宁德时代发布钠离子电池事件，引发了行业和资本市场有关下一代电池的讨论，这里结合最新论文综述，进行一些分享。

“摇椅电池”

汽车动力电池采用的是二次化学电池，其本质都是氧化还原反应，充电时离子从正极脱出，移动到负极，得到电子并嵌入其中，放电的过程相反。

依靠离子在正负极之间的脱出和嵌入，以实现充放电反应，被称为“摇椅电池”。

摇椅电池的能量密度主要由比容量和正负极电势差（电压）两个因素决定。

在元素周期表中，锂金属是最轻的金属，意味着较高的克比容量（3861mAh/g）；同时锂也具有较高的氧化还原电位（标准电极电位-3.04V），意味着与正极成组后可以输出较高的电压。

以上的两个特性，使得锂离子电池成为了产业化最快的二次电池。

但近几年来，随着锂离子电池迅速发展，遇到了能量密度提升缓慢、成本居高不下以及温度适应范围窄等瓶颈，特别地，锂资源在地壳中含量低且分布极不均匀，主要集中在南美，长期看无法满足大型储能设备对低成本和高效率的高增长需求。

（不同金属元素在地壳中储量）

钠离子和钾离子电池上位

要实现“摇椅”功能，位于元素周期表左上方的金属元素都是二次电池潜在的应用对象。

考虑到地壳储量、原子质量以及氧化还原电位，与锂同处于第一主族的碱金属元素钠和钾，被认为是锂离子电池最有可能的替代品。

如上图中所示，金属钠的氧化还原电位为-2.7V，金属钾的氧化还原电位为-2.9V，两者均接近锂金属的-3.0V。

此外，钠和钾不与铝形成合金，因此在钠离子电池和钾离子电池中，可以采用价格更低的铝箔作为正负极的集流体，进一步激发了对钠离子电池等兴趣。

钠离子和钾离子电池的主要瓶颈

为什么在80年代起与锂离子同步发展的钠离子和钾离子会逐步淡出舞台中央？

首先是原子半径，钠为0.95，钾为1.33，锂只有0.68，过大的半径在嵌入负极过程中，会导致负极材料晶体结构崩塌。

造车更进一步！外媒：苹果正与宁德时代等洽谈电池供应

中新经纬客户端6月8日电 据路透中文网报道，四名熟知内情的消息人士表示，苹果正与中国电池供应商宁德时代和比亚迪就电动车项目的电池供应进行初步洽谈。上述四位知情人士说，苹果倾向于使用磷酸铁锂电池，会使生产成本更低。 报道称，消息人士指出，相关洽谈

特别是钠离子电池，钠离子在进行多次脱嵌后，现有体系最常用负极石墨层会因体积变化会发生坍塌，无法实现多次充放电。

其次，钠的氧化还原电位比较低，会导致输出的电压较低，最终能量密度不及锂离子电池。

找到合适的正负极材料以及电解液是钠离子产业化电池的关键。

目前商业化钠离子电池的负极都是硬碳，而正极材料选择集中在层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物三种材料，目前也都已经实现了商业化生产。

而针对钾离子电池，由于钾和锂的电位更为接近，在高电压上相比于钠更有优势。

当前石墨作为锂离子电池主要负极材料，在试验结果中钠离子不能嵌入到石墨层状结构中，但是半径更大的钾离子却可以嵌入石墨，当前还无法用准确的机理l哎解释。

此外，钾离子在电极材料体相较低的扩散率限制了其倍率性能，其电解质会遭受严重的分解和一些副反应，这些在技术上都需要解决。

汽车人参考小结

下图对比了钾离子电池、锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、铅酸电池性能和前景，它们各具优点。

根据上文中锂、钠、钾金属特性，锂元素储量低，成本高，适合做成对成本不太敏感的小型移动能源电池，如手机、相机、笔记本电脑，以及当前的电动汽车。

而钠和钾元素储量高，成本低，适合做成对体积和质量不太敏感，但对成本要求高的储能电池，如电动巴士、大型储电站等。

而关于钾离子的研究，很多都是在研究钠离子电池偶然获得的，由于有钠离子，钾离子的研究一直被忽视，钾离子电池有朝一日或许也能“弯道超车”。

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