我國儲能網訊：“15分鐘充電80%，零下20度電池不衰減”。不久前，動力鋰離子電池“一哥”寧德時代召開了公布會，推出自己的第一代鈉離子電池。很多人直呼：寧德時代這是要重塑電動汽車！

鈉離子電池能否在三元鋰離子電池、磷酸鐵鋰離子電池等一眾對手中脫穎而出，引領潮流，成為下一代的電池技術？

科幻小說為何難成現實？

令人稍感意外的是，鈉電池的概念，是法國科幻作家凡爾納于1870年，在著名科幻小說《海底兩萬里》當中最先提出。

小說里，鸚鵡螺號通過取得海水當中的電解質鈉，制成鈉電池作為能源來驅動前進，因為鈉元素來自于海水，屬于就地取材。

書中預言的電擊槍、潛水服、海底隧道一一實現，但鈉電池潛水艇始終進展不大，一直到了上世紀70年代，隨著第三次工業革命的到來，鈉離子電池才被真正地研發出來，而與鈉電池同時代誕生的，還有如今人們非常熟悉的鋰離子電池。

如今四十多年過去了，鋰離子電池早已廣泛應用到生出現活當中，尤其成為新能源汽車的核心產品；但鈉電池的發展卻不怎么順利，長期以來只小范圍應用在儲能電站、低速車領域，甚至到2011年，才有公司嘗試將產品商業化。

鈉電池，顧名思義就是用鈉離子作為驅動的電池。通過鈉離子在電池的正負極之間“跑來跑去”實現電荷移動的一種動力鋰離子電池。因為自身“素質”不過關，被人遺忘在角落里。

鈉離子電池為何一直被冷落？這其實與它的化學屬性有非常直接的關系。實際上，無論是鈉電池還是鋰離子電池，它們的工作原理都是相似的：在電池陰極，元素失去電子，轉變成為更高價的離子，隨后進入電解質，穿過隔膜，向陽極轉移：雖然離子能夠穿過電解質和隔膜，但電子卻不行，只能從外部的電路跑到陽極，并在外部做功。這就是電池的放電過程。

鋰元素的原子量是6.94，在金屬中最輕；鋰元素的標準電極電位是-3.045V，在金屬中最低；此外，鋰元素的比容量也是金屬中最高，同時其電化學當量最小。

這意味著，鋰離子電池理論上能夠獲得最大的能量密度。在電池領域，假如暫不考慮安全和成本因素的話，能量密度擁有絕對的話語權—鋰離子電池就是研發者眼中的首選。

然而打開化學課本的元素周期表，與鋰離得最近的金屬元素就是鈉，它們都位于周期表的第一列，最外層電子數相同，化學性質相似，所以都能作為電荷搬運工，驅動電池充放電。

不過鈉離子電池硬傷也比較明顯，首當其沖的就是能量密度不足，鋰的原子量是7，鈉的原子量為23，原子量越小就意味著能量密度越大。

這就導致三元鋰離子電池能量密度已經在200Wh/kg（瓦時每千克，比能量單位）以上時，鈉離子電池僅100-150Wh/kg，即使寧德時代當前公布的鈉離子電池能量密度可以達到160Wh/kg，與鋰離子電池的差距也很明顯，導致電池使用效率明顯偏低。

其次鈉離子半徑比鋰離子大70%，導致自身移動速度極其緩慢，沒辦法穿過負極石墨材料，也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。

這樣一來，在科學技術尚不發達的上世紀80年代，鋰離子電池和鈉離子電池走上了截然不同的道路：前者迅速商業化，成為消費市場必不可少的用品，后者則完全進入了停滯狀態。

如今，寧德時代公布的鈉離子電池，讓更多人看到了這項“命途多舛”的技術，也讓動力鋰離子電池未來的發展之路，多了一個強有力的“潛在競爭者”。

鋰與鈉的愛恨情仇

但實事求是地來講，鈉電池也并非一無是處，它有兩個優勢是鋰離子電池無法比擬的。

首先在儲備量方面，鋰資源的儲量有限。數據顯示，目前70%的鋰資源分布在南美洲，而現階段我國80%鋰資源依賴進口，隨著需求量的新增，鋰元素的價格也一路飆升，從最初的3.8萬元一噸漲到16萬元一噸。

