01
走到風(fēng)口位置的鈉離子電池


5月21日，寧德時代董事長曾毓群在公司股東大會上透露，將于今年7月份左右發(fā)布鈉電池。在談及電池技術(shù)的發(fā)展趨勢時，曾毓群講到：“我們的技術(shù)也在發(fā)展，我們的鈉離子電池已經(jīng)成熟了。”


對于鈉離子電池的成本問題，曾毓群表示，由于是新興的電池技術(shù)，鈉離子電池不是剛推出來就很便宜，因為目前的供應(yīng)鏈規(guī)模還很小，不夠成熟，鈉離子電池可能比鋰離子電池貴一些。

無獨有偶，在今年1月17日舉辦的“第七屆中國電動汽車百人會論壇”上，中國工程院院士陳立泉發(fā)表了主題演講，重點提到了中科院胡勇勝團隊所研發(fā)的鈉離子電池。

陳立泉院士在論壇上表示：“全世界的電能都用鋰離子電池儲存，根本不夠，鈉離子電池是新電池的首選，為什么介紹鈉離子電池呢?因為鋰離子電池現(xiàn)在全世界都在做，如果說全世界的車都用鋰離子電池來開，全世界的電能都用鋰離子電池儲存，根本不夠，所以我們一定要考慮新的電池，鈉離子電池是首選。鋰的含量是相當(dāng)少的，只有0.0065%，鈉的含量2.75%，應(yīng)該說鈉的含量相當(dāng)多。”

中科院研發(fā)的鈉離子電池，已經(jīng)初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有優(yōu)異的高低溫性能、倍率性能、循環(huán)性能，同時成本還低于鋰離子電池，具有非常廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用場景。

陳立泉院士是寧德時代董事長曾毓群的博士生導(dǎo)師，師徒二人的團隊都在鈉離子電池這個賽道投入重注，并先后實行產(chǎn)業(yè)化，意味著在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈之外，即將誕生一個新的產(chǎn)品領(lǐng)域，成為電池企業(yè)奮力搶占的高地。

02
鈉離子電池的前生今世

在電池的發(fā)展史上，鋰離子電池從理論研究到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，走過了半個多世紀(jì)的時光，1990年開始實行商業(yè)化，如今已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的電池類型，從消費電子產(chǎn)品到電動汽車、電動船等移動儲能設(shè)備，再到應(yīng)急電源或儲能電站等半移動或固定儲能裝置，大大改變了人類的生活和工作方式。

但是隨著對鋰離子電池需求的快速增長，鋰資源的供應(yīng)情況卻變得越來越緊張，已經(jīng)成為全世界關(guān)注和爭奪的焦點。

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2018年報告顯示，全球鋰資源儲量約5300萬噸，其中阿根廷占18.5%、玻利維亞17.0%、智利15.8%、中國13.2%、美國12.8%、澳大利亞9.4%。作為全球第四大鋰儲量國，我國理應(yīng)不受鋰資源短缺的困擾，但現(xiàn)實卻是我國80%的鋰資源供應(yīng)依賴進口，是全球鋰資源第一進口國，鋰資源已經(jīng)成為影響我國國家安全的戰(zhàn)略性資源。

尋找鋰離子電池的替代或備選儲能技術(shù)，勢在必行。在此背景下，與鋰離子電池具有相似工作原理的鈉離子電池受到了越來越多的研究人員的重視，由于地殼中鈉資源儲量豐富，且在全球范圍內(nèi)分布廣泛，使鈉離子電池具有大規(guī)模應(yīng)用的巨大潛力。因此，鈉離子電池可作為鋰離子電池在大規(guī)模儲能領(lǐng)域的重要補充技術(shù)，具有重要的經(jīng)濟價值和戰(zhàn)略意義。

針對鈉離子電池的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，近10年來鈉離子電池的相關(guān)研究更是迎來了井噴式增長。2011年，全球首家專注鈉離子電池工程化的英國FARADION公司率先成立，之后在全世界范圍內(nèi)鈉離子電池公司雨后春筍般如約而至。

