深入分析钠电池量产难点及布局情况

随着新型电池技术的不断涌现，钠电池逐渐进入大众视野。相比之下，钠电池的安全性远高于锂电池。在过充过放、短路、针刺等测试中，能做到不起火、不爆炸。

钠电池最大的优点除了安全，还有低成本。在近期的央视《对话》中，中国电池工业协会副理事长黄学杰提及到：钠离子电池成本更低，把锂电池里所有锂都换成钠，能降30%，这个30%是很大的优势。往往百分之几的价格差，就可能决定一个行业的生死。

▲黄学杰 在央视《对话》中发言

2023年被称为“钠电元年”。今年以来，钠电产业不断传来重磅消息。

2月23日，“第二届全国钠电池研讨会”上，思皓新能源与中科海钠联合打造的行业首台钠离子电池试验车“思皓花仙子”公开亮相。

3月17日，两轮出行龙头企业雅迪携手旗下华宇新能源发布了第一代钠离子电池“极钠1号”以及配套整车雅迪极钠S9，极钠1号是两轮电动车行业首款具备装车应用水准的钠离子电池产品，这是钠离子电池在两轮车商用落地的一大里程碑。

4月16日晚间，全球动力电池龙头宁德时代宣布，其钠离子电池落地奇瑞车型。在发布了第一代钠离子产品一年半后，宁德时代钠离子电池产品终于迎来产品化。

曾经不被看好的钠离子电池，正在迎来属于它的高光时刻！

本文我们将对钠离子电池的构成、优劣势、量产难点以及产业链各环节企业布局情况进行系统梳理。

钠离子电池的工作原理和锂离子电池十分相似：在充电时，电池正极释放出的钠离子通过电解液到达负极材料上。同时，电子通过外部电路进入负极，确保正负电荷平衡。放电时，情况则相反，电子通过外部电路从负极进入正极，产生电流驱动用电装置。

▲钠离子电池充放电原理图

钠、锂电池间重要的不同点是：钠在地球的储藏量远远多于锂。钠在地壳中含量为2.27%，是地壳中第五大储量最丰富的金属，仅次于铝、铁、钙和镁，而锂的储量不足千分之一。所以当投入产业化之后，钠离子电池的成本将大大低于锂电。

此外，钠离子电池在安全方面也具有显著优势。由于钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高，在电路发生故障时，瞬发热量较少，能够减小事故发生时电池起火的概率。

▲钠离子电池的优势

钠离子电池技术实用化的痛点在于：

1)钠离子质量比锂离子重，电负性不及锂，因而能量密度不及锂。同类电极材料钠离子电池的电压比锂离子电池低，因此钠离子电池比容量低，能量密度也低。2)钠离子体积更大，难以脱嵌，循环性能较差。钠离子半径比锂离子大，因此导致钠离子在刚性结构中相对比较稳定，难以可逆脱嵌。即使可以发生脱嵌，钠离子嵌入脱出的动力学很慢，并且容易引起电极材料的结构产生不可逆的相变， 从而降低了电池的循环性能。

① 钠离子电池正极材料尚未确定

从技术角度来看，钠离子电池目前面临的最大困难是正极材料的选择。锂离子电池现已确定镍钴锰/镍钴铝三元结构，以及磷酸铁锂结构。与锂离子电池不同，钠离子电池仍处于研发阶段。然而正极材料是影响电池能量密度、循环寿命等性能指标的决定性因素。

目前钠离子电池正极材料有100多种，但三种主流材料是过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝（白）化合物。其中，过渡金属氧化物又分为层状过渡金属氧化物和隧道型过渡金属氧化物（目前隧道型过渡金属氧化物在市场上关注较少）。过渡金属氧化物的比容量较高，但发生电化学反应时，此类正极材料的稳定性较差，提高稳定性也是过渡金属氧化物正极材料最大的研究方向。

与过渡金属氧化物类似，普鲁士蓝（白）化合物作为正极材料也具有较高的比能量，但可能会削弱正极材料在电池循环过程中的稳定性和循环性能。聚阴离子化合物的特性与上述两种材料相反，其电化学反应稳定性较高，但作为正极材料的比容量较低。理论上来说，层状过渡金属氧化物是最有前途的，其他材料都比较难攻克，优点只是成本比较低。目前，层状过渡金属氧化物正极材料尚未量产，且各细分配方的专利也不同，因此价格区间较大。 

普鲁士白化合物在合成过程中会产生水，但在正极生产过程中必须保证极板中没有水，否则会严重威胁电池的安全。因此，除水工艺成为普鲁士白复合正极材料研发的难点。由于正极材料的不确定性，钠离子电池的市场应用仍处于关键技术研究阶段。从实用角度来看，目前钠离子电池的循环寿命仅为3500-4000次，对于未来的储能应用来说远远不够。如果用于储能（如家庭储能），循环寿命必须达到10000次左右。

② 生产线建设和生产运营亟待解决

钠离子电池量产需要解决的另一个问题是生产线建设和生产运营。虽然钠离子电池的生产线和生产技术可以完全复制锂离子电池。然而，在各大动力电池厂商加紧扩大产能以满足新能源汽车市场需求之际，钠离子电池企业尤其是初创企业需要从头开始建设和运营生产线，这需要很多钱。此时，钠离子电池初创公司的研发能力和团队背景可能会给企业带来融资优势。

截至2022年底，钠电池产能仅2GWh，即中科海钠建成的2GWh钠离子电池量产生产线。随着传艺科技、众钠能源、派能科技等代表性企业相继入局，钠离子电池产业化进程开始加速推进，正负极及电解液等相关材料配套产业链也初步形成。

▲钠离子电池企业布局

总体而言，钠离子电池的量产迫在眉睫，但应用水平，尤其是储能行业，仍然是一个需要不断努力的目标。由于钠储量丰富且平均，即使在完全商业化之后，各钠离子电池供应商的主要竞争方向很可能会围绕技术、成本和产品性能展开。

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 孙宝成

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