鋰鈉同族，物化性質(zhì)有類似之處。以寧德時(shí)代和中科海鈉為代表的企業(yè)開(kāi)始布局鈉離子電池，有望推動(dòng)鈉離子電池的商業(yè)化進(jìn)程。鋰、鈉、鉀同屬于元素周期表ⅠA 族堿金屬元素，在物理和化學(xué)性質(zhì)方面有相似之處，理論上都可以作為二次電池的金屬離子載體。

鋰的離子半徑更小、標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)更高、比容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈉和鉀，因此在二次電池方面得到了更早以及更廣泛的應(yīng)用。但鋰資源的全球儲(chǔ)量有限，隨著新能源汽車(chē)的發(fā) 展對(duì)電池的需求大幅上升，資源端的瓶頸逐漸顯現(xiàn)，由此帶來(lái)的鋰鹽供需的周期性波動(dòng)對(duì)電池企業(yè) 和主機(jī)廠的經(jīng)營(yíng)造成負(fù)面影響，因此行業(yè)內(nèi)部加快了對(duì)資源儲(chǔ)備更加豐富、成本更低的電池體系的 研究和量產(chǎn)進(jìn)程，鈉作為鋰的替代品的角色出現(xiàn)，在電池領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

堿金屬元素基本性質(zhì)對(duì)比

鈉離子電池是什么?

在原材料方面，鈉離子電池比鋰電池更具有成本優(yōu)勢(shì)。在制造工藝方面，鈉離子電池的制造工藝與鋰電池接近，因此可沿用鋰電產(chǎn)線。

鈉離子電池的結(jié)構(gòu)原理

鈉離子電池即一種濃差電池，正負(fù)極由兩種不同的鈉離子嵌入化合物組成充電時(shí)，鈉離子從正極脫嵌經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，此時(shí)負(fù)極處于富鈉狀態(tài)，正極處于貧鈉狀態(tài)，這時(shí)電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到正極，以平衡正負(fù)極電荷。

放電時(shí)，鈉離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入正極，正極處于富鈉狀態(tài)，負(fù)極處于貧鈉狀態(tài)，這時(shí)電子的補(bǔ)償電荷經(jīng)外電路供給到負(fù)極，以保證正負(fù)極電荷平衡。

在原材料方面，鈉離子電池比鋰電池更具有成本優(yōu)勢(shì)。在制造工藝方面，鈉離子電池的制造工藝與鋰電池接近，因此可沿用鋰電產(chǎn)線。

鈉離子電池的主要構(gòu)成

在原材料方面，對(duì)比鋰電池，鈉離子電池具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池的主要組成部分包含正極材料、負(fù)極材料、電解液等：

1)正極材料：由于鈉離子電池的正極材料采用的是普魯士白和層狀氧化物等，可減少對(duì)鋰等材料的依賴;

2)負(fù)極材料：鈉離子的負(fù)極材料主要以碳基材料為主，活性炭?jī)?chǔ)存鈉離子的能力超過(guò)鋰電池負(fù)極材料且價(jià)格低;

3)電解液，鈉離子電池的電解質(zhì)選擇范圍更廣泛。在制造工藝方面，鈉離子電池的制造工藝與鋰電池接近，因此可沿用鋰電產(chǎn)線。

鋰離子電池VS鈉離子電池VS鉛酸電池

在性能方面，鈉離子電池主要優(yōu)勢(shì)為快充性能好、高低溫性能優(yōu)異、安全性能好、設(shè)備兼容性好，但能量密度以及循環(huán)壽命低是限制其發(fā)展的主要問(wèn)題對(duì)比鋰離子，鈉離子主要有以下性能優(yōu)勢(shì)：

1)充電快：磷酸鐵鋰需20-30分鐘可充電至80%，鈉離子電池有望將時(shí)間縮短40%左右;

2)高低溫性能優(yōu)異：工作溫度范圍在-40C-80℃。高低溫環(huán)境下電池仍有良好的容量保持率;

3)安全性能好：在過(guò)充、過(guò)放、短路、針刺、擠壓等測(cè)試中不起火、不爆炸;