目前國內(nèi)外有近二十家企業(yè)對鈉離子電池進行產(chǎn)業(yè)化相關(guān)布局，主要包括英國FARADION公司、美國Natron Energy公司、美國Aquion Energy公司、法國NAIADES計劃團體、日本岸田化學(xué)、松下、三菱以及我國的中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電等公司。其中歐洲因其鋰、鈷等重要鋰電上游資源缺乏，相對重視鈉離子電池的發(fā)展。

我國首家鈉離子電池公司中科海鈉成立于2017年，雖然晚于其他國家，但是依托于中國科學(xué)院物理研究所（下文簡稱物理所）的技術(shù)，目前在技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)上都已初具規(guī)模。除了中科海納等初創(chuàng)型企業(yè)之外，以寧德時代為代表的電池巨頭，也早已關(guān)注鈉離子電池的發(fā)展趨勢，并開展了產(chǎn)業(yè)化方面的研究。

鈉離子電池，已經(jīng)具備了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的市場條件和技術(shù)條件。

03
鈉離子電池的發(fā)展趨勢

根據(jù)最新的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了鈉離子電池的諸多優(yōu)勢，除了鈉資源儲量豐富的優(yōu)勢之外，還具有高低溫性能優(yōu)異、倍率性能好、安全性高、可用低鹽濃度電解液等優(yōu)點，一些技術(shù)指標(biāo)甚至優(yōu)于鋰離子電池，展現(xiàn)出巨大的開發(fā)潛力。

正極材料：目前鈉離子電池的正極材料主要有鈉過渡金屬氧化物、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類化合物等幾大類。正極材料的差異，是鈉離子電池有別于鋰離子電池最大的地方。

負極材料：軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等，考慮負極材料的成本、穩(wěn)定性、循環(huán)性能等指標(biāo)，最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化的，仍然是碳材料。

電解質(zhì)：鈉鹽+溶劑，除鈉鹽之外，溶劑與鋰離子電池差別不大。

隔膜：與鋰離子電池基本相同。

外形封裝：圓柱、軟包、方形，與鋰離子電池基本相同。

制備工藝：與鋰離子電池基本相同。


鈉離子電池的能量密度可以做到150Wh/kg上下，與磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池比較接近，循環(huán)壽命可以做到3000~6000次，與磷酸鐵鋰相當(dāng)，優(yōu)于錳酸鋰和三元鋰，熱穩(wěn)定性和安全性與磷酸鐵鋰基本相當(dāng)。

電池成本分析，鈉離子電池的BOM成本約為0.25元/Wh，而磷酸鐵鋰的BOM成本已超過0.35元/Wh，理論上鈉離子電池材料成本比磷酸鐵鋰電池低30%以上。但現(xiàn)階段鈉離子電池體系由于制備工藝不成熟、生產(chǎn)設(shè)備有待改善，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)品一致性差，生產(chǎn)良率不高，生產(chǎn)成本明顯高于鋰離子電池，一定程度上抵消了材料成本優(yōu)勢。

隨著產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，以及制程工藝的完善、生產(chǎn)設(shè)備的改良，鈉離子電池的成本優(yōu)勢將會逐步凸顯出來。

總結(jié)來說，鈉離子電池具有較為明顯的成本優(yōu)勢（大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化之后），在循環(huán)壽命、安全性方面與磷酸鐵鋰相當(dāng)，在倍率性能、高低溫性能方面都不弱于各種類型的鋰離子電池，因此比較適合對能量密度要求不高，但是對成本比較敏感，或者對循環(huán)壽命要求比較高的應(yīng)用場景，比如輕型電動車、中低續(xù)航的新能源汽車（300公里續(xù)航以下）、備用電源、基站電源、電力儲能、工程機械、工業(yè)車輛等。

目前鈉離子電池仍然處于產(chǎn)業(yè)化的早期階段，在未來相當(dāng)長時間內(nèi)，都不可能取代鋰離子電池，兩者更多的是互補關(guān)系，各自滿足不同細分市場的應(yīng)用需求。

同時，在產(chǎn)業(yè)鏈的完善、產(chǎn)品系列的豐富、性能的成熟、標(biāo)準(zhǔn)的制定、市場的認可等方面，鈉離子電池仍然有很長的路要走，沒有十年時間，很難形成一個龐大的產(chǎn)業(yè)。