揭秘图片版权：钠离子电池技术突破，隐忍三十载终迎转机

隐忍三十年，钠离子电池终于要配角变主角了
撰文/涂彦平
编辑/张南
设计/师玉超
“氯化钠在海水中含有相当大的比例。而我从海水中提取的就是钠，可以用它来产生电能。
“钠能吗？
“是的，先生。……钠电池能量巨大，它的电动力比锌电池要强数倍。”
这是法国作家凡尔纳的小说《海底两万里》中尼摩船长和阿罗纳克斯教授的对话。这部诞生于1870年的小说，已经描绘出人类对钠电池的憧憬。
而现实中钠离子电池的出现则推迟了将近一百年。
1976年，Whittingham研究发现了二硫化钛（TiS2）能够进行锂离子（Li+）的嵌入和脱出，并制作了Li||TiS2电池，钠离子（Na+）在TiS2中的可逆脱嵌机制也被发现。
1980年，Armand提出“摇椅式电池”（Rocking Chair Battery）概念。锂离子就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就在摇椅两端来回运动。钠离子电池与锂离子电池的原理相同，也被称作摇椅式电池。
原理相同，几乎同时出现，但钠离子电池与锂离子电池两兄弟的命运走向却截然不同。
到了20世纪80年代，Delmas和Goodenough相继发现了层状氧化物材料 NaMeO2可作为钠离子电池正极材料。（Goodenough和上面提到的Whittingham同获2019年诺贝尔化学奖）1988年，Fouletier研究了软碳和石墨的储钠性能，开启了钠离子电池碳类负极材料研究。
1990年，日本索尼公司基于石墨负极完成了锂离子电池的商业化突破，并于第二年5月投放市场。从此，锂离子电池迎来属于自己的时代，而钠离子电池陷入长久的沉寂。
直到2000年，Stevens和Dahn发现硬碳材料具有优秀的钠离子脱嵌性能，钠离子电池负极材料的研究有了重大转折。
2015年，由法国RS2E主导开发的全球首颗18650圆柱型钠离子电池诞生，电芯能量密度达到90Wh/kg，循环寿命超过2000次。
此后，法国的Tiamat、英国的Faradion、美国的Natron Energy、中国的中科海钠等公司在钠离子电池领域均有了自己的研究成果。
2021年6月，中科海钠推出的全球首套1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。
同年7月，全球动力电池龙头老大宁德时代正式发布钠离子电池，并明确表示已启动产业化布局，2023年前将基本形成产业链。
彼时，新能源汽车正深受碳酸锂高价之苦，钠离子电池让行业看到了一种近在咫尺的替代方案。
虽然商业化比锂离子电池晚了将近30年，但钠离子电池还是迎来了属于它的时代。虽迟但到，晚霞非晚。
覆盖多元应用场景
要论资源储量，地球上的钠要比锂多得多。钠资源非常丰富，地壳丰度为2.75%，位列第6位；锂的地壳丰度只有0.0065%，位列第27位。
而且，钠遍布全球，而锂75%的资源集中在美洲。所以，相比之下，钠的供应链也更加稳定。
因为资源丰富，钠的价格也很实惠，2元/kg。而锂的价格是150元/kg。钠离子电池的材料成本要比锂离子电池降低30%-40%。
正极材料方面，钠离子电池主要有层状氧化物、聚阴离子化合物以及普鲁士类化合物等三种路线；负极材料方面，主要是硬碳、软碳等碳基材料。
2021年7月29日，宁德时代发布钠离子电池，正极材料采用了克容量较高的普鲁士白材料，负极材料使用了具有独特孔隙结构的硬碳材料。基于材料体系的突破，宁德时代第一代钠离子电池电芯单体能量密度达160Wh/kg。
2022年12月，亿纬锂能发布了大圆柱钠离子电池产品，正极采用层状氧化物，负极采用硬碳，能量密度为135Wh/kg，循环次数达到2500次。
蜂巢能源计划2023年第一季度完成第二代钠离子电池产品的设计定型，能量密度为135Wh/kg，第四季度计划完成160Wh/kg的钠离子电池开发。
因为能量密度介于铅酸电池和锂离子电池之间，钠离子电池将主要应用在两轮电动车、三轮电动车、低速电动车、储能和新能源汽车等领域。
中科海纳的钠离子电池商业化尝试是走在前面的，2018年首辆钠离子电池低速电动车亮相，2019年首座钠离子电池储能电站问世，2021年全球套1MWh钠离子电池储能系统成功投入运行。
2021年，钠创新能源先是发布了全球首套钠离子电池-甲醇重整制氢综合能源系统，又与爱玛科技联合发布了全球首批钠离子电池驱动双轮电动车。
EVTank、伊维经济研究院发布的《中国钠离子电池行业发展白皮书（2023年）》提出，2025年之前钠离子电池的主要出货领域将集中在以两轮车为代表的小动力，2025年之后在储能领域的应用将逐步提升，2026年储能用钠离子电池将成为最大的应用场景。
根据2022年6月国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，在防止电化学储能电站火灾事故方面有明确规定，“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池”。
这个导向很明确，客观上利好钠离子电池在储能领域的应用。
在乘用车端，钠离子电池普遍只能满足400公里以下较低续航车型的需求。不过，宁德时代官宣的AB电池方案，通过锂钠混搭优势互补，可以满足续航500公里的车型需求，“有望覆盖纯电动乘用车65%左右的市场”。
步入量产关键期
2022年，中科海钠分别在山西太原及安徽阜阳建成钠离子电池千吨级正负极材料和1GWh电芯生产线，率先开启了产业化之路。
值得一提的是，2022年3月，华为通过旗下平台哈勃投资，认缴出资约413万元购得中科海钠近13.3%股份，成为其第三大股东。

