作者 | 克克
編輯 | 曉寒
寧德時代又放大招了！？
5月21日，寧德時代董事長曾毓群表示，將于2021年下半年發(fā)布鈉電池。作為全球鋰電池行業(yè)的老大，寧德時代的這一消息引發(fā)了廣泛關注，也將人們的視線吸引到了較為陌生的“鈉電池”身上。
一直以來，鋰電池憑借著能量密度高、充放電速度快、使用循環(huán)次數多等優(yōu)勢，在很多產業(yè)都得到了廣泛應用。尤其是車載動力電池方面，目前市場上的主流純電汽車幾乎都搭載三元鋰或磷酸鐵鋰電池。
然而，隨著搭載鋰電池的純電汽車產量持續(xù)增加，鋰電池產業(yè)諸如核心原材料儲量低、開采難度大、三元鋰電池有一定的安全隱患等局限性逐漸顯露了出來，人們已經開始尋找鋰電池的替代品了。
鈉電池就是鋰電池的替代品之一，相比之下，鈉電池的核心原材料儲量更高、開采難度更低，原材料成本自然也就更低。此外，鈉電池在面對擠壓、穿刺等情景時的安全性也更好。
那么“鈉電池”到底是怎樣一種產品？與目前主流的三元鋰電池相比具備怎樣的優(yōu)缺點？國內外又有哪些企業(yè)在研發(fā)這種電池呢？
本文福利：據寧德時代董事長曾毓群對外透露，寧德時代將于2021年7月前后發(fā)布鈉電池。分享報告《鈉電池發(fā)布難擾鋰電長邏輯，鈉電池與鋰電池互補而非競爭》，公眾號對話框回復【車東西0208】下載。
01.鈉電池更便宜更安全 可惜能量密度低
鈉電池是一種以鈉離子為電荷載體的電池，通過鈉離子在正負極間插入和分離來實現電池的充放電。鈉電池的工作原理本質上和鋰電池一樣，只是電荷載體不同。
鈉電池的正極材料主要包括鈉過渡金屬氧化物、鈉過渡金屬磷酸鹽、鈉過渡金屬硫酸鹽、鈉過渡金屬普魯士藍類化合物等幾大類；負極材料主要包括軟碳、硬碳、過渡金屬氧化物等；電解液成分跟鋰電池的電解液成分差別不大，只是把鋰離子改為鈉離子。
其他諸如中間隔膜成分、封裝工藝等方面，鈉電池與鋰電池并無本質區(qū)別。
相比鋰電池，鈉電池的一大優(yōu)勢就是成本低。鈉電池需要的鈉元素不僅儲量豐富、價格低廉，而且獲取渠道更多、開采難度更低。就像曾毓群所說：“氯化鈉（價格）炒不起來，鹽很多?！?
而且，鈉電池在架構、封裝工藝上與鋰電池高度相似，原先生產鋰電池的工廠不必經過大的改動就能直接進行鈉電池的生產，也就是說鈉電池取代鋰電池這一改變的成本也不會太高。
鈉電池的另一大優(yōu)勢是安全性高。在國外一科研團隊對由Tiamat Energy制造的18650圓筒型鈉離子電芯進行的針刺測試中，鈉電池在外殼被刺穿10分鐘后，內部溫度的最高值也只在130℃左右。團隊也對由Novasis Energies制造的軟包型鈉離子電芯進行了針刺測試，整個過程中沒有肉眼可見的明火出現。
▲鈉電池安全性測試過程
鈉電池沒能取代鋰電池的主要原因是能量密度還不夠高。目前，市場上鈉電池的電芯能量密度普遍在100~150Wh/kg。而主流的車規(guī)級動力電池中，三元鋰電池的電芯能量密度已經能達到250Wh/kg左右。磷酸鐵鋰電池的電芯能量密度稍低，但也有180Wh/kg左右。
不過，在純電汽車產量不斷增加的當今，不少企業(yè)都意識到儲量低、開采難的鋰恐怕不能支撐企業(yè)長遠發(fā)展，紛紛選擇投身鈉電池的研發(fā)。
02.歐美企業(yè)起步較早 已有多家拿出成品
目前鈉電池產業(yè)中，來自歐美的企業(yè)數量較多，實力也相對較強。
比如來自英國的Faradion公司，這家公司成立于2011年，致力于開發(fā)鈉離子技術并將其推向市場。2015年，Faradion與Williams Advanced Engineering和牛津大學合作，展示了世界上第一種由鈉電池供電的電動自行車。此外，在2020年1月，該公司還參與了由英國創(chuàng)新基金會資助的可再生能源低成本存儲項目，以展示鈉離子技術在太陽能存儲中的應用。
▲Faradion推出的車規(guī)級鈉電池供電模塊
