什么是“鈉電池”？一文說清

2026年是“十五五”開局之年，正是將宏觀“規(guī)劃圖”細(xì)化為可行“施工圖”的關(guān)鍵階段。在這個(gè)過程中，我們會(huì)頻繁遇到一系列聽起來專業(yè)又前沿的“科技名詞”，比如“綠色供應(yīng)鏈”“清潔低碳?xì)洹钡取＿@些術(shù)語并非空洞的概念，它們背后折射的是未來幾年科技突破、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與生活演進(jìn)的真實(shí)方向。

那么，這些詞究竟意味著什么？它們將如何具體地改變我們的日常？今天，就讓我們走進(jìn)“鈉電池”這個(gè)名詞。

什么是鈉電池？

鈉電池，即鈉離子電池（sodium-ion battery，常縮寫為SIB或Na?ion Battery），是一種可逆充放電的“搖椅式”二次電池體系。其工作原理是依賴鈉離子（Na?）在正極與負(fù)極間的嵌入與脫嵌，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存與釋放。鈉電池的核心結(jié)構(gòu)與鋰離子電池高度相似，僅用鈉替代鋰。

搖椅式發(fā)電原理示意圖

相較于鋰電池，鈉電池具有成本低廉、資源豐富、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，且有望通過技術(shù)迭代，在2030年實(shí)現(xiàn)與低成本鋰電的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。

鈉電池的分類信息

鈉電池的詳細(xì)解釋

隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速和新能源汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，鋰離子電池的生產(chǎn)制造規(guī)模顯著增長(zhǎng)，但鋰資源的短缺問題日益凸顯。

相較于鋰，鈉在地殼中具有更高的豐度，成本優(yōu)勢(shì)顯著，且鈉電的綜合性能與鋰電最為接近、鈉離子電池的架構(gòu)、封裝工藝與鋰電池高度相似，中長(zhǎng)期較鋰電池均有一定的成本優(yōu)勢(shì)，使得鈉電池成為近年來備受關(guān)注的新型能源存儲(chǔ)技術(shù)。

鈉離子電池成本優(yōu)勢(shì)

然而，相較于鋰離子，鈉離子的離子半徑較大，這一特性成為影響鈉電池性能的關(guān)鍵因素。較大的離子半徑導(dǎo)致鈉離子在電極材料中的擴(kuò)散速度較慢，從而影響了鈉電池的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，可能縮短電池的使用壽命。

為攻克上述性能難題，研究人員圍繞鈉電池的核心組成部分展開了大量研究與優(yōu)化工作，以提高其性能。如在正負(fù)極材料方面，開發(fā)具有特殊晶體結(jié)構(gòu)、高比容量和良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的正極材料，以及尋找低成本、儲(chǔ)鈉性能優(yōu)異的負(fù)極材料；在電解質(zhì)方面，開發(fā)新型的電解質(zhì)體系，如固態(tài)電解質(zhì)和離子液體，以提高鈉電池的性能和安全性。

近年來，鈉離子電池受到我國(guó)政府的高度重視和重點(diǎn)扶持。有關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策，支持鈉離子電池加速創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，支持先進(jìn)產(chǎn)品量產(chǎn)能力建設(shè)，加快助力鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推進(jìn)。2023年1月工業(yè)和信息化部等六部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》。該指導(dǎo)意見指出：“聚焦電池低成本和高安全性，加強(qiáng)硬碳負(fù)極材料等正負(fù)極材料、電解液等主材和相關(guān)輔材的研究，開發(fā)高效模塊化系統(tǒng)集成技術(shù)，加快鈉離子電池技術(shù)突破和規(guī)模化應(yīng)用。”

鈉電池的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景

鈉離子電池由于其成本低廉、資源豐富等優(yōu)勢(shì)，在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)交通工具和通信基站備用電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中，鈉離子電池可以用于電網(wǎng)調(diào)峰、負(fù)荷平衡和可再生能源的儲(chǔ)存與調(diào)度。與鋰離子電池相比，鈉離子電池的成本更低，適合于大規(guī)模部署。

在電動(dòng)交通工具領(lǐng)域，鈉離子電池由于其較低的成本和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命，適用于低速電動(dòng)車、物流車和城市公共交通等領(lǐng)域。盡管其能量密度較鋰離子電池低，但在對(duì)成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中具有競(jìng)爭(zhēng)力。

在通信基站備用電源領(lǐng)域，鈉離子電池由于其較長(zhǎng)的使用壽命和較低的維護(hù)成本，適用于通信基站的備用電源系統(tǒng)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，對(duì)備用電源的需求不斷增加，鈉離子電池在這一領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

隨著鈉離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，其能量密度、循環(huán)壽命和低溫性能等方面取得了顯著進(jìn)展。未來，隨著材料科學(xué)、電化學(xué)和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈉離子電池有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，成為鋰離子電池的有力補(bǔ)充。

20Ah固態(tài)鈉離子軟包電池（左）；18650固態(tài)鈉離子圓柱電池（右）

鈉電池的綠色應(yīng)用難點(diǎn)

鈉電池作為替代鋰電的綠色儲(chǔ)能技術(shù)，其發(fā)展過程中仍面臨多重環(huán)境與可持續(xù)性挑戰(zhàn)。

鈉資源的開采和提煉過程可能會(huì)對(duì)土壤、水源等造成污染，同時(shí)電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)若缺乏有效管控，也會(huì)產(chǎn)生廢水、廢氣等污染物；電池報(bào)廢后的回收處理若不規(guī)范，還可能導(dǎo)致重金屬等有害物質(zhì)泄漏，造成二次污染。

此外，鈉電池的安全性和可靠性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。雖然鈉電池在理論上具有較好的安全性，但其在實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)仍需通過大量的測(cè)試和驗(yàn)證。因此，在鈉電池的研發(fā)和應(yīng)用過程中，需要加強(qiáng)安全性和可靠性的研究，確保其在各個(gè)領(lǐng)域的安全應(yīng)用。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)鈉電池產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展時(shí)期。依托豐富原材料和政策驅(qū)動(dòng)，中國(guó)的鈉電池產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入量產(chǎn)階段，并逐步推廣至兩輪車、微型電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場(chǎng)。然而存在的問題依舊明顯：能量密度仍落后于LFP鋰電，首次效率低及冷啟動(dòng)性能需優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)鏈核心材料與回收體系仍不完善，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估平臺(tái)亟待建立。這些挑戰(zhàn)在一定程度上制約了其在高端市場(chǎng)的突破

參考文獻(xiàn)

[1]鈉電池深度：吐故“鈉”新，分庭抗“鋰” https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202303061584062989_1.pdf

[2] 胡英瑛,溫兆銀,芮琨,等.鈉電池的研究與開發(fā)現(xiàn)狀[J].儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù),2013(2):10.DOI:10.3969/j.issn.2095-4239.2013.02.001

]中國(guó)科學(xué)院.青島能源所在低成本高安全鈉離子電池領(lǐng)域獲進(jìn)展[EB/OL].(2023-10-08). https://www.cas.cn/syky/202310/t20231008_4973368.shtml

策劃制作

作者丨劉語 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理所研究員 長(zhǎng)時(shí)規(guī)模儲(chǔ)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任

審核丨路瑞剛 中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)科普文化與傳播部部長(zhǎng)

責(zé)編丨楊雅萍 王夢(mèng)如

審校丨徐來 張林林