4)設(shè)備兼容性好：鈉離子電池與鋰離子電池生產(chǎn)工藝相近，如兩者在電極生產(chǎn)過(guò)程、電池裝配過(guò)程完全相同，因此設(shè)備兼容性高，企業(yè)產(chǎn)線轉(zhuǎn)換成本較低;

5)鈉離子溶劑化能低：鈉離子比鋰離子更易脫溶劑化，界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)更好。

對(duì)比鋰離子，鈉離子具有以下缺點(diǎn)：

1)能量密度低：對(duì)比鋰離子，鈉離子最大的缺陷是能量密度較低，在相同續(xù)航情況下，單車(chē)重量增加約10%-20%;

2)循環(huán)壽命低：對(duì)比鋰離子，鈉離子由于半徑比鋰離子大，反應(yīng)過(guò)程中嵌入脫出難度大且容易造成結(jié)構(gòu)變化，從而造成其循環(huán)壽命較低。

成本構(gòu)成對(duì)比：鈉電池VS.鋰電池

從可持續(xù)角度來(lái)看，鈉元素資源豐富且分布較廣，可避免資源卡脖子問(wèn)題。從成本端來(lái)看，納離子對(duì)比鋰離子的電池成本降低了約20%。

鈉離子電池成本構(gòu)成

從可持續(xù)角度來(lái)看，鈉元素資源豐富且分布較廣，可避免資源卡脖子問(wèn)題：

1)鈉資源：鈉資源的地殼豐度達(dá)275%，在地殼中的豐度位居第6位，且鈉資源分布于全球各地。鈉的價(jià)格低廉且易獲取;

2)鋰離子：鋰離子的地殼豐度達(dá)0.0065%，且資源分布不均，75%的鋰分布在南美洲地區(qū)。相對(duì)于鈉離子而言，鋰離子的價(jià)格更高。

從成本端來(lái)看，納離子對(duì)比鋰離子的電池成本降低了約20%：

1)正極材料：鈉離子電池的正極材料如銅鐵錳層狀氧化物約為2.9萬(wàn)元/噸、普魯士白類為2.6萬(wàn)元/噸、鎳鐵錳層狀氧化物為4.2萬(wàn)元/噸，而鋰離子電池的正極材料碳酸鋰的價(jià)格約為8.6萬(wàn)元/噸。

2)集流體：鈉離子電池負(fù)極集流體均為鋁箔，鋰離子電池負(fù)極集流體只能使用鋼箔。電池級(jí)鋁箱成本在2.4-3萬(wàn)元/噸，電池級(jí)銅箔成本在8-9萬(wàn)元/噸。

3)電解液：由于同濃度電解液下鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液，因此可降低成本，或鈉離子電池可用低鹽濃度電解液來(lái)降低成本。

鈉離子電池將促進(jìn)電池鋁箔需求增長(zhǎng)

電池集流體是將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái)，以產(chǎn)生更大的輸出電流的電池部件，此外它還 充當(dāng)電池活性材料的載體，對(duì)電池的性能有較大影響。目前鋰電池的正負(fù)極的集流體分別是鋁箔和 銅箔。由于鈉離子不會(huì)與鋁形成合金，因此鈉離子電池的正負(fù)極的集流體均可以使用成本更低的鋁 箔。根據(jù)中科海鈉，相比鋰離子電池，由于正負(fù)極集流體采用鋁箔，鈉離子電池中集流體成本占比 僅為 4%，遠(yuǎn)低于鋰離子電池的 13%。

我們判斷，鈉離子電池集流體鋁箔與鋰電池基本相同，性能要求基本接近。相比普通的鋁箔，作為 電池集流體鋁箔要求較高，其中厚度要求控制在 10~50 微米，部分電池廠甚至使用 8 微米的鋁箔。同時(shí)電池集流體還要求具有較低的粗糙度、更好的導(dǎo)電性、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率，此外對(duì)產(chǎn)品的一致 性和穩(wěn)定性也有較高的要求。因此，電池鋁箔對(duì)設(shè)備和工藝的要求較高，具有一定的進(jìn)入壁壘。

審核編輯 ：李倩