鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：2857次 | 2021年04月06日
鈉電池為何有可能取代鋰離子電池？
鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素，從元素周期表中來(lái)看，鈉與鋰屬于同一族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)相似，因此理論上鈉也可以像鋰相同用來(lái)做電池。當(dāng)然了，鈉的原子半徑比鋰要大很多，因?yàn)殁c原子比鋰原子要多8個(gè)電子，所以自然長(zhǎng)得很胖。一旦長(zhǎng)胖，就會(huì)有很多麻煩，比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中，而且它比鋰要重很多，使得單位質(zhì)量的電池儲(chǔ)能就要比鋰少。
但是，鈉有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)鈉元素在地球上的含量非常高，它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽里就有大量的鈉，海水中也有非常多的鈉。正因?yàn)楹渴重S富，所以鈉比鋰要便宜很多。在市場(chǎng)上，作為鋰原料的碳酸鋰價(jià)格每噸要幾萬(wàn)元；而作為鈉原料的氯化鈉的價(jià)格每噸只要幾千元。所以，作為電池來(lái)說(shuō)，鈉電池與鋰離子電池相比的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是便宜，這關(guān)于產(chǎn)業(yè)化來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常核心的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的是成本。
當(dāng)然，成本優(yōu)勢(shì)不等于技術(shù)優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵還要看鈉是不是真的可以做電池。電池的正極材料、負(fù)極材料、電解液是三個(gè)基本的組成部分，這些對(duì)鈉電池來(lái)說(shuō)都沒(méi)有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負(fù)極材料為例，可以做負(fù)極的材料有很多種，研究的比較多的重要是硬碳材料。雖然硬碳的儲(chǔ)鈉機(jī)理目前還沒(méi)有定論，而且不同的人做出的電池負(fù)極性能差異比較大，但這只是工藝問(wèn)題，總有一天能做到標(biāo)準(zhǔn)化的。
實(shí)際上，鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒(méi)有太大的差別，利用的是鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過(guò)程實(shí)現(xiàn)充放電。充電時(shí)，鈉離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，同時(shí)電子補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到負(fù)極，保證正負(fù)極電荷平衡。放電時(shí)則相反，鈉離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極。在正常的充放電情況下，鈉離子在正負(fù)極間的嵌入脫出不應(yīng)該破壞電極材料的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)（當(dāng)然在實(shí)際情況下可能會(huì)出現(xiàn)一定的記憶效應(yīng)，也可能導(dǎo)致電極材料的老化）。
那么，鈉離子電池有技術(shù)優(yōu)勢(shì)嗎？有的人宣稱(chēng)在原理上，鈉離子電池的充電時(shí)間可以縮短到鋰離子電池的1/5雖然目前這方面的公開(kāi)數(shù)據(jù)并不是很充分，于是只能說(shuō)這是潛在的優(yōu)點(diǎn)。也有相關(guān)資料宣稱(chēng)，鈉離子電池壽命超過(guò)10年，而通常鋰離子電池使用壽命只有3-4年，不過(guò)關(guān)于這一點(diǎn)是存疑的，根據(jù)相關(guān)調(diào)研，鈉離子電池的重要問(wèn)題正是循環(huán)壽命不高，所以這是一個(gè)爭(zhēng)議點(diǎn)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
我國(guó)首輛鈉離子電池低速電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)問(wèn)世
目前有定論的是，鈉離子電池有成本低的優(yōu)點(diǎn)，其他的技術(shù)優(yōu)勢(shì)則不太明顯。那么這一領(lǐng)域目前的研發(fā)情況又是怎么樣的呢？
作為一個(gè)有示范性意義的項(xiàng)目，2018年六月，我國(guó)首輛鈉離子電池低速電動(dòng)汽車(chē)在我國(guó)科學(xué)院物理研究所園區(qū)內(nèi)示范演示請(qǐng)注意，這里的關(guān)鍵詞是低速。該輛低速電動(dòng)汽車(chē)是由依托物理所鈉離子電池專(zhuān)利技術(shù)成立的中科海鈉科技公司推出的。在2017年，我國(guó)科學(xué)院物理研究所就以鈉離子電池技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利出資成立了中科海鈉科技有限責(zé)任公司，我國(guó)科學(xué)院物理研究所陳立泉院士，胡勇勝研究員為技術(shù)帶頭人。隨后，中科海鈉公司在江蘇溧陽(yáng)準(zhǔn)備建立產(chǎn)業(yè)化基地，加速推進(jìn)鈉離子電池商業(yè)化進(jìn)程。
