鈉離子電池即將代替鋰離子電池?不僅價(jià)格低廉還安全無風(fēng)險(xiǎn)，將成為新一代電池!今天我們就來聊聊鈉離子電池。

　　“必不可缺的電池”

      在東部沿海地區(qū)，騎電動(dòng)車兜風(fēng)是一件特別舒暢的事情。但在一年最熱的三伏天，電動(dòng)車存在自燃的安全隱患。盡管這種事幾率很低，但卻不能忽視。一旦發(fā)生意外，就會(huì)造成無法估量的損失。電動(dòng)車自燃的原因大多都是電池、電路老化導(dǎo)致的鋰電池自燃或被點(diǎn)燃，那么有方法能夠減少電動(dòng)車自燃和其帶來的危害嗎?

　　“鋰電池”

　　眾所周知，電動(dòng)自行車以及電動(dòng)汽車最重要的零件便是電池。電池就像石油一樣，無比重要。與燃油車相比，電動(dòng)車具有低碳環(huán)保和零排放的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是便利性不如石油，且具有自燃的風(fēng)險(xiǎn)。

　　電動(dòng)車的電池多是鋰電池，早在40年前就被研發(fā)了出來，隨著不斷的改善，新一代的鋰電池，儲(chǔ)電量更大，體積更細(xì)巧，因而被廣泛應(yīng)用于多種領(lǐng)域，比如電動(dòng)車、電腦、手機(jī)等。

　　隨著鋰電池的大規(guī)模運(yùn)用，鋰電池的短板也逐漸顯露了出來。鋰資源在地球上的總量有限，儲(chǔ)量?jī)H為0.006%，因?yàn)殇囐Y源很難被回收利用，地球上的鋰儲(chǔ)量由于需求開采量巨大而急劇減少。

　　另外，隨著不斷地進(jìn)行工業(yè)開采，已開采的富集鋰礦石已經(jīng)被開采完，從鋰礦石里提取鋰的成本和難度不斷上升，鋰是從碳酸鋰礦石中提取，過去提取一噸鋰需要的成本是1.5萬美元，現(xiàn)在不斷水漲船高。2021年以來，鋰資源大幅提價(jià)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，與2021年1月1日相比，2021年7月20日碳酸鋰礦石價(jià)格上漲66%，氫氧化鋰礦石價(jià)格上漲96%。

　　最后鋰電池的生產(chǎn)需要很多的鋰礦石，但鋰礦主要分布在澳洲、南美等地，根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局2021年的報(bào)告， 我國(guó)現(xiàn)有的鋰礦石資源儲(chǔ)量?jī)H占全球6%，所以我國(guó)的鋰礦石多數(shù)是從澳大利亞進(jìn)口。

　　在地球上鋰礦石資源產(chǎn)量日益削減的情況下，我國(guó)的鋰電池產(chǎn)能受到限制。所以找到一種新的材料制作電池來替代鋰電池就非常重要。這時(shí)候人們把目光轉(zhuǎn)向鈉電池，因?yàn)榕c鋰資源相比，鈉資源儲(chǔ)量更豐富，鈉資源在地球上的儲(chǔ)量為2.64%，是鋰的440倍。且鈉資源散布廣泛、提煉工藝簡(jiǎn)單、成本低。鈉離子電池大規(guī)模商用后，生產(chǎn)成本要比鋰電池低得多。但鈉電池在產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化運(yùn)用上落后的原因是在挑選制造電池的材料時(shí)，鋰的原子數(shù)量更低、離子半徑更小。在同樣情況下，其容量是鈉的3.3倍，理論體積比容量是鈉的1.8倍。使得鋰離子電池在能量密度上與鈉電池相比更占優(yōu)勢(shì)。因而鋰離子電池比鈉離子電池性價(jià)比更高，所以鋰離子電池會(huì)更早的大規(guī)模商業(yè)化。

　　鈉離子電池能否超越鋰離子電池?點(diǎn)個(gè)贊，我們繼續(xù)往下看

　　“逐步興起的鈉離子電池”

　　鈉離子電池在電池的核心功能參數(shù)上，比如能量密度上雖然要低于鋰離子電池，鈉離子電池能量密度大約在70-200Wh/kg，而鋰離子電池能量密度大約在150-350Wh/kg。但是鈉離子電池有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)：那就是鈉離子電池的大小與鋰離子電池大小相當(dāng)，在大多數(shù)設(shè)備上都可以兼容。所以現(xiàn)在所有使用鋰離子電池的產(chǎn)品上，鈉離子電池都可以輕松取代鋰離子電池。

　　鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化近年來也加快了腳步。寧德時(shí)代董事長(zhǎng)在今年7月份宣布了公司鈉離子電池研發(fā)的最新成果。自從寧德時(shí)代建立21C試驗(yàn)室以后，他們就決定把鈉離子電池作為中短期的三個(gè)首要研討方向之一。中科海鈉公司通過研究鈉離子電池，近年來推出了很多利用鈉電池作為動(dòng)力的鈉離子電池電動(dòng)自行車、鈉離子電池汽車和鈉離子電池儲(chǔ)能電站。這些產(chǎn)品作為公司最新的產(chǎn)品而受到大力推廣。

