新能源車火熱，鋰電池需求蹭蹭上漲。但如今，鈉離子電池又將橫空出世，吸引了市場的目光。
5月21日上周五，寧德時代董事長曾毓群在股東大會上透露，將于今年7月份左右發(fā)布技術已經(jīng)成熟的鈉電池，由于系新推出，鈉電池可能比鋰電池貴。
鈉電池是什么？與鋰電池有什么差別？未來的應用路線如何？這都是投資者十分關注的問題。
什么是鈉電池？
鈉電池其實并非是一種全新的電池技術路線，最早于20世紀70年代被首次提出，只是目前仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。
鈉電池與鋰電池具有相似工作原理：依靠鈉離子在正極與負極之間可逆地遷移實現(xiàn)充放電，正極和負極均由允許鈉離子可逆地插入和脫出的插入型材料構成。
但就核心定位而言，鈉電池主打性價比。
正極方面，和鋰離子電池正極不同，鈉離子電池的高價態(tài)過渡金屬選擇多為銅、鐵、鎳、錳等，也有鋰摻雜手段使用。
充放截止電壓多在2.5-4.2V范圍，比容量在70-130mAh/g之間（相對高比容量體系的電壓稍低）。前瞻性的研究還包括引入晶格氧、類似富鋰正極的“富鈉”正極材料（首次比容量超過200mAh/g）構建等。
負極方面，和在鋰離子電池中的行為不同，石墨在含有碳酸酯電解液的鈉離子電池中的可逆比容量卻不足50mAh/g，不足以作為質優(yōu)價廉的負極材料。
相比之下各類無定型碳材料的可逆比容量在200-400mAh/g，甚至還有進一步的提升空間。
與鋰電池相比，鈉電池有何優(yōu)勢？
中國科學院物理研究所、中科海鈉科技有限責任公司的容曉暉、陸雅翔、胡勇勝等幾位研究員，曾在儲能領域核心期刊《儲能科學與技術》上發(fā)表題為《鈉離子電池：從基礎研究到工程化探索》的文章。
文中稱，相比于鋰電池，鈉電池的優(yōu)勢如下：
①鈉資源儲量豐富，分布均勻，成本低廉；②鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相似，與鋰離子電池的生產(chǎn)設備大多可兼容；③由于鋁和鈉在低電位不會發(fā)生合金化反應，鈉離子電池正極和負極的集流體都可使用廉價的鋁箔；④在固態(tài)電池中，可設計雙極性電極， 在同一張鋁箔兩側分別涂布正極和負極材料，將這樣的極片周期堆疊，在一個單體電池中實現(xiàn)更高電壓，并可節(jié)約其他非活性材料以提高體積能量密度；⑤鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴散能力；⑥鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導率，或者更低濃度電解液可以達到同樣離子電導率；⑦根據(jù)目前初步的高低溫測試結果，鈉離子電池高低溫性能更優(yōu)異；⑧在所有安全項目測試中，均未發(fā)現(xiàn)起火現(xiàn)象，安全性能更好。
研究者還比較了鉛酸、鐵鋰和鈉離子電池的綜合性能。根據(jù)其分析，鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命相比于鐵鋰稍差，但是成本具備一定優(yōu)勢（約1/3），低溫容量保持率更高，耐過放能力強。
和鉛酸電池相比，則除考慮回收的成本無優(yōu)勢外，其他方面的技術指標實現(xiàn)全面大幅超越。
鈉電池，短處在哪兒？
華金證券在研報中指出，鈉電池的四大主要問題在于：
1、鈉離子的離子半徑大于鋰離子，導致鈉離子無法嵌入石墨材料。鈉離子電池需要采用硬碳或其他負極材料，能量密度低于石墨材料。2、更大的尺寸使鈉離子，很難嵌入發(fā)生化學反應所在的電極晶體結構中，導致鈉離子的移動速率就比較慢，影響鈉離子電池充、放電速率。3、鈉離子嵌出電極的晶體結構也較難，導致電池可逆性差，能量密度利用率低，多次充放電后的能量密度下降速度快。4、主流的鈉離子電池正極材料NaMnO4、Na3V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3等，理論能量密度不及三元鋰，實際能量密度較磷酸鐵鋰低。
中信建投也在研報中表示，電池系統(tǒng)方面，磷酸鐵鋰單體容量相比于鈉離子電池有數(shù)量級的領先優(yōu)勢，這使得鈉離子電池在成組方面可能存在劣勢；鈉離子電池相對較高的內阻意味著電池的溫度管控難度可能較高，能量循環(huán)效率也較差。
未來什么路線？
分析師普遍認為，鈉電池暫無替代鋰電池成為動力領域主流技術的可能性，更多的是一種技術儲備和補充。
光大證券測算稱，中國鋰鹽生產(chǎn)超過60%的鋰原料需要進口，對外依存度較高。而鈉元素相對鋰元素而言并不稀缺，因此開發(fā)鈉離子電池可作為未來有效的技術儲備和補充。
中信建投推測認為，如進展順利，鈉離子電池有望大幅度取代鉛酸電池，甚至部分替代鋰離子電池。
如用于上汽通用五菱的五菱宏光MINI EV（工況續(xù)航120/170km，電池系統(tǒng)能量密度100Wh/kg，起售價2.98萬元），或可實現(xiàn)綜合性能持平、成本降低1000-1500元的效果；如用于5G基站備用電源，其弱點幾乎完全被規(guī)避，而且優(yōu)勢得以發(fā)揮。
上述券商估計，鈉離子電池有潛力用于儲能電站、備用電源、電動自行車、低速乃至稍高性能指標電動車。
中泰證券同樣認為，鈉電池未來應用場景或主要集中于儲能、低速新能源車及小動力領域，鋰離子電池仍是新能源汽車電池主流技術路線。
假設在2025年儲能需求達到90gwh，鈉離子電池在滲透率達到30%-80%，則碳酸鋰需求量約減少1.70-4.54萬噸，而碳酸鋰屆時的總需求量將達到100萬噸以上，鈉離子電池的應用不改碳酸鋰中長期高景氣周期。
華金證券也稱，鈉離子電池技術是鋰離子電池的有效補充，但考慮到其理論能量密度低于三元鋰電池，該短板或將導致鈉離子電池永遠無法在高端車型上實現(xiàn)大規(guī)模的應用。鈉離子電池有望在儲能市場和低端動力電池市場對鋰離子電池實現(xiàn)部分替代。
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