此前，我國工程院院士陳立泉就曾明確表示，假如全世界的車都使用鋰離子電池，全世界的電能都用鋰離子電池儲存，鋰根本不夠，一定要考慮新的電池。

▲2021年上半年全球動力鋰離子電池裝機量榜單（/視覺我國）

鈉資源儲量就很高，僅僅我國一個察爾汗鹽湖中，氯化鈉儲量就高達426.2億噸，大約是全球鋰資源儲量的一百多倍，可以說鈉資源是非常“優秀”的“非再生能源”。

其次在使用屬性上，盡管鈉離子能量密度不佳，但它的化學性能相對穩定，所以它對溫度并不敏感，不容易形成鋰枝晶那樣堅硬的枝晶，在抗低溫和安全性上較同類別的鋰離子電池也有明顯的優勢。

所以從理論上，只要能讓鈉離子在電池當中自由游走，就有希望解決鈉電池能量密度偏低的問題，鈉電池也就有了“逆襲”鋰離子電池的希望。在國際競爭加劇，全球能源轉型、碳減排碳中和的大背景下，開發鈉電池這樣一條全新的產品路線，有非常豐富的政治和經濟利益。

這或許正是寧德時代讓鈉電池“復活”的初衷。

記者了解到，現有的鈉離子電池正極一般是用普魯士白和層狀氧化物兩類材料，鈉離子雖然能夠穿行，但在循環過程中電池容量會快速衰減，導致電池能量密度明顯衰減，非常不耐用。

于是寧德時代用全新思路開發的鈉電池誕生了—對材料體相結構進行電荷重排，解決了普魯士白在循環過程中容量快速衰減難題。在負極材料方面，開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料，其具有克容量高、易脫嵌、優循環的特性，并給正負極材料優化了相適配的電解液。

▲鈉離子電池工作原理圖（/視覺我國）

這樣一來，讓鈉離子既可以在正負極之間自由穿行，又不至于過度地衰減能量。并且鋰離子電池的生產線也可以用來生產鈉電池，很好地控制了成本。

按照寧德時代對外公布的數據，技術優化以后“新生”的鈉離子電池，單體能量密度已經達到了160Wh/kg，幾乎達到磷酸鐵鋰離子電池（150-210Wh/kg）的標準。在常溫下充電15分鐘，電量可達80%；而在零下20°C低溫的環境下，仍然有90%以上的放電保持率。同時在系統集成效率方面，也可以達到80%以上。

“充電快”“耐低溫”“高集成效率”幾個關鍵詞直擊當下鋰離子電池痛點，也讓人們看到了新能源車續航問題的解決希望，以及動力鋰離子電池未來的全新發展思路。

▲動力鋰離子電池大PK（制圖/柴青艷）

能量密度低仍待解

時間撥回到一年半以前，2020年四月，比亞迪高調公布了刀片電池產品，希望從“續航性”與“安全性”兩方面重塑磷酸鐵鋰離子電池，改變整個動力鋰離子電池行業。

但實際情況是，刀片電池提升了續航性能，卻無法規避低溫影響，甚至有消費者反饋抗低溫性能還不如三元鋰離子電池。不少業內人士也指出，刀片電池只在體積利用率上進行了極限優化，并未真正做到革新材料。

這與如今寧德時代高調公布的鈉電池，頗有些同病相憐之處。

在清華大學化學工程系教授張強看來，鈉離子電池最大的問題，就是依然沒能解決鈉電池能量密度低的問題。

張強解釋說，在乘用車領域，三元鋰離子電池的能量密度已經朝300Wh/kg、甚至更高的目標邁進。相比而言，鈉電池能量密度只有一半，和鋰離子電池差距依然比較明顯，和自身相比有進步，但在大環境當中能量密度依然偏低。“下一代鈉電池能量密度目標雖然是200Wh/kg，但這個研發過程所要的時間，目前很難估測”。

所以此次公布的鈉離子電池，寧德時代給出了AB電池的解決方法，也就是將鈉離子模組和鋰離子模組按照特定的比例，封裝在同一電池包內，達到“一機兩用”的目的，創造出全新的鋰鈉電池，為應用創造了更多場景。

