隨著汽車行業(yè)電氣化趨勢逐步深入，動力電池的技術(shù)發(fā)展也開始日益加速。目前市面上的新能源車型基本搭載的都是以鋰離子為電荷載體的動力電池，一時間，鋰資源可謂是供不應(yīng)求，價格也是水漲船高，從而導(dǎo)致鋰離子電池的制造成本不斷攀升。事實上，由于全球鋰礦資源十分有限，市場上一直都在積極探尋鋰離子電池的替代品。其中，鈉離子電池在近兩年關(guān)注度提升，特別是進入2023年以后，行業(yè)內(nèi)關(guān)于鈉離子電池“上車”的消息接踵而來。那么，鈉離子電池為何會受到如此關(guān)注？相比鋰離子電池，它又有哪些優(yōu)劣勢？

一、鈉離子電池是何方神圣？

事實上，鈉離子電池的研發(fā)是同鋰離子電池同時開始的，只不過當(dāng)時由于技術(shù)瓶頸以及性能上的差距，導(dǎo)致其一直沒有得到廣泛應(yīng)用。隨著科技的進步，一些技術(shù)瓶頸逐步被攻破，鈉離子電池的能量密度也在不斷增加，續(xù)航里程也有所突破。此外，由于地球上鈉礦的儲量遠高于鋰礦，制造鈉離子電池的成本相比鋰離子電池要低很多，因此由鈉代替鋰成為新的動力電池技術(shù)路線。

1、概念及工作原理

鈉離子電池與鋰離子電池十分相似，都是靠金屬離子在電池內(nèi)移動實現(xiàn)充放電。同時，它們都屬于二次電池，民間也稱它們?yōu)槌潆婋姵兀�說白了就是可以反復(fù)使用的化學(xué)電池類型。鈉離子電池與鋰離子電池的主要區(qū)別之一就是電荷載體不同，鈉離子電池中的電極材料為鈉鹽。

鈉離子電池和鋰離子電池的工作原理非常相似。充電時，鈉離子從正極活性材料晶格中脫出，正極電極電勢升高，同時鈉離子進一步在電解液中遷移至負極表面并嵌入負極活性材料晶格中。在該過程中電子則由外電路從正極流向負極，引起負極電極電勢降低，從而使得正負極之間電壓差升高而實現(xiàn)鈉離子電池的充電；放電時，鈉離子和電子的遷移則與之相反，鈉離子從負極脫出經(jīng)電解液后重新嵌入正極活性材料晶格中。電子則經(jīng)由外電路從負極流向正極，為外電路連接的用電設(shè)備提供能量做功，完成電池的放電和能量釋放。

2、正極材料路線

相比傳統(tǒng)鋰離子電池，鈉離子電池除了電解液的不同以外，還有一點重要的區(qū)別就是正極材料的不同，目前主要分為普魯士正極、層狀氧化物正極和聚陰離子正極這三種類型。其中普魯士正極是由鈉和鐵氰根組成的化合物，通常呈藍色，具有高電壓和高能量密度的特點，并且制備工藝簡單，成本較低；層狀氧化物正極由鈉和氧化銅、鐵、錳、鎳等金屬組成，具有高能量密度和循環(huán)壽命較長等特點；聚陰離子正極材料為磷酸鐵鈉和磷酸釩鈉等，具有較高的安全性和長壽命的特質(zhì)。

二、鈉離子電池的優(yōu)勢與短板

1、鈉離子電池的優(yōu)勢

·成本低，價格穩(wěn)定

鈉在地殼中的儲量約為2.36%，是鋰的400多倍，算是儲量極為豐富的金屬且分布廣泛。同時，鈉離子電池正極不需要使用稀有貴金屬如鈷、鎳等，制備相對簡單，進一步降低了制造成本和對資源的依賴。此外，由于鈉離子電池與鋰離子電池工作原理、結(jié)構(gòu)類似，所以可以利用現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線進行生產(chǎn)，也能節(jié)約一部分設(shè)備投入。

·低溫性能好，低溫容量保持率高于磷酸鐵鋰電池

相對于常見的鋰離子電池，鈉離子電池在低溫狀態(tài)下有著更好的性能。由于鈉離子電池的電解液和電極材料中，采用了一些物理性質(zhì)更加穩(wěn)定的材料，因此在極端低溫環(huán)境下的性能表現(xiàn)優(yōu)異。另外，其低溫狀態(tài)下的電池容量保持率還高于同等環(huán)境下的磷酸鐵鋰電池，簡單來說，就是“掉電”不會像磷酸鐵鋰電池那么快。

·安全性能好，極端條件下不易出現(xiàn)熱失控

鈉離子電池的安全性較高，原因是鈉離子電池的內(nèi)阻較高，短路時發(fā)熱量少、溫升較低，不易出現(xiàn)熱失控。同時，在過充、過放、短路、針刺、擠壓等測試中也表現(xiàn)出了相當(dāng)高的穩(wěn)定性。此外，鈉離子電池還可以實現(xiàn)0V運輸，這就大大降低了其運輸中的風(fēng)險。相比之下，目前市面上搭載三元鋰電池的車型在發(fā)生碰撞時出現(xiàn)自燃的事故比比皆是。

·充電速度快

在快充能力方面，鈉離子電池的充電時間更快，以寧德時代第一代鈉離子電池為例，常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上。相比較而言，目前量產(chǎn)的三元鋰電池即使是在直流快充的加持下，將電量從20%充至80%通常需要30分鐘的時間，磷酸鐵鋰則需要45分鐘左右。所以在補能效率方面，鈉離子電池也有著明顯的優(yōu)勢。

2、鈉離子電池的短板

·循環(huán)壽命短

目前磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命已經(jīng)達到了6000次，而鈉離子電池的循環(huán)壽命只能達到2000-3000次，距離前者還有很大的差距。另外，按照10年以上甚至20年以上的儲能要求來看，目前鈉離子電池的循環(huán)壽命仍無法滿足。

·能量密度低

這也是鈉離子電池現(xiàn)階段技術(shù)突破的難點，目前鈉離子電池的表現(xiàn)相比常見的鋰離子電池，仍處于劣勢。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，寧德時代的第一代鈉離子電池的能量密度雖然已經(jīng)達到了160Wh/kg，而鋰離子電池陣營中的三元鋰已經(jīng)做到300Wh/kg了。

·上游原材料產(chǎn)業(yè)鏈不完善

目前，其相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈并不完善。在正負極材料方面，電池級原料（碳酸鈉、氧化鐵）還未達到成熟的商業(yè)化，而負極則受到了由于碳源無主流原料的產(chǎn)品限制。在電解液方面，鈉鹽同樣還沒有成熟的商業(yè)化產(chǎn)品，好在鈉鹽的合成相對簡單，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可能性強。

·專業(yè)技術(shù)人才短缺

鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展正處于初級階段，無論是研發(fā)、生產(chǎn)還是維修售后，其相關(guān)人才都非常稀缺。這主要是由于該技術(shù)門檻較高、維修難度大以及培養(yǎng)周期長等原因造成。因此，目前鈉離子電池相關(guān)的人才供需矛盾比較懸殊，市場上急需更多的專業(yè)技術(shù)人才。

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