來自法國的Tiamat Energy公司是法國CNRS研究實驗室的衍生產品，也是鈉電池領域的先行者。其技術在過去八年中得到了發(fā)展，并在第一輪融資中籌集了500萬歐元（約合3890萬元人民幣）。該公司還是法國政府成立的汽車研究與移動性指導委員會（CORAM）的一部分，以支持汽車領域作為一項關鍵技術。
Tiamat Energy已經與塑膠產品公司Plastic Omnium展開了合作，前者的18650圓筒鈉電池將被后者改造成于車輛的48V鈉電池組，并提供給所有汽車制造商。
▲Tiamat Energy推出的18650圓筒鈉離子電芯
來自美國的Natron Energy也在鈉電池領域有較強的實力，他們開發(fā)了一種新的工藝，用常見于染料中的普魯士藍來制造陰極和陽極。這種材料的成本雖低，但它的化學結構非常擅長吸收和釋放鈉離子，有利于提高鈉電池的充放電效率。而且，普魯士藍電極的使用壽命也比碳基和金屬基電極長，使用壽命最高可達5萬次。
▲Natron Energy推出的鈉電池
03.中國企業(yè)不甘落后 曾毓群導師也在研發(fā)
中國在鈉電池領域的發(fā)展也并不落后，目前也有多家企業(yè)開發(fā)出了可應用于多個領域的鈉電池產品。
除了寧德時代外，浙江安力能源也已經在鈉電池領域取得了一些成果。這家公司是超威集團和美國通用電氣公司共同成立的一家合資公司，致力于鈉-氯化鎳（簡稱鈉鹽電池）的研發(fā)、生產和銷售，目前公司的主力產品之一：T126型鈉鎳電池包的能量密度已做到102Wh/kg（電芯能量密度未提供）。
▲浙江安力能源T126型鈉鎳電池包
中科海鈉是國內鈉電池領域的又一先頭企業(yè)，它的技術團隊由中國工程院院士陳立泉、中國科學院物理研究所研究員胡勇勝等人領導。值得指出的是，中國工程院院士陳立泉正是曾毓群的博士生導師。
通過多年努力，中科海鈉已成長為國際少有的、擁有鈉離子電池核心專利與技術的電池企業(yè)之一。
比如，為了降低鈉電池成本，科研團隊研發(fā)了銅基鈉離子層狀氧化物正極材料和無煙煤基負極材料。如果用戶有需求，中科海鈉也能提供電解液、鈉鹽等產品，且支持定制。
同時，中科海鈉也充分考慮到了電池生產線轉型的問題，在鈉電池設計過程中充分考慮到了產品與原有的鋰電池工廠的適配度。胡勇勝表示，中科海鈉科技已經通過鋰電池生產線制造了數萬個鈉電池產品，目前他們的鈉離子電芯產能最高可達30萬只/月，產品包括圓筒形電芯和軟包型電芯。
▲中科海鈉推出的低速電動車用鈉電池組
04.結語：高能量密度鈉電池或可替代鋰電池
隨著便攜式電子設備和電動汽車的迅速發(fā)展，鋰離子電池的生產已達到空前的規(guī)模。所有主要的鋰電池制造商都在不斷擴大生產能力，以滿足日益旺盛的市場需求。
然而，鋰并不是一種豐富的元素，其在地殼中的含量僅為0.0065％。它還分布不均，其中約70％分布在南美。如果人類放任鋰電池產業(yè)“野蠻生長”，該產業(yè)可能在幾十年內便因為鋰元素枯竭而不得不衰落。
鈉元素的化學性質與鋰元素有較高的相似性，也很適合作為電池材料使用，而且它的儲量更高、開采難度更低、價格也更便宜。
多家歐美企業(yè)早早意識到了鋰電池的局限與鈉電池的發(fā)展前景，已經給出了鈉電池領域的產品和技術。一些中國企業(yè)也不甘落后，尤其是中科海鈉科技，通過多年的自主研發(fā)，在鈉電池正負極材料方面都擁有了自己的核心科技。
不僅如此，中科海鈉科技還在鈉電池設計過程中充分考慮到了產品與原有的鋰電池工廠的適配度，并親自使用鋰電池生產線制造了鈉電池且獲得了成功。
當下，鈉電池尚未取代鋰電池并成為電動車輛動力電池的首選，主要原因是鈉電池的能量密度還不夠高。
鈉電池的電芯能量密度往往在100~150Wh/kg之間，而磷酸鐵鋰電池的電芯能量密度在180Wh/kg左右，三元鋰電池的電芯能量密度更是達到了250Wh/kg左右。也就是說，當前水平的鈉電池恐怕很難滿足高動力、長續(xù)航車輛的需求。
但是，鈉電池優(yōu)勢和鋰電池即將面臨的困境都是不爭的事實。假以時日，人們通過努力，顯著提升了鈉電池的能量密度，補齊了鈉電池的短板，鈉電池的優(yōu)勢將會大放異彩，成為鋰電池的最佳替代品。