但這種一機兩用的技術解決路徑，更像是公司的自圓其說：因為此前從沒有在任何主流新能源車型應用過這個方法，甚至連三元鋰和磷酸鐵鋰兩種鋰離子電池混用的方法也不曾出現。有關追求超長續航、要超高能量密度的中高端乘用車型來說，磷酸鐵鋰、三元鋰離子電池甚至未來的固態電池，或許才是他們主流的選擇。

“在沒能大幅提升鈉離子電池的能量密度前，鈉電池在乘用車領域機會不多，首先應用的場景可能是儲能領域。”中關村儲能產業技術聯盟理事長俞振華這樣評價道。

但即便在儲能領域，鈉電池產業化之路也有諸多難題亟待破解：雖然海水、鹽湖當中有豐富的鈉，但我國相關提取技術并不成熟，要一按時間培育上下游產業；盡管鈉的價格低于鋰，但較低的能量密度意味著更多的輔材和制造成本，根據相關試驗測算，鈉離子電池的輔材與制造成本占比近75%。

“在沒有實現上下游產業鏈打通的前提下，鈉電池并不容易控制成本。”上海交通大學化工學院教授、能源與技術研究所副所長楊軍認為，按照目前的規模，形成真正市場化、產業化的鈉電池產品，可能還要2-3年，甚至更長時間。

盡管要想實現鈉離子電池規模化還要一段時間，但可以肯定的是，鈉離子電池進軍乘用車領域，是動力鋰離子電池嘗試向上游延伸，降低原材料價格波動影響的一種探索方式。不管產業化之路是否成功，它都為鋰離子電池上游價格高漲敲響了警鐘，也為能源轉型、多技術路線的發展，供應了更多的思路和方法。

磷酸鐵鋰離子電池迎來“翻身”

在鈉電池高調進軍動力鋰離子電池領域之時，另一個現象也引發了業內人士的廣泛關注—三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池的市場占比天平，已經悄然傾斜，十分耐人尋味。

磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池是目前市場的兩大主流，有觀點認為它們本質上都是鋰離子電池，只是材料構造存在差別：磷酸鐵鋰離子電池用磷酸鐵鋰做正極；三元鋰離子電池也叫三元聚合物鋰離子電池，重要是由鎳鈷鋁或者是鎳鈷錳做正極。

但也有觀點認為，磷酸鐵鋰離子電池本質上是鐵電池，并非真正意義上的鋰離子電池。所以兩者在能量密度、安全性等方面有著不小的差距。

磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固，難以分解，燃點是500℃以上，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰相同結構崩塌發熱，或是形成強氧化性物質。因此磷酸鐵鋰離子電池穩定性更好，但磷酸鐵鋰離子電池也有明顯的短板，即放熱慢、產熱少、能量密度低，不得不用提高體積比的方式，來換取更高的續航。

在傳統認知中，磷酸鐵鋰離子電池雖然安全性表現更佳、成本更加有優勢，但從能量密度和續駛里程角度看，三元鋰離子電池更勝一籌，所以在很長一段時間里，盡管鋰離子電池導致的電動汽車自燃頻頻上演，但三元鋰離子電池依然成為了市場的熱寵。

數據顯示，2017年磷酸鐵鋰離子電池市場份額尚且為49.6％，到了2018年跌至37.8%，到2019年更是下跌到32%。除了商用車以外，幾乎所有乘用車都開始采用三元鋰離子電池產品。

就在人們認為磷酸鐵鋰離子電池即將“優雅謝幕”之時，情況卻發生了戲劇性的反轉：先是磷酸鐵鋰離子電池市場份額止跌回升，從特斯拉Model3、ModelY(配置|詢價)到比亞迪漢、小鵬P5等等，越來越多車企開始推出裝配磷酸鐵鋰離子電池的車型。

▲三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池咋使用材料方面的差別（/視覺我國）

來到2021年，磷酸鐵鋰離子電池市場份額進一步擴大。今年1-五月，國內磷酸鐵鋰離子電池產量29.9GWh，近三年來首次超越三元鋰離子電池，這種顛覆性的變化在業內引發了廣泛關注。

