“許多人對(duì)鈉離子電池寄予厚望,，您怎么看待它的前景？”在2021年騰訊WE大會(huì)期間,，媒體記者將這一問題拋給了動(dòng)力電池與儲(chǔ)能及燃料電池技術(shù)科學(xué)家王朝陽,。

  “鈉離子電池是磷酸鐵鋰電池的‘備胎’。”他簡單,、直接的回答讓記者頗感意外,。畢竟，鈉離子電池已經(jīng)在國內(nèi)引發(fā)極大關(guān)注,。

  “說它是‘備胎’,，是因?yàn)槠涓鞣矫嫘阅芘c磷酸鐵鋰非常接近，除非后者的供應(yīng)鏈遇到困難,，從經(jīng)濟(jì)或性能上有必要啟用鈉離子電池,。”王朝陽說,。

  中國科學(xué)院院士歐陽明高也曾明確表示“鋰電池還會(huì)用很久”。目前鈉離子電池各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求,，預(yù)計(jì)到2035年鈉,、鉀離子電池性能大幅提升、比能量達(dá)到300瓦時(shí)/千克左右時(shí),，才會(huì)大規(guī)模進(jìn)入市場,。

  面對(duì)被稱為“備胎”的鈉離子電池，中國還能抓住哪些機(jī)會(huì),？

產(chǎn)業(yè)布局熱火朝天

  與前述科學(xué)家的分析對(duì)比鮮明的另一番光景是,，市場上對(duì)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備似乎都在“趕早不趕晚”，且布局者中不乏鋰電池上下游企業(yè),。

  2021年底,，國內(nèi)鋰電龍頭寧德時(shí)代在投資者互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局已經(jīng)啟動(dòng),，并將在2023年左右形成基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈,。

早在2021年7月，寧德時(shí)代就發(fā)布了其第一代鈉離子電池,，并透露該鈉離子電池的電芯單體能量密度已經(jīng)達(dá)到160瓦時(shí)/千克,，在常溫下充電15分鐘電量可達(dá)80%，在零下20°C低溫的環(huán)境下,，可實(shí)現(xiàn)90%以上的放電保持率,。寧德時(shí)代還表示，其下一代鈉離子電池能量密度將突破200瓦時(shí)/千克,。

  有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,，寧德時(shí)代發(fā)布的鈉離子電池能量密度直追磷酸鐵鋰電池，用此電池可造出續(xù)航600公里,、冬天“只打9折”的電動(dòng)車,，輔以更好的快充技術(shù)，“這樣的車型還成不了主流嗎？”

在鈉離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化賽道上,，還有科技“國家隊(duì)”的身影,。

  中國科學(xué)院物理研究所（以下簡稱中科院物理所）自2011年以來致力于安全環(huán)保、低成本,、高性能鈉離子電池技術(shù)開發(fā),，已在核心材料方面獲得專利授權(quán)30項(xiàng)（多項(xiàng)專利獲得美國、日本和歐盟授權(quán)）,。相關(guān)研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Cu基層狀氧化物正極材料和低成本無煙煤基負(fù)極材料,，均為國際首創(chuàng)。

  技術(shù)上的突破讓中科院物理所邁出產(chǎn)業(yè)化的腳步,。2017年,，國內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)——中科海鈉科技有限責(zé)任公司（以下簡稱中科海鈉）依托中科院物理所成立。次年,，中科海鈉研制的鈉離子電池組首次實(shí)現(xiàn)了在低速電動(dòng)車上的示范應(yīng)用,；翌年，研制出的鈉離子電池儲(chǔ)能電站首次實(shí)現(xiàn)了在規(guī)模儲(chǔ)能上的示范應(yīng)用,。

  更具里程碑意義的是,，2021年12月中旬，中科海鈉與三峽集團(tuán)及阜陽市人民政府達(dá)成合作,，共同建設(shè)全球首條鈉離子電池規(guī)?；慨a(chǎn)線。該產(chǎn)線規(guī)劃產(chǎn)能5吉瓦時(shí)（GWh）,，分兩期建設(shè),，一期1GWh計(jì)劃于2022年正式投產(chǎn)。

