鉅大LARGE | 點擊量：1366次 | 2023年08月11日
鋰電池 VS 鈉離子電池，誰才是電池市場的未來？
鈉離子電池能量密度較低，在電池制作的過程中要更多的輔材和制造成本。這也意味著，目前來看，較之鋰電池，鈉離子電池并沒有太大的價格優勢。鈉電池想要更具成本競爭優勢，就必須發展高能量密度和低價格輔材的鈉離子電池體系，進一步降低鈉電池生產成本。
文︱郭紫文
前段時間，CATL召開股東大會，董事長曾毓群透露，CATL將于今年七月份公布鈉電池。此消息一出，鈉電池便被推上了市場的風口浪尖。短短幾天時間，鈉離子電池概念股異軍突起，多股漲停。
隨即，鈉離子電池能否替代鋰電池的問題也引發大量討論。鈉離子電池并非全新的電池技術，二十世紀七十年代末，鈉離子電池和鋰電池幾乎同時展開研究，然而命運卻大相徑庭。鋰電池發展迅速，在市場中取得一席之地，而鈉離子電池的發展卻始終停滯不前，直到現在仍處于產業化初期。
統計數據顯示，鋰在地殼中的豐度僅有17ppm（百萬分之一），且分布極不均勻。根據美國地質調查局（USGS）數據顯示，2019年全球已查明的鋰資源量約為8000萬噸，儲量約為1700萬噸，重要集中在智利、阿根廷和玻利維亞等地。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
南開大學陳軍院士也曾表示："鋰豐度低，資源分布不均勻，約70％集中在南美洲，我國80％的鋰資源依賴進口，引發了人們對鋰儲量的普遍擔憂。另外，鋰電池的安全隱患也難以滿足大規模儲能的應用需求。"
圖：全球鋰資源分布
隨著新能源汽車產業的迅速發展，鋰電池的需求量不斷增大，鋰資源面對著前所未有的緊張局面。因此，尋找替代鋰電池的儲能技術已經勢在必行。同為堿金屬的鈉，在地殼中儲量高達2．36％，資源豐富，且成本低廉，具備大規模應用的發展潛力。鈉離子電池"重出江湖"，受到多方關注和重視，成為儲能市場新的風口。
圖：地殼中部分化學元素豐度［3］
圖：用于電池的元素資源
如前所述，鈉離子電池最大的優勢，就是鈉資源儲量豐富，這也讓鈉離子電池相較于鋰電池在成本上更具優勢。然而，在化學元素周期表中，鋰在第二周期，鈉在第三周期。從物理化學性質來看，鈉離子質量和半徑更大，較之鋰離子更活潑。
因此，鈉離子電池能量密度較低，在電池制作的過程中要更多的輔材和制造成本。據研究估算顯示，鈉離子電池所需輔材和制造成本占總成本75％。CATL董事長曾毓群也表示，該公司新推出的鈉電池可能比鋰電池更貴。這也意味著，目前來看，較之鋰電池，鈉離子電池并沒有太大的價格優勢。鈉電池想要更具成本競爭優勢，就必須發展高能量密度和低價格輔材的鈉離子電池體系，進一步降低鈉電池生產成本。
圖：鋰電池（LIB）和鈉離子電池（SIB）成本比較［2］
在工作原理上，鈉離子電池和鋰電池極具相似性。鈉離子電池充電過程中，正極材料發生氧化反應，失去電子，同時鈉離子從正極脫嵌。電子補償電荷通過外電路到達負極，鈉離子也通過電解液遷移至負極。放電時則相反。
圖：鈉離子電池工作原理［3］
鈉離子電池重要由正極、負極和電解液組成，正負極材料是電池的核心。正負極材料的比容量和電位差決定了電池的比能量，電極材料結構和電解液電化學性能的穩定性也影響著電池的循環壽命。電池正負極材料的選擇和研究對提升鈉離子電池比能量、循環壽命和倍率性能至關重要。
圖：鈉離子電池正、負極材料的比容量和電壓
正極材料
金屬氧化物成本低、合成工藝簡單，包括P2層狀氧化物、O3層狀氧化物和三維隧道型氧化物；
聚陰離子類材料結構框架穩定、比容量適中、工作電壓高；
普魯士藍材料的隧道結構較大，有利于鈉離子充放電脫嵌。
負極材料
肽基層狀氧化物具有良好的循環性能和倍率性能；
碳材料成本低、合成簡單、性能穩定，且原料豐富；
圖：鈉離子電池系統
鈉離子電池的性能跟其電極材料的電化學性能息息相關，然而早期被設計開發出來的電極材料性能不理想，這也是鈉離子電池發展緩慢遲滯的原因之一。
鈉離子電池儲量豐富，一旦工藝成熟，必然意味著成本的降低。其次，鈉離子電池安全性高，過充、過放、短路、針刺、擠壓等安全測試均能順利通過，不易起火和爆炸。雖然鈉電池兼具上述優勢，但其能量密度也明顯低于磷酸鐵鋰電池和三元電池，無法適用于新能源汽車領域。隨著新能源汽車市場的不斷擴大，動力鋰電池的需求量日益新增，鋰電池仍然會是市場的首選。
從長遠來看，我們現在談論鈉電池替代鋰電池還為時尚早，兩者因為性能不同必然會走向不同的市場定位。在新能源汽車、智能手機等對電池重量和能量密度要求較高的領域，在未來很長一段時間，鋰電池仍會是市場的主流。而在對這些參數要求不高的領域，鈉離子電池將會發揮自身優勢，逐漸取得市場認可。
參考
［1］《鈉離子電池先進功能材料的研究進展》向興德等
［2］《鈉離子電池機遇和挑戰》曹余良
［3］《鈉離子電池標準制定的必要性》周權等
［4］《BuildingHighPowerDensityofSodium－IonBatteries：ImportanceofMultidimensionalDiffusionPathwaysinCathodeMaterials》MingzheChen
