鋰離子電池在研究和產(chǎn)業(yè)化方面都領(lǐng)先于鈉離子電池。鋰離子電池和鈉離子電池相比，鈉離子電池在應(yīng)用上與鋰離子蓄電池相比存在性能劣勢(shì)，產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。但是專家表示，世界上的電能儲(chǔ)存在鋰離子電池中，這根本不夠，鈉離子電池才是首選。

 

鈉電池和鋰電池競(jìng)爭(zhēng)

鋰和鈉電池，這兩種元素在元素周期表上的接近程度，決定了它們相似的化學(xué)性質(zhì)。這兩種電池的研究幾乎同時(shí)開(kāi)始，直到鋰電池成為電池行業(yè)的寵兒。第一個(gè)由軟碳負(fù)極和鋰鈷氧化物正極組合而成的功能性鋰離子電池于20世紀(jì)90年代在日本首次商業(yè)化。

然而，由于鈉離子電池的半徑比鋰離子電池大，鈉離子電池在能量密度和循環(huán)壽命等重要特性上落后于鋰電池。與此同時(shí)，專家們正在探索鋰電池在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)化，這推動(dòng)了鋰電池在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究。在鋰電池加速商業(yè)化應(yīng)用的同時(shí)，鈉離子電池的研究方興未艾，進(jìn)展依然緩慢。

2000年，人們發(fā)現(xiàn)鈉離子在硬質(zhì)碳負(fù)極材料中具有良好的嵌入性能。然而，這一發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有立即點(diǎn)燃鈉離子電池大規(guī)模生產(chǎn)的熱潮。顯然，尚未經(jīng)歷成本壓力急劇上升的鋰百?gòu)?qiáng)制造商缺乏尋找替代路線的動(dòng)力，鈉電池也沉默了。

2010年后，下游消費(fèi)電子、智能硬件、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)鋰電池產(chǎn)生了巨大的需求，一些科學(xué)家預(yù)見(jiàn)到了鋰資源的短缺。事實(shí)上，鋰電池中的鋰元素在地殼中的豐度僅為0.0065%，甚至不如電池中的鎳和鈷元素，而且大多分布在美洲。相比之下，鈉（2.75%）要豐富得多，儲(chǔ)量分布更均勻。

 

 

元件成本在電池成本中占很大比例。當(dāng)大規(guī)模制造繼續(xù)突破極限時(shí)，資源短缺將給產(chǎn)業(yè)鏈成本帶來(lái)巨大壓力。科學(xué)家們希望用更便宜的鈉取代鈷、鎳和鋰，同時(shí)能夠發(fā)揮出可比的性能，因此鈉離子電池已經(jīng)回到了技術(shù)商業(yè)化領(lǐng)域。

 

鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化正在逐步到來(lái)

由于整體性能尚未趕上鋰電池，鈉電池目前僅適用于低速兩輪車、A00級(jí)乘用車以及中低容量?jī)?chǔ)能領(lǐng)域。鈉電池的能量密度可以達(dá)到145Wh/kg，大約是鉛酸電池的三倍。磷酸鐵鋰和三元鋰電池的能量密度基本可以達(dá)到160Wh/kg以上。

在循環(huán)壽命方面，根據(jù)不同的溫度條件，磷酸鐵鋰可達(dá)到3000-10000次，鈉離子電池的循環(huán)壽命約為1000-4000次。然而，為了更大規(guī)模地推廣鈉離子電池，目前的性能無(wú)疑需要改進(jìn)。原因是這些應(yīng)用場(chǎng)景通常有一個(gè)循環(huán)壽命閾值。例如，電動(dòng)汽車需要2000次，大規(guī)模儲(chǔ)能的門(mén)檻約為5000次。

鈉電池的循環(huán)穩(wěn)定性較差，需要提高最大極限值。此外，大規(guī)模促銷需要考慮成本。理論生產(chǎn)成本極低并不一定意味著可以實(shí)現(xiàn)。實(shí)際制造成本還取決于大規(guī)模生產(chǎn)的進(jìn)一步減少。只有當(dāng)產(chǎn)能逐漸提高到GWh以上時(shí)，鈉離子電池材料的成本優(yōu)勢(shì)才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。

 

 

盡管兩輪自行車在技術(shù)要求上不如A00和儲(chǔ)能，但在價(jià)格接受度上，A00電動(dòng)車更容易推廣，而兩輪自行車對(duì)價(jià)格更敏感。鋰和鈉電池具有相似的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝，鋰離子電池的工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。

中國(guó)擁有規(guī)模最大、技術(shù)最齊全的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)有的鋰離子電池系統(tǒng)可用于生產(chǎn)一些電池材料。例如，電解液的制備方法與鋰離子電池相似，唯一的區(qū)別是原料用鈉鹽代替碳酸鋰，領(lǐng)先的電解液公司也掌握了鈉離子電解液的技術(shù)儲(chǔ)備。

此外，規(guī)模優(yōu)勢(shì)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)使跨境鋰電池制造商能夠利用其行業(yè)專長(zhǎng)，幫助完善鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，加快生產(chǎn)線的建設(shè)、調(diào)試和爬坡。因此，鈉離子電池制造商有望在性能迭代效率上更快，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證后能夠更快地調(diào)整和適應(yīng)下游需求。CATL將在2023年推動(dòng)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

 

鈉離子電池的未來(lái)是什么？

取決于鈉離子電池能否成功適應(yīng)下游需求，并開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)，商業(yè)驗(yàn)證只是第一步，然后仍然需要快速實(shí)現(xiàn)性能迭代。另一方面，保持鋰電池的成本優(yōu)勢(shì)取決于鈉離子成本降低的努力，這可以從傳藝增加產(chǎn)能規(guī)模的舉措中看出。

 

 

這也受到鋰資源價(jià)格走勢(shì)的影響，即在鋰鹽價(jià)格下跌的情況下，鈉離子電池是否還能保持成本效益優(yōu)勢(shì)。中科海納計(jì)劃將鈉離子電池的能量密度進(jìn)一步提高到180-200Wh/kg，同時(shí)將循環(huán)壽命提高8000-10000次。按照目前的循環(huán)壽命范圍，鈉離子電池只適用于一些低速電動(dòng)車、通信基站、數(shù)據(jù)中心等中小型儲(chǔ)能領(lǐng)域。

如果未來(lái)這些領(lǐng)域的滲透率能夠提高到20%-30%，根據(jù)興業(yè)證券的計(jì)算，2025年鈉離子電池的裝機(jī)容量將達(dá)到32.6GWh左右。假設(shè)滲透率可以達(dá)到100%，根據(jù)EVTank的數(shù)據(jù)，2026年理論市場(chǎng)空間可以達(dá)到369.5GWh，市場(chǎng)規(guī)?？赡苓_(dá)到1500億元。

發(fā)展鈉能的過(guò)程恰恰表明，僅僅押注于鋰電池的一條技術(shù)路線，未來(lái)新能源的開(kāi)發(fā)仍可能陷入資源短缺。鈉電池推廣的優(yōu)勢(shì)在于釋放高端用電場(chǎng)景的鋰電池供應(yīng)壓力，并借助低成本優(yōu)勢(shì)滿足下游其他領(lǐng)域的裝機(jī)需求。