  在二級(jí)資本市場,，已有多家上市企業(yè)在2021年加入鈉離子電池賽道,。據(jù)天眼查信息，山西華陽集團(tuán)新能股份有限公司（簡稱華陽股份）聯(lián)手中科海鈉,，專門成立生產(chǎn)鈉離子電池正負(fù)極材料的子公司,，并展開一系列布局。鋰電池模組行業(yè)龍頭企業(yè)“欣旺達(dá)”,，在投資者互動(dòng)平臺(tái)披露其很早以前就開始了鈉離子電池研究,，并擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉方法及制備方法等多項(xiàng)專利。以啟動(dòng)電池出口為主業(yè)的猛獅新能源科技（河南）股份有限公司,，近期通過對(duì)外合作,，完成了18650圓柱鈉離子電芯的小批量交付。不過,，該公司表示,，“受制于國內(nèi)鈉離子電池關(guān)鍵材料供應(yīng),，目前還不具備量產(chǎn)條件”。

  在鈉離子電池上游產(chǎn)業(yè)鏈,，山東章鼓,、鵬輝能源等企業(yè)也已謀劃布局。山東章鼓近期表示,，公司投資的新疆喀什安德新材料擁有PPS體系的鋰離子,、鈉離子固態(tài)功能膜片的材料合成技術(shù)，可生產(chǎn)半固態(tài)的鋰,、鈉電池,。鵬輝能源則表示，公司已經(jīng)做出鈉離子電池樣品（采用磷酸鹽類鈉整機(jī)與硬碳體系負(fù)極）,，并“有望批量生產(chǎn)”,。

政策支撐大路走寬

  鈉離子電池?zé)岢北澈螅姓咧Φ墓凇?/span>

  2021年8月,，工業(yè)和信息化部答復(fù)政協(xié)第十三屆全國委員會(huì)第四次會(huì)議第4815號(hào)（工交郵電類523號(hào)）提案稱,，將組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)適時(shí)開展鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定，并在標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng),、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批等環(huán)節(jié)予以支持。同時(shí),，根據(jù)國家政策和產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài),，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究有關(guān)鈉離子電池行業(yè)規(guī)范政策，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展,。

  在這份答復(fù)全國政協(xié)委員高亞光的函件中,，工信部稱鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池是“推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石”,，是“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一”，并表示將在“十四五”相關(guān)規(guī)劃等政策文件中加強(qiáng)布局,，從促進(jìn)前沿技術(shù)攻關(guān),、完善配套政策、開拓市場應(yīng)用等多方面著手,，做好頂層設(shè)計(jì),，健全產(chǎn)業(yè)政策，統(tǒng)籌引導(dǎo)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,。

  與此同時(shí),，科技部在“十四五”期間實(shí)施的“儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)，也將鈉離子電池技術(shù)列為子任務(wù),，目標(biāo)是“進(jìn)一步推動(dòng)鈉離子電池的規(guī)?；?、低成本化，提升綜合性能”,。

“天使”與“魔鬼”雙重身份

  市場給力,、政策助力的背后，藏著鈉離子電池“天使與魔鬼”的雙重身份,。

  市場對(duì)鈉電池寄予厚望,，更多看到的是其“天使”的一面。王朝陽提及“鋰資源儲(chǔ)量足夠”的話雖不假,，但其分布不均,，70%分布在南美洲，尤其中國鋰礦資源與新能源發(fā)展所需并不相稱,。據(jù)國際能源署最新數(shù)據(jù)顯示,，到2030年，僅靠現(xiàn)有和在建的鋰礦生產(chǎn)項(xiàng)目,，全球?qū)⒊霈F(xiàn)約50%的鋰需求缺口,。

  鈉電池“天使”的一面也正在于此：鈉元素是地殼中儲(chǔ)量第六豐富的元素，是地殼中鋰資源的上千倍,，且地理分布均勻,，成本低廉；同時(shí),，鈉離子化合物容易獲取,、價(jià)格穩(wěn)定且低廉；再者,，在低電壓下鈉,、鋁不會(huì)合金化，因此鈉電池負(fù)極可使用更便宜的鋁集流體,，從而可進(jìn)一步降低電池的成本和重量,。此外，鈉,、鋰屬同族元素,，二者物理化學(xué)特性及儲(chǔ)存機(jī)制相似，前者不僅可兼容鋰電現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備,，還具有相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)特性和安全性,，這也讓鈉電池?fù)碛斜蠕囯姵馗嗟南胂罂臻g。