　　鈉離子電池的商業(yè)化應(yīng)用是現(xiàn)有鋰電池的補(bǔ)充，鈉離子電池的技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)在鈉離子電池的能量密度能夠做到 150Wh/kg 上下，與當(dāng)前錳酸鋰電池的能量密度接近。充放電循環(huán)的次數(shù)可以達(dá) 3000~6000 次，與磷酸鐵鋰電池的充放電次數(shù)相當(dāng)。這樣的使用情況優(yōu)于磷酸鐵鋰電池，熱穩(wěn)定性和安全性與磷酸鐵鋰電池的安全性相差無幾。

　　在生產(chǎn)成本方面，以中科海鈉生產(chǎn)的鈉離子電池的為例，同等情況下，鈉離子電池成本要比鋰離子電池低30%。但現(xiàn)階段，與已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用成熟的鋰離子電池比較， 鈉離子電池系統(tǒng)因?yàn)楣に囘€未成熟，研發(fā)設(shè)備成本高昂，產(chǎn)品不夠一致，造成出產(chǎn)成本比鋰電池來更加難以操控，鈉電池的成本優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮，這都導(dǎo)致鈉電池的功能和價(jià)格處于劣勢(shì)。

　　由于鈉電池剛發(fā)展起來，鈉離子電池也尚無一致的規(guī)范系統(tǒng)及第三方檢測(cè)認(rèn)證組織，功能參數(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間且詳細(xì)地修訂。不過隨著各家公司與資本參與進(jìn)了鈉離子電池的研發(fā)，鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程和商業(yè)化應(yīng)用有望加快。

　　鈉離子電池與鋰離子電池的區(qū)別很大程度上在于正極的材料?，F(xiàn)在鈉離子電池正極的材料主要有以下這幾種：鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、 鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍(lán)類化合物等幾大類。

　　“鈉電池正負(fù)極材料”

       在這幾種化合物中，層狀金屬氧化物是比較主流的正極材料。中科海鈉、鈉立異動(dòng)力、Faradion等幾家主要進(jìn)行鈉電池研發(fā)的公司均挑選了層狀金屬氧化物作為正極材料。在這幾家公司中，中科海鈉的產(chǎn)品能量密度到達(dá)135Wh/kg，充放電的循環(huán)次數(shù)大于2000次，F(xiàn)aradion的產(chǎn)品能量密度到達(dá)140Wh/kg，循環(huán)次數(shù)到達(dá)1000次。

　　鈉離子電池的正極材料的不斷研發(fā)與成熟，將為鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化帶來巨大的成本優(yōu)勢(shì)。各類鈉離子電池正極材料的成本均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰離子電池正極材料。根據(jù)中科海鈉公布的數(shù)據(jù)，鈉離子電池的正極材料的生產(chǎn)成本，僅為鋰離子電池正極材料的40%左右。

　　鋰電池負(fù)極材料主要是石墨，而生產(chǎn)高功率負(fù)極材料主要用到的是碳材料和鈦酸鋰等。生產(chǎn)鈉離子電池的負(fù)極材料有碳類、合金類、過渡金屬氧化物等。這些材料合成的鈉離子電池具有較高的電能容量，但是之前由于工藝不成熟，鈉離子生產(chǎn)的電池體積會(huì)明顯增加，嚴(yán)重影響電池的性能。金屬氧化物、磷酸鹽等材料制成的電池大多容量較低。

　　無定型碳材料是在生產(chǎn)高能量密度的鈉離子電池負(fù)極材料中，最有期望走向商業(yè)化的。這種材料的容量和充放電循環(huán)次數(shù)均已非常接近商業(yè)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。但這種材料的問題在于生產(chǎn)成本較高。所以，現(xiàn)在開發(fā)的無煙煤及無定型碳材料是性價(jià)比最高的鈉離子電池負(fù)極資料。

　　中科海鈉經(jīng)過調(diào)研，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)鈉電池的材料——無煙煤的開采成本比較低廉，這種煤每噸的價(jià)格是1800 元，用優(yōu)質(zhì)的無煙煤制備鈉離子電池負(fù)極將有利于使鈉離子電池的制造成本大幅下降。經(jīng)過試驗(yàn)后，中科海納的研究員們最終究研發(fā)出了無煙煤基鈉離子電池負(fù)極材料。

　　“鈉電池運(yùn)用場(chǎng)景”

　　鈉離子電池在對(duì)能量密度要求不高的場(chǎng)景中，即對(duì)電池的大小要求不高的時(shí)候，將有著廣泛的運(yùn)用遠(yuǎn)景。尤其是在磷酸鐵鋰電池占有優(yōu)勢(shì)的運(yùn)用場(chǎng)景，尤其是生活中，如：電動(dòng)兩輪車、低速四輪車、儲(chǔ)能電站等設(shè)備中，鈉離子電池都將在市場(chǎng)上部分取代鋰電池，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地。

　　過去因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，鈉離子電池實(shí)際制造成本在1元/Wh 以上。若鈉離子電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，當(dāng)產(chǎn)能到達(dá)一定產(chǎn)能時(shí)，鈉離子電池的設(shè)備折舊費(fèi)用將會(huì)降低，鈉離子材料來源成本低的優(yōu)勢(shì)將顯現(xiàn)出來，鈉離子電池有望在儲(chǔ)能、電動(dòng)自行車、A00 等級(jí)轎車等領(lǐng)域內(nèi)代替鋰電池。