我國電池工業協會副理事長王敬忠分析認為，磷酸鐵鋰離子電池在安全性能等方面的表現本來就優于三元鋰離子電池，近年來隨著技術進步，不僅其能量密度及續駛能力有所增強，而且成本也實現了大幅下降，使磷酸鐵鋰離子電池的“翻身”有了較為可靠的基礎。

因此隨著鈉電池的入場，人們的關注點也有了全新的方向—這種受制于技術因素的動力鋰離子電池，未來有可能像磷酸鐵鋰離子電池相同“咸魚翻身”，讓動力鋰離子電池領域的“龍虎斗”變成“三國殺”嗎？

專家眼中的鈉電池>>>

鈉離子電池未來有很多機會

我國科學院院士、北京大學物理學院教授甘子釗：

新能源汽車電池，目前行業內大量使用的是鋰離子電池，使用鈉電池的比較少，但鈉電池相比于鋰離子電池，還是有一定優勢的。鋰離子電池的負極用料是銅，而鈉電池是鋁，鋁的價格比銅便宜得多，所以鈉電池未來是有很多機會的。

有關電池的問題，假如深入研究下去，就牽扯到我們對當代凝聚態物理的了解了。在電池當中，傳導是離子，隨著凝聚態物理學的發展，對離子導電的認識也會更加清晰，最終帶來電池行業的進步，而這恰恰是新能源汽車行業的重大進步。

鈉電與鋰電不存在替代關系

清華大學化學工程系教授張強：

在提倡節能減排碳達峰的大背景下，結合國家有關儲能的需求來看，無論是磷酸鐵鋰、三元鋰還是鈉電池，存在都是有意義的。但鈉電池與鋰離子電池細分市場不相同，有各自的工作崗位和應用空間，目前并不存在誰替代誰的問題。

具體來看，鋰離子能量密度高，所以在移動式場景優勢會突出一些，比如乘用車領域；鈉離子電池能量密度沒有那么高，可能更適用于固定式儲能，例如儲能站當中。也要關注具體的型號類型，使用地域差別等等，比如哈爾濱用的電池，和海南島用的電池肯定不相同。

未來隨著能源領域的轉型，有關動力鋰離子電池的需求量只增不減，會呈現一個供不應求的狀態，所以從這個角度看，不管是鈉電池還是鋰離子電池，市場一定會遵循“哪個能造好用哪個，哪個更好用用哪個”的原則。黑貓白貓，抓到耗子就是好貓。

鈉電池必須提高自身“技術含量”

中關村儲能產業技術聯盟理事長俞振華：

鈉電池目前處于一個剛起步的狀態。在學術上，鈉離子電池沒有形成統一的技術路線，入局的公司也處于“摸著石頭過河”的狀態；在產業上，寧德時代的電池也沒有量產，甚至連關鍵材料的供應體系也不健全。

鈉電池未來還有很長一段路要走。在乘用車領域，因為能量密度的問題，短時間內鈉電池尚且無法和鋰離子電池抗衡，必須提高自身的“技術含量”。

在儲能電池領域，目前磷酸鐵鋰離子電池是儲能電池的重要技術路線。鈉離子電池和磷酸鐵鋰離子電池，能量密度差距已經縮小了很多，所以未來技術成熟以后，市場可能會有一些差異性的選擇，這也是鈉離子電池的一個機會。

鈉電池尚不能量產，要市場檢驗

上海交通大學化工學院教授、能源與技術研究所副所長楊軍：

現在公布的鈉電池，能量密度已經達到160Wh/kg以上，這個數字是相當高了，進步也是非常明顯的，但要注意的是，并不是說這款電池現在就能大量生產。相反的是，可能還要等兩三年才能真正上市，無論上市以后面對的是儲能領域還是乘用車領域，都要市場來檢驗，這到底是不是一款滿足需求的產品。

至于三元鋰和磷酸鐵鋰離子電池占比的問題，還要具體問題具體分析，它們的使用場景是不同的，有成本的因素也有安全的因素，比如說無人機的電池，就必須要求能量密度非常高，磷酸鐵鋰離子電池就不合適，所以這方面實際上很難預測。