  政策希望推動(dòng)鈉電池產(chǎn)業(yè),，是因?yàn)槠淠壳叭蕴幱谘邪l(fā)之中,，尚未形成生產(chǎn)規(guī)模、缺乏供應(yīng)鏈,。

  鈉離子電池坐擁許多優(yōu)點(diǎn),，為何多年枯坐冷板凳,？這就是其“魔鬼”的一面：相比鋰離子，鈉離子半徑更大,，在充放電過程中正極材料更易崩塌,。這要求正極材料必須有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、有較高的氧化還原電位,，才不至于在鈉離子脫嵌過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌,。目前，已發(fā)現(xiàn)普魯士白和層狀氧化物兩類物質(zhì)能滿足其要求且相對(duì)有商業(yè)價(jià)值,。

  負(fù)極材料同樣棘手,。常用的石墨雖然便宜好用，但其與鈉離子性相不合,，鈉離子嵌入后易失去電化學(xué)活性,。此外，在進(jìn)一步規(guī)?；矫?，鈉電池也對(duì)制備工藝和環(huán)境友好有著更高要求。

  寧德時(shí)代的鈉離子電池方案中,，采用了與石墨同屬碳基材料的硬碳作為負(fù)極,，將正極材料換成鈉化合物，并使用特定技術(shù)手段處理電解液,，初步實(shí)現(xiàn)了目標(biāo),。只是這些技術(shù)與材料的成本，尚須在規(guī)?；筮M(jìn)一步觀察,。

  中科院物理所研究員,、中科海鈉創(chuàng)始人胡勇勝說,，鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時(shí)（20世紀(jì)70年代末）開展研究，但在多種原因之下鈉離子電池研究一度停滯,，直至2010年后才迎來轉(zhuǎn)折與復(fù)興,。而隨著研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)鈉電池不僅具有上述多種優(yōu)勢,，還具有較好的功率特性,、寬溫度范圍適應(yīng)性、安全性能和無過放電問題等優(yōu)點(diǎn),。

  基于當(dāng)前技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化水平,，鈉離子電池正對(duì)污染嚴(yán)重的鉛酸電池形成替代之勢。

  胡勇勝還介紹說,，借助于正負(fù)極均可采用鋁箔集流體構(gòu)造雙極性電池這一特點(diǎn),，可進(jìn)一步提升鈉離子電池的能量密度,，可使鈉離子電池向著低成本、長壽命,、高比能和高安全的方向邁進(jìn),。

中國的機(jī)會(huì)

  在新能源潮流之下，世界各國都在大力發(fā)展或儲(chǔ)備鈉離子電池技術(shù),。

  2020年,，美國能源部公布了對(duì)電池研究計(jì)劃的布局，明確將鈉離子電池納入儲(chǔ)能電池的發(fā)展體系,。

  歐盟儲(chǔ)能計(jì)劃“電池2030”項(xiàng)目公布了未來重點(diǎn)發(fā)展的電池體系,，將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系首位。歐盟“地平線2020研究和創(chuàng)新計(jì)劃”也將鈉離子材料作為制造非汽車應(yīng)用耐久電池的核心組件,。

  截至2020年,，全球已有20多家企業(yè)致力于鈉離子電池的研發(fā)。胡勇勝告訴記者,，在世界各地研究組努力下,，目前鈉離子電池在電極材料、電解質(zhì)材料,、表征分析,、儲(chǔ)鈉機(jī)制探索和電芯技術(shù)等方面不斷取得突破，鈉離子電池相關(guān)文章的發(fā)表數(shù)量迅速增加,，專利的申請(qǐng)數(shù)目亦逐年遞增,。

  2021年6月，中科海鈉發(fā)布全球首個(gè)1兆瓦時(shí)（MWh）鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng),。這意味著,，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學(xué)儲(chǔ)能體系后,，鈉離子電池開始在儲(chǔ)能領(lǐng)域嶄露頭角,，有望推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和變革。

  這還不是全部,。在胡勇勝看來,，中國儲(chǔ)能市場需求巨大、政府對(duì)相應(yīng)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用推廣高度重視,，鈉離子電池作為抓手,，未來機(jī)遇重大。

