫性能方麵比三元鋰電池更好。

最後，鈉電池還有一個所有鋰電池都不具備的優勢，就是它不像鋰電池一樣擔心會過放電，所以鈉電池允許徹底放電到0伏——這對於一般電動車用戶好像沒什麽實質性意義，但對於儲能場景應用就更值得推廣了。

為什麽要發展鈉電池？

綜上，就實際應用而言，由於能量密度偏低，鈉電池目前還難言優勢，但鑒於其能量密度基本跟磷酸鐵鋰看齊，以及在其他性能方麵還有自己的特色，其量產價值其實已經不小。

但這就是世界上主要國家發展鈉電池的根本原因嗎？其實不然。鈉電池之所以能得到重視，最重要的原因，正是我們在本文開頭提出的——不依賴資源，這需要從兩個方麵來理解。

首先，論在地球上的儲量，鈉遠比鋰要豐富得多。

資料顯示，鋰在地殼中的含量僅為0.0065%，即便是把地球上所有的鋰元素都用來生產電動車，大概隻夠生產15億輛特斯拉。而且，大部分已探明鋰資源都在南美洲（主要是玻利維亞、智利、阿根廷等），集中於當地的鹽湖中，但該區域政局不穩，所以引起碳酸鋰價格經常大幅波動。此外，國內鋰提取技術目前也沒有規模化，我們80%的鋰從澳大利亞進口，但當前的中澳關係並不利於維持這種貿易需求。

反觀鈉，分布就明顯廣泛的多，鈉資源約占地殼元素儲量的2.64%——也就是說，鈉的儲量是鋰的406倍。其中，光是我國已探明的鈉鹽儲量，早在六七年前就已經超過1.4萬億噸，而且，如今全球的金屬鈉產能，也正在向中國轉移。

其次，鈉電池成本更低。

寧德時代之所以要發布鈉電池，核心原因是鋰電池的原材料漲價太凶猛（從去年下半年至今已經漲了多次），而鈉電池則絲毫不存在這方麵的壓力，原因有三：

一、鈉鹽因為儲量巨大，原材料價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本能降低一半；

二，鈉鹽的特性允許使用低濃度電解液（同樣濃度的電解液，鈉鹽電導率高於鋰電解液20%左右），這樣就能進一步降低成本；

三，鈉離子不會跟鋁形成合金，負極可采用鋁箔作為集流體，此舉可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右。

幾大主料都能大幅節省生產成本，也就不難理解為啥電池企業願意開辟這條新的道路了。有數據顯示，目前國內鈉電池的材料成本加上製造成本，大概在0.36元/Wh左右，這已經比鋰電池低了，隻不過，鈉電池目前還處於推廣初期，其整體商業成本短期內會比鋰電池高，這一點寧德時代也有簡單提及。

最後說說

不僅僅是寧德時代，包括深圳華創電新、遼寧星空鈉電等多家企業都對鈉電池提前進行了布局。可見，雖然鈉電池的能量密度是個較為明顯的短板，但業內對其趕超磷酸鐵鋰依然充滿信心，有企業稱“鈉電池能量密度超越150Wh/kg的進度將比磷酸鐵鋰快”，更重要的是，鈉電池雖然還處於第一代產品階段，但已經能看到第三代產品的雛形了。

更重要的是，鈉電池在充電速度、循環壽命、低溫性能、安全性能方麵都有可圈可點之處，所以其市場前景值得期待。

而鈉電池的出現，首先就將挑戰磷酸鐵鋰的江湖地位，因為它們都是走的性價比路線。當然，磷酸鐵鋰和鈉電池究竟誰能更勝一籌，從科學的角度來說還無法給出預判，畢竟，這兩種電池，在不同電極材料和輔料的作用下，其能量密度天花板各不相同。

由此可見，未來，不僅僅是儲能行業會有鈉電池的一席之地，電動車勢必也會形成鋰電池和鈉電池並行的局麵，而且那一天已經可以預見了。

撰文 | 劉極昊