更便宜更安全！钠离子电池会取代锂离子电池吗？

今年3月，专注钠离子电池研发的北京中科海钠科技有限责任公司（“中科海钠”）宣布完成来自梧桐树资本的亿元级A轮融资，将用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线。两个月之后的宁德时代年度股东大会上，董事长曾毓群透露宁德时代将于今年7月前后发布钠离子电池。

一时之间，钠离子电池引发了社会各界的关注，似乎有成为新能源领域下一行业风口之势。钠离子电池是一种什么样的电池，有何特点？与锂离子电池相比，钠离子电池有何优势和劣势，会否取代锂离子电池？钠离子电池未来的发展方向如何？有什么样的应用场景？本文将为您一一解答。

钠离子电池为什么突然火了？

钠离子电池是一种二次电池（即可充电的电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来产生电能，实现电池的工作，与锂离子电池工作原理相似。

早在上个世纪七十年代末，学术界和工业界就开始了对钠离子电池的探索，几乎与锂离子电池的研究工作同时开展，两者可谓处在极其相近的“起跑线”上。受当时研究条件的限制，且与锂离子电池相比，钠离子电池存在能量密度、功率密度较低的劣势，导致对钠离子电池的研究一度处于缓慢甚至是停滞状态。直至2010年前后，人们意识到锂资源的短缺将严重限制锂离子电池的发展，寻找可替代或部分替代锂离子电池的下一代二次电池迫在眉睫。在此背景下，学术界终于又发起了新的一轮对钠离子电池的研究热潮，钠离子电池也迎来了发展转折点，成为继锂离子电池之后的另一储能器件新星。

钠离子电池有什么优势？

与锂离子电池相比，钠离子电池有着显著的成本优势：

①钠资源的地壳丰度是锂资源的423倍，且钠资源在全球范围内均有分布，而锂资源的分布非常不均匀——75%分布在美洲。因此钠资源的价格远远低于锂资源，仅为后者的1.33%；

②因为钠不会和铝发生反应，所以钠离子电池的正负极集流体都可以使用更便宜的铝箔，但是锂会与铝发生反应，因此锂离子电池的负极集流体只能使用价格更高的铜箔；

③钠离子电池的正极可采用廉价的过渡金属，成本比锂离子电池正极成本有所降低。综合起来，钠离子电池最终的成本可以比锂离子电池少30~40%，这样的成本优势不可谓不大。

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钠离子电池的成本优势（来源：中科海钠官网）

除了成本优势，钠离子电池还能使用分解电势更低的电解质盐和溶剂，因此在电解质方面比锂离子电池具有更宽的选择范围。另外，钠离子电池的电化学性能相对稳定，使用过程中较锂离子电池会更加安全。可以预见的是，钠离子电池在未来的可持续发展性高于锂离子电池。

钠离子电池会替代锂离子电池吗？

即便钠离子电池具备诸多优势，也无法在未来完全替代锂离子电池，因为钠离子电池的能量密度上限低于锂离子电池，在一些需要高能量密度电池的应用场景或设备中，例如电动汽车、手机、笔记本电脑等，钠离子电池并不太适用。

钠离子电池的能量密度相较于锂离子电池而言是一种劣势，但是若将其与传统的铅酸电池相比，则是一种优势。铅酸电池的能量密度一般在30~50Wh/kg，而钠离子电池的能量密度有100~150Wh/kg，是铅酸电池的3~5倍。此外，钠离子电池的工作电压比高铅酸电池的高0.7~1.4V，使用寿命是铅酸电池的6倍以上。更重要的是，钠离子电池是一种绿色电池，不会像铅酸电池那样对环境带来一系列严重的污染问题。因此，钠离子电池完全可以替代现有的铅酸电池。在铅酸电池众多的应用领域中（例如电动汽车、仪器仪表、电动玩具、观光车、应急灯等），钠离子电池均可以大展拳脚。

未来，伴随着电力需求的大幅提升，电力结构的清洁化转型亟需加速。低碳电源中水电和核电发展空间受限，光伏、风力发电将成为低碳电力的增长主力。然而光伏、风力发电等可再生能源有间歇性，发电不稳定，需与储能器件和储能系统相匹配。钠离子电池由于其成本低廉、环境友好、宽温度范围适应性、安全性能好、较好的功率特性、良好的快充性能、兼容锂离子电池现有生产设备等优势可应用于大规模储能应用场景，其中就包括光伏、风能等新能源接入储能系统。

值得注意的是，钠离子电池与锂离子电池未来应该是同时存在、共同发展、部分替代、相互补充的关系。锂离子电池可专注于高比能储能领域，钠离子电池可发挥其成本和规模优势精耕于中、低比能应用场景，两类电池的分工会逐渐明确。

随着全球大规模储能产业的飞速发展，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的优势在储能领域开拓出广阔的用武之地，有望在低速电动车、家庭/工业储能、数据中心、5G通信基站、电动船、可再生能源大规模接入和智能电网等多个领域快速发展，推动我国清洁能源技术应用的发展，提升我国在储能技术领域的竞争力和影响力。

作者：华南农业大学农业生物环境与能源工程博士研究生张伟财