  “面對(duì)巨大的儲(chǔ)能市場,，鈉離子電池以其低成本,、長壽命和高安全的諸多優(yōu)勢有望在各類低速電動(dòng)車、電動(dòng)船,、數(shù)據(jù)中心,、通信基站,、家庭/工業(yè)儲(chǔ)能、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域快速發(fā)展,，提升我國在儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的競爭力與影響力,。”胡勇勝說,。  

  胡勇勝認(rèn)為,，我國在鈉離子電池領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備——如電池研發(fā)、核心材料體系,、關(guān)鍵材料放大制備和生產(chǎn),、電芯設(shè)計(jì)和研制、模塊化集成與管理等方面,，已經(jīng)做好了充分的產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備,，未來我國“有機(jī)會(huì)獲得鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)權(quán)”。

  盡管對(duì)鈉離子電池持“備胎論”觀點(diǎn),，王朝陽也覺得鈉離子電池仍將是動(dòng)力電池多元化“比較重要的元素”,。

  “為了保證供應(yīng)鏈的安全，我們必須堅(jiān)持對(duì)鈉離子電池的研發(fā),，特別是科研院所,、國企、大學(xué)等要持續(xù)研發(fā),，因?yàn)榧幢闶恰畟涮ァ?，有一天也許就會(huì)用上?！蓖醭栒f,。

延伸閱讀

長虹電池領(lǐng)域獲得重大突破

  一說到長虹，這可以說是中國的老牌企業(yè)了,，曾經(jīng)是家家戶戶都有長虹的產(chǎn)品,，什么長虹電視，長虹洗衣機(jī),，長虹空調(diào)等等,，只不過,，隨著其他產(chǎn)業(yè)的崛起,，長虹的聲音可能消失了不少。

  然而,，大家萬萬沒想到的是,，我國長虹竟然還有研究電池的成果，再次讓長虹的聲音進(jìn)入了大家的視野,。

  根據(jù)長虹新能源材料實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息指出,，實(shí)驗(yàn)室與電子科技大學(xué)聯(lián)合研發(fā),，在鈉離子電池領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，該新型技術(shù)可使鈉離子電池實(shí)現(xiàn)超級(jí)穩(wěn)定,、超長壽命,、超高倍率。這給新能源的變革帶來了巨大的好消息,。

  到底有什么突破呢,？根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的介紹數(shù)據(jù)顯示，鈉離子電池在小電流條件下(100mA/g)循環(huán)4個(gè)月容量無衰減,，可保持約210mAh/g的正極放電比容量,，展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，且正極材料和負(fù)極材料理論上可以無限循環(huán),，此外,，該電池在20A/g(100C)的高電流密度下可輸出142mAh/g的正極比容量，意味著~26秒可以充滿~70%的電池容量,，該指標(biāo)達(dá)到世界一流水平,。

  26秒充70%電量，的確有點(diǎn)強(qiáng)悍,，就算是大家用得快充,，從手機(jī)都做不到這樣的能力。所以,，的確也算得上是一項(xiàng)突破,，并且四川長虹也表示了，公司有該方面的預(yù)研項(xiàng)目正在開展,。所以,，這個(gè)領(lǐng)域的研究可能在中國市場上占據(jù)有利的地位。一旦研究出成形的產(chǎn)品,，并且實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,，那么必然是一個(gè)好事情，這就是大概的情況,。

相關(guān)鏈接

鈉離子電池研究歷史

  鈉離子電池研究最早開始于上世紀(jì)八十年代前后,，早期被設(shè)計(jì)開發(fā)出來的電極材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2電化學(xué)性能不理想,，發(fā)展非常緩慢,。尋找合適的鈉離子電極材料是鈉離子儲(chǔ)能電池實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵之一。2010年以來,，根據(jù)鈉離子電池特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)了一系列正負(fù)極材料,，在容量和循環(huán)壽命方面有很大提升，如作為負(fù)極的硬碳材料、過渡金屬及其合金類化合物,，作為正極的聚陰離子類,、普魯士藍(lán)類、氧化物類材料,，特別是層狀結(jié)構(gòu)的NaxMO2（M=Fe,、Mn、Co,、V,、Ti）及其二元、三元材料展現(xiàn)了很好的充放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性,。