但是據(jù)了解，目前鈉離子電池的能量密度只能達(dá)到120瓦時(shí)/公斤。所以，在能量密度這一技術(shù)指標(biāo)上，鈉離子電池還不能與鋰離子電池相提并論，因?yàn)殇囯x子電池的能量密度300瓦時(shí)/公斤以上。
從能量密度的角度來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在的鈉離子電池只能達(dá)到鋰離子電池的一半以下，因此鈉離子電池目前只能用在低速電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)船、家庭儲(chǔ)能等對(duì)能量密度要求較低的領(lǐng)域，目前還不能用鈉電池做出高速電動(dòng)汽車(chē)。用鈉電池做電動(dòng)自行車(chē)是比較合適的，比如我國(guó)長(zhǎng)城旗下公司研發(fā)的鈉離子電池組實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)自行車(chē)上的示范應(yīng)用。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
我國(guó)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
我國(guó)科學(xué)院物理所參與的鈉離子電動(dòng)汽車(chē)只是一個(gè)演示性的項(xiàng)目。
但鈉電池是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)，它可能還要更多的研發(fā)才能綻放出時(shí)間的玫瑰。在目前的我國(guó)，鈉電池的產(chǎn)業(yè)化的步伐正在加速。2019年一月，位于鞍山的遼寧星空鈉電電池有限公司自主研發(fā)的鈉離子電池近日進(jìn)入量產(chǎn)階段，世界上首條鈉離子電池生產(chǎn)線投入運(yùn)行，預(yù)計(jì)規(guī)?；a(chǎn)后年產(chǎn)值超過(guò)100億元。
除了公司界的努力，在學(xué)術(shù)界也還有很多研究團(tuán)隊(duì)在致力于鈉電池的研發(fā)。比如南京理工大學(xué)夏暉教授在鈉電池的錳基正極材料研究方面上取得了進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在《自然通訊》上。夏暉教授的研究團(tuán)隊(duì)找到的這種正極材料制成的鈉電池電極比容量達(dá)到211.9毫安時(shí)每克，而目前市面上的鋰離子電池正極材料比容量大約為140毫安時(shí)每克。不過(guò)，學(xué)院派對(duì)鈉離子電池的研究重要是對(duì)各種水系電解質(zhì)、有機(jī)系電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)以及相應(yīng)的不同的正負(fù)極材料做排列組合，這些排列組合總可以做出比較高的比容量，但對(duì)產(chǎn)業(yè)界來(lái)說(shuō)，核心問(wèn)題還不是比容量的問(wèn)題，核心問(wèn)題是電池的循環(huán)壽命也就是說(shuō)這個(gè)電池能用多長(zhǎng)的時(shí)間，能充電放電多少次，這個(gè)才是產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的。
所以，從產(chǎn)業(yè)情況來(lái)看，目前鈉電池的產(chǎn)業(yè)化還停留在初級(jí)階段，很多研究成果只是在高校與研究所流傳，離真正落地還要一定的時(shí)間甚至有研究人員表示，在地球上的鋰儲(chǔ)量用完之前，鈉離子電池根本沒(méi)有機(jī)會(huì)。鈉電池也可能像人工智能技術(shù)相同，一開(kāi)始可能并不被人看好，只能在學(xué)院派里流傳，但也許有一天會(huì)發(fā)生突變，迅速落地在產(chǎn)業(yè)界。這是很有可能的，所以鈉電池實(shí)際上值得有前瞻思維的公司家與投資者高度關(guān)注。
鈉離子電池是未來(lái)儲(chǔ)能電池的重要發(fā)展方向之一。隨著鈉離子研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈉離子電池的商業(yè)化進(jìn)程會(huì)不斷加快，也許提前布局這一領(lǐng)域有望在新能源電池領(lǐng)域搶得先機(jī)。當(dāng)然現(xiàn)在說(shuō)鈉離子電池取代鋰離子電池似乎為時(shí)尚早。鋰離子電池已經(jīng)成為了各個(gè)行業(yè)的儲(chǔ)能首選，從手機(jī)到汽車(chē)，幾乎無(wú)所不包。但是它的電極材料（鋰/Li）比較稀有，因此開(kāi)采和精煉占據(jù)了成本的大頭。多年來(lái)，我們一直在尋找更實(shí)惠的替代品。而斯坦福大學(xué)的研究人員們，就將目光瞄向了古老的材料（鹽/NaCl）上其最新研制的鈉離子電池，能夠以80%不到的成本，存儲(chǔ)與鋰離子電池相當(dāng)?shù)哪芰浚?/p>
斯坦福大學(xué)最新開(kāi)發(fā)的鈉離子電池，已在儲(chǔ)能成本上將鋰離子電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在后頭。地球擁有廣闊的海洋和鹽湖等鈉鹽來(lái)源，因而鈉離子無(wú)疑成為了一個(gè)完美的低成本儲(chǔ)能候選。
此外鈉電池可以有許多種形態(tài)，比如筆記本電腦上常見(jiàn)的18650電芯。首席研究者ZhenanBao表示：性能上，鋰元素暫時(shí)還找不到對(duì)手。但它實(shí)在太貴太稀有，因而我們要開(kāi)發(fā)元素更加豐富、成本更加低廉的鈉基電池。
斯坦福團(tuán)隊(duì)采用了鈉鹽電極的設(shè)計(jì)，充上正電荷的鈉離子會(huì)游向充負(fù)電荷的磷正極這兩種元素在自然界中的儲(chǔ)量都很豐富。研究人員還稱(chēng)：為了改進(jìn)充放電循環(huán)周期，他們分析了電池工作時(shí)，鈉離子附著和脫離陰極的原子力水平。
