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，將於 2021 年下半年發布鈉電池。作為全球鋰電池行業的老大，寧德時代的這一消息引發了廣泛關注，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，鋰電池憑藉著能量密度高、充放電速度快、使用循環次數多等優勢，在很多產業都得到了廣泛應用。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，隨着搭載鋰電池的純電汽車產量持續增加，鋰電池產業諸如核心原材料儲量低、開採難度大、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、開採難度更低，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。
那麼“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缺點？國內外又有哪些企業在研發這種電池呢？
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，鈉電池與鋰電池並無本質區別。
相比鋰電池，鈉電池的一大優勢就是成本低。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、開採難度更低。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。
鈉電池的另一大優勢是安全性高。在國外一科研團隊對由 Tiamat Energy 製造的 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 製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，不少企業都意識到儲量低、開採難的鋰恐怕不能支撐企業長遠發展，紛紛選擇投身鈉電池的研發。
歐美企業起步較早，已有多家拿出成品
目前鈉電池產業中，來自歐美的企業數量較多，實力也相對較強。
比如來自英國的 Faradion 公司，這家公司成立於 2011 年，致力於開發鈉離子技術並將其推向市場。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展，並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 圓筒鈉電池將被後者改造成於車輛的 48V 鈉電池組，並提供給所有汽車製造商。
▲ 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，他們開發了一種新的工藝，用常見於染料中的普魯士藍來製造陰極和陽極。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，有利於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
中國企業不甘落後 曾毓群導師也在研發
中國在鈉電池領域的發展也並不落後，目前也有多家企業開發出了可應用於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，致力於鈉 – 氯化鎳（簡稱鈉鹽電池）的研發、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，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之一。
比如，為了降低鈉電池成本，科研團隊研發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，且支持定製。
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製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 萬隻 / 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
結語：高能量密度鈉電池或可替代鋰電池
隨着便攜式電子設備和電動汽車的迅速發展，鋰離子電池的生產已達到空前的規模。所有主要的鋰電池製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，鋰並不是一種豐富的元素，其在地殼中的含量僅為 0.0065％。它還分佈不均，其中約 70％分佈在南美。如果人類放任鋰電池產業“野蠻生長”，該產業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、開採難度更低、價格也更便宜。
多家歐美企業早早意識到了鋰電池的局限與鈉電池的發展前景，已經給出了鈉電池領域的產品和技術。一些中國企業也不甘落後，尤其是中科海鈉科技，通過多年的自主研發，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，並親自使用鋰電池生產線製造了鈉電池且獲得了成功。
當下，鈉電池尚未取代鋰電池並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、長續航車輛的需求。
但是，鈉電池優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，鈉電池的優勢將會大放異彩，成為鋰電池的最佳替代品。