  中科院物理所胡勇勝研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自2011年起致力于安全保,、低成本、高性能鈉離子電池技術(shù)研發(fā),，開發(fā)出低成本銅基正極材料,、煤基碳負(fù)極材料、低鹽濃度電解液,，其核心專利獲得中國,、美國、日本及歐盟授權(quán),。2017年,，建成百噸級(jí)正、負(fù)極材料中試線,，兆瓦級(jí)產(chǎn)能的電池線,，研制出能量密度為150 Wh/kg，循環(huán)壽命達(dá)4500周的鈉離子電池,，并先后完成電動(dòng)自行車,、全球首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車和首座100kWh鈉離子電池儲(chǔ)能電站示范應(yīng)用和全球首座1MWh鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)研制的鈉離子電池產(chǎn)品可以滿足自行車等各類低速電動(dòng)車及電動(dòng)船的需求，也可用于家庭/工業(yè)儲(chǔ)能,、5G基站和數(shù)據(jù)中心后備電源,，且適合應(yīng)用于可再生能源接入電網(wǎng)及分布式儲(chǔ)能等大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域。

  2015年11月30日,，法國一支研究團(tuán)隊(duì)在可充電電池材料上取得了一項(xiàng)重大進(jìn)步,，“18650”鋰電池被普遍用于筆記本、LED手電,、以及特斯拉Model S汽車等設(shè)備上,，但法國國家科學(xué)研究中心的研究人員們首次開發(fā)出了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的18650規(guī)格的鈉離子電池。

  上海交通大學(xué)馬紫峰教授研究小組在國家自然科學(xué)基金委和國家973計(jì)劃支持下,，從工業(yè)化應(yīng)用角度出發(fā),，采用氧化石墨烯對(duì)[Na2/3[Ni1/3 Mn2/3]O2電極進(jìn)行修飾改性，制備了無粘結(jié)劑的高電導(dǎo)特性的柔性電極,，在0.1C至10C充放循環(huán)條件下,，獲得良好的容量和循環(huán)性能。該研究小組還采用廉價(jià)的普魯士藍(lán)類材料（NaMFe(CN)6）,，通過優(yōu)化晶體內(nèi)部分子結(jié)構(gòu),，構(gòu)筑了高容量、長循環(huán)壽命的鈉離子電池正極材料,。其比容量高達(dá)118.2mAh/g （10mA/g）,。在國際上首次將該材料與硬碳負(fù)極材料制備了儲(chǔ)能型鈉離子電池的原型電池，其能量密度達(dá)到了81.72 Wh/kg,，是鉛酸電池的2倍,，為儲(chǔ)能型鈉離子電池工業(yè)化奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

  2018年12月,，南京理工大學(xué)夏暉教授與中外團(tuán)隊(duì)合作,，首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進(jìn)展,，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池,，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》上。這種正極材料制成的電極比容量達(dá)到211.9毫安時(shí)每克,，而市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140毫安時(shí)每克,。充放電過程中，這種正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無相變,，體積變化僅為2%,，循環(huán)充放電1000次后，比容量保持率高達(dá)94.6%,，而電池行業(yè)一般的比容量保持率標(biāo)準(zhǔn)約為80%,。

  2021年7月29日消息，寧德時(shí)代正式推出鈉離子電池,。寧德時(shí)代稱,，總體來看，第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池,，但在低溫性能和快充方面,，具有明顯的優(yōu)勢，特別是在高寒地區(qū)高功率應(yīng)用場景,。 

  2020年11月,，中科院物理所胡勇勝研究員與中外團(tuán)隊(duì)合作的鈉離子電池論文《Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries》在世界學(xué)術(shù)刊物《Science》上發(fā)表，該研究提出了一種簡單的預(yù)測鈉離子層狀氧化物構(gòu)型的方法,，并在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了該方法的有效性,，為低成本,、高性能鈉離子電池層狀氧化物正極材料的設(shè)計(jì)和制備提供了理論指導(dǎo)。該研究成果入選2020年度中國科學(xué)十大進(jìn)展30項(xiàng)候選成果,。

  2020年12月,，胡勇勝團(tuán)隊(duì)匯集近十年在鈉離子電池基礎(chǔ)研究和工程化探索中取得的研究進(jìn)展，結(jié)合國內(nèi)外專家學(xué)者近四十年在鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域取得的杰出成果,，組織撰寫了《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》,，系統(tǒng)總結(jié)了鈉離子電池的研究現(xiàn)狀，集中探討鈉離子電池的關(guān)鍵問題,。