值得一提的是，2022年3月，华为依托其平台哈勃投资，承诺出资约413万元，购得中科海钠近13.3%的股权，跃升为第三大股东。

步入2023年，越来越多的钠离子电池企业公布了其产业化进程。
图源：思皓新能源
2月23日，思皓新能源与中科海钠共同研发的行业首款钠离子电池样车正式亮相，搭载的是思皓EX10花仙子。此款钠电车型的续航能力达252km，电池组容量为25kWh，电芯能量密度为140Wh/kg，系统能量密度为120Wh/kg，快充时间（SOC 10%-80%）仅需20分钟。
中科海钠总经理李树军在采访中透露：“随着钠电池产业化规模的拓展，相较于磷酸铁锂电池，业界普遍认为钠电池将拥有20%-30%的电芯成本优势。当然，这一数据也受碳酸锂价格影响。在整车层面，可能存在约10%的成本优势。”
3月1日，孚能科技宣布已获得江西江铃集团新能源汽车有限公司EV3钠电池的定点函，将为该公司提供钠离子电池包总成，预计2023年第二季度实现量产装车。
在3月9日召开的年报电话会议上，宁德时代表示，公司钠离子电池预计将于2023年实现产业化，具体规模将取决于客户项目的进展。与锂离子电池相比，公司钠离子电池“目前成本优势较为明显，待供应链成熟后优势将更加显著”。
3月10日，多氟多在投资者互动平台上表示，公司钠离子电池已有产品正在多家车企进行车载测试。预计到2023年底，多氟多河南基地钠离子电池年产能有望达到1GWh。除了自产钠离子电池，多氟多已具备千吨级的六氟磷酸钠生产能力，并对外批量供货。
在生产制造方面，钠离子电池与锂离子电池的生产工艺基本相同，可以通过调整传统的锂离子电池生产线快速实现钠离子电池的产能布局。
墨柯向汽车商业评论表示，钠离子电池的产业化在技术上已无重大问题，量产时仍需解决一些具体问题，此外，还需关注下游应用产品（如电动自行车、新能源乘用车等）对钠离子电池的验证过程，验证过程中可能还会发现一些具体问题。
锂价下跌，对钠离子电池的影响几何
钠离子电池已被写入多个政府文件，作为新型电池路线被鼓励大力推广。
2023年1月，工信部等六部门发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，明确提出要加快研发钠离子电池等新型电池。“聚焦电池低成本和高安全性，加强硬碳负极材料等正负极材料、电解液等主材和相关辅材的研究，开发高效模块化系统集成技术，加快钠离子电池技术突破和规模化应用。”
2022年7月，我国首批钠离子行业标准《钠离子电池术语和词汇》《钠离子电池符号和命名》正式发布，起草单位包括中科海钠、宁德时代、比亚迪等单位。这将进一步推动钠离子产业的规范化。
EVTank预测，到2030年钠离子电池的实际出货量将达到347GWh，届时最大的应用领域将是储能。
EVTank还指出，目前影响钠离子电池大规模应用最关键的因素在于钠离子电池与锂离子电池和铅酸电池的成本对比。据其推算，钠离子电池的成本目前在0.84元/Wh左右，高于磷酸铁锂电池和铅酸电池，成本优势尚未完全显现。
根据国内机构生意社的数据，碳酸锂的价格持续下跌。3月15日，电池级碳酸锂基准价为35.9万元/吨，较本月初的40.8万元/吨下降了12%，较去年11月60.9万元/吨的高点更是跌了41%。
如果碳酸锂价格持续下跌，钠离子电池的成本优势也将相应缩小，这可能会影响钠离子电池的产业化进程？
EVTank直言，碳酸锂价格的波动将是后期影响钠离子电池大规模应用的最关键因素之一。
墨柯表示：“碳酸锂价格持续下跌，导致锂离子电池成本持续走低，而钠离子电池的成本要做到比锂离子电池低，需要规模化生产，这些因素相互作用，确实对钠离子电池的应用推广不利。”
今年2月，多氟多在回答投资者提问时透露，公司第一批商用化量产的钠离子电池预估成本低于锂电池，并表示“即使碳酸锂价格降至10万元/吨，钠电仍然具有竞争力”。
在汽车商业评论看来，钠离子电池的成本优势固然重要，但其最大的价值在于能够解决锂资源供应紧张和锂价暴涨的问题，因此，其存在本身就是一种制衡手段。这种价值不会因锂价一时的下跌而消失。
钠离子电池的时代，才刚刚拉开序幕。
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