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风口上的钠离子电池：是姗姗来迟还是恰逢其时？
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风口上的钠离子电池：是姗姗来迟还是恰逢其时？

风口上的钠离子电池：是姗姗来迟还是恰逢其时？ 中国科技信息
2021-08-16
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智能手机、智能手表、笔记本电脑，以及目前热门的智能网联汽车等设备产品已经彻底改变了人们的生活方式。
在享受这些产品带来便利的同时，人们始终无法绕过这样一个话题：充电慢、续航短、遇到特殊天气就掉电。
锂离子电池作为市面上的主要能源电池，近年来一直遭遇能量密度上升的瓶颈。
不过，这个问题或将很快被解决，钠离子电池的出现就是一次较为成功的试水。
何为钠离子电池？钠离子电池（Sodium-ion battery）是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。
与锂电池不同的是，钠离子电池在安全性、成本、体积等诸多方面更具优势。不久前，宁德时代举行线上发布会，董事长曾毓群发布了宁德时代第一代钠离子电池和基于钠离子电池的混搭应用方案。


据介绍，我国锂资源70%都需要进口，而钠资源的天然储备量大。因此，钠离子电池是对锂离子电池的支撑和保障。
随着"碳中和"成为全球共识，新能源产业已进入到多层次、多类型、多元化发展阶段，愈发细分的市场对电池提出了差异化的需求；同时，世界范围内对于电池基础材料的研发速度正在加快，这为钠离子电池的产业化打开了双向窗口。
 

姗姗来迟却恰逢其时 成本、安全性、体积方面均具优势


庞大的需求催生了第一代钠离子电池的诞生。事实上，钠离子电池，并非是一个新鲜技术，早在上世纪70年代末期，这一技术研究就已开启。而宁德时代也不是第一个吃螃蟹的布局者，去年9月中科海钠的钠离子电池产品就已量产，当时电芯产能可达30万只/月，为全球首款具备自主知识产权的钠离子电池。
相较于锂电池，钠离子电池在成本、安全性、体积等方面具有优势。
从上游端看，钠资源的天然储备量大，广泛分布在陆地和海洋中；而锂资源在国内大部分需要进口，锂电池的储量很难同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业发展；由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液（同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）降低成本；钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。
从下游端看，新能源电动汽车的产销在近年呈增长趋势，电化学储能技术也同样一直保持快速增长态势，这表明市场整体的需求还是很大。
光大证券表示钠离子电池的出现是现有锂电池技术的补充，钠离子电池热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当，未来锂电、钠电将是互补格局。
对于自家产品，宁德时代方面表示，第一代钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势，尤其在高寒地区具有突出优势，可适配储能领域全场景的应用需求。主要应用于新能源低速交通工具及大规模储能系统中。
 


钠离子电池优势明显 技术要求也更为严苛


相较于稀缺且昂贵的锂元素，钠在自然界随处可见，在全球能源变革下，钠离子电池极具潜力，同时，钠离子电池低温性能出色，有着更为广阔的使用范围。
然而，集众多优势于一身的钠离子电池，在技术上也同样具有高于锂离子电池的要求和挑战。
钠离子电位比锂离子高，且在体积上较锂离子更大，在专业的角度上来看，钠离子电池在材料结构稳定性和动力学性能上要求更为严苛。
换言之，锂离子电池尽管有着诸多弊端，但是却易于操作、用起来“皮实”，在能量密度和循环寿命上要比钠离子电池长。这也使得锂离子电池在全球风生水起时，几乎同步开始研发的钠离子电池却始终无法商业化。
如何找到合适材料体系、延长使用循环寿命，成为了钠离子电池一直以来面临的困境，而在多方因素综合作用下，现在行业正在破题。
以宁德时代为例，正是在材料体系上率先取得重要突破，才使得钠离子电池从实验室走向生产线。
宁德时代研发的第一代钠离子电池电芯单体能量密度达160瓦时每千克；常温充电15分钟，电量可充至80%以上，更为重要的是，在零下20摄氏度的低温环境中，仍拥有90%以上的放电保持率。
同时，根据资料显示，宁德时代还在电池系统上，独创AB电池包模式，即电池包中即含有钠离子电池，又含有锂离子电池，这对BMS系统（电池管理系统）提出了极高的要求。但效果也十分显著，平衡了钠离子电池和锂离子电池优缺点的新型电池，不再有明显短板，可以满足更多元的市场需求。
在制造工艺方面，钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容，产线可进行快速切换，完成产能快速布局。
曾毓群认为，“碳中和”催生了万亿瓦时级的电池需求，新的应用场景不断产生，给了不同技术施展的舞台，多元化的技术路线将是未来电池行业的主旋律。
宁德时代预计，在2023年前，钠离子电池将基本形成完整产业链，正式成为多元能源体系中的一部分。
 


风口上的钠离子电池 市场竞争力充足


乘着碳中和、碳达峰的东风，借助储能充足的优势，钠离子有着充分的市场竞争力。
从产业需求推动而言，我国的储能市场为钠离子电池在中国的产业化创造了必要条件。中科院院士陈立泉也多次倡导要大力发展储能技术，促电动中国，保能源安全。他对我国储能行业的现状做了详细分析，指出2018年全国数据中心共耗电1609亿度电，占中国全社会用电量的2.35%;2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度电;随着5G基站建设进程加快，我国至少需要新建或改造1438万个基站，存在155GWh电池的容纳空间，对储能电池的需求必将大幅提升。
总体来看，第一代钠离子电池的能量密度略低于目前的磷酸铁锂电池，但是，在低温性能和快充方面具有明显的优势，特别是在高寒地区高功率应用场景，再通过锂钠混搭方式，应用场景不限于储能，在电动汽车上也可以广泛应用。
陈立泉院士指出，面对巨大的储能市场，钠离子电池以其低成本、长寿命和高安全的诸多优势有望在低速电动车、电动船、数据中心、通讯基站、家庭/工业储能、可再生能源大规模接入和智能电网等多个领域快速发展，提升我国在储能技术领域的竞争力与影响力。



张子鑫 王雪娇/文

图片均来自网络




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