宁德时代推出第一代钠离子电池。钠离子电池能否在三元锂电池、磷酸铁锂电池的竞争中脱颖而出？动力电池市场将上演“三国杀”？

       “15分钟充电80%”，零下20度电池不衰减“。不久前，动力电池“一哥"宁德时代召开子发布会，推出自己的第一代钠离子电池。很多人直呼：宁德时代这是要重塑电动车！

       钠离子电池能否在三元锂电池、磷酸铁锂电池等一众对手中脱颖而出，引领潮流，成为下一代的电池技术？

       科幻小说为何难成现实？

       令人稍感意外的是，钠电池的概念，是法国科幻作家凡尔纳于1870年，在著名科幻小说《海底两万里》当中最先提出。

       小说里，鹦鹉螺号通过取得海水当中的电解质钠，制成钠电池作为能原来驱动前进，因为无素来自于海水，属于就地取材。

       书中预言的电击枪、潜水服、海底隧道一 一实现，但钠电池潜水艇始终时展不大，一直到了上世纪70年代，随着第三次工业革命的到来，钠离子电池才被真正地研发出来，而与钠电池同时代诞生的，还有如今人们非常熟悉的锂电池。

       如今四十多年过去了锂电池早已广泛应用到生产生活当中，尤其成为新能源汽车的核心产品；但钠电池的发展却不怎么顺利，长期以来只小范围应用在储能电站、低速车领域，甚至到2011年，才有公司尝试将产品商业化。

       钠电池，顾名思义就是用钠离子作为驱动的电池。通过钠离子在电池的正负极之间”跑来跑去“实现电荷移动的一种动力电池。因为自身”素质“不过关，被人遗忘在角落里。

       钠离子电池为何一直被冷落？这其实与它的化学属性有非常直接的关系。实际上，无论是钠电池还是锂电池，它们的工作原理都是相似的：在电池阴极，无素失去电子，转变成为更高价的离子，随后进入电解质，穿过隔膜，向阳极转移：虽然离子能够穿过电解质和隔膜，但电子去不行，只能从外部的电路跑到阳极，并在外部做功。这就是电池的放电过程。

       锂无素的原子量是6.94，在金属是最轻；锂元素的标准电极电位是-3.045v，在金属中最低；此外，锂无素的比容量也是金属中最高，同时其电化学当量最小。

       这意味着，锂电池理论上能够获得最大的能量密度。在电池领域，如果暂不考虑安全和成本因素的话，能量密度拥有绝对的话语权-锂电池就是研发者眼中的首选。

       然尔打开化泶课本的元素周期表，与锂离得最近的金属就是纳，它们都位于周期表的第一列，最外层最子数相同，化学性盾相似，所以都能作为电荷搬运工，驱动电池充放电。

       不过钠离子电池硬伤也比较明显，首当其冲的就是能量密度不足，锂的原子量是7，钠的原子量为23，原子量越小就意味着能量密度越大。

       这就导致三元锂电池能量密度已经在200wh/kg（瓦时每千克，比能量单位）以上时，钠离子电池公100-150wh/kg，即使宁德时代当前发布的钠离子电池能量密度可以达到160wh/kg，与锂离子电池的差距也很明显，导致电池使用效率明显偏低。

       其次钠离子半径比锂离子大70%，导致自身移动速度极其缓慢，没办法穿过负极石墨材料，也成为钠离子电池迟迟难以商用的瓶颈。

       这样一来，在科学技术尚不发达的上世纪80年代，锂离子电池和钠离子电池走上了截然不同的道路：前者迅速商业化，成为消费市场必不可少的用品，后者则完全进入了停滞状态。

       如今，宁德时代发布的钠离子电池，让更多人看到了这项”命途多舛“的技术，也让动力电池未来的发展之路，多了一个强有力的”潜在竞争者“。

       锂与钠的爱恨情仇

       但实事求是地来讲，钠电池也并非一无是处，它有两个优势是锂电池无法比拟的。

       首先在储备量方面，锂资源的储量有限。数据显示，目前70%的锂资源分布在南美洲，而现阶段我国80%锂资源依赖进口，随着需求量的增加，锂元素的价格也一路飙升，从最初的3.8万元一吨涨到16万元一吨。

       此前，中国工程院院士陈立泉就曾明确表示，如果全世界的车都使用锂离子电池，全世界的电能都用锂离子电池储存，锂根本不够，一定要考虑新的电池。

       钠资源储量就很高，仅仅中国一个察尔汗盐湖中，氯化钠储量就高达426.2吨，大约是全球锂资源储量的一百多倍，可以说钠资源是非常”优秀“的”非再生能源“。

       其次在使用属性上，尽管纳离子能量密度不佳，但它的化学性能相对稳定，所以它对温度并不敏感，不容易形成锂枝晶那样坚硬的枝晶，在抗低温和安全性上较同类别的锂离子电池也有明显的优势。

       所以从理论上，只要能让钠郭子在电池当中自由游走，就有希望解决钠电池能量密度偏低的问题，钠电池也就有了”逆袭“锂电池的希望。在国际竞争加剧，全球能源转型、碳减排碳中和的大背景下，开发钠电池这样一条全新的产品路线，有非常丰富的政治和经济利益。

       这或许正是宁德时代让钠电池”复活“的初衷。

       记者了解到，现有的钠离子电池正极一般是用普鲁士白和层状氧化物两类材料，钠离子虽然能够穿行，但在循环过程中电池容量会快速衰减，导致电池能量密度明显衰减，非常不耐用。

       于是宁德时代用全新思路开发的钠电池诞生了一对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减难题。在负极材料方面，开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，其具有克容量高，易脱嵌、优循环的特性，并给正负极材料优化了相适配的电解液。

       这样一来，让钠离子既可以在正负极之间身由穿行，又不至于过度衰减能量。并且锂离子电池的生产线也可以用来生产钠电池，很好地控制了成本。

       按照宁德时代对外发布的数据，技术优化以后'新生'的钠离子电池，单体能量密度已经达到了160wh/kg，几乎达到磷酸铁锂电池（150-210wh/kg)的标准。在常温下充电15分钟，电量可达80%；而在零下20℃低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率。同时在系统集成效率方面，也可以达到80%以上。

       ”充电快“  ”耐低温“  ”高集成效率”几个关键词直击当下锂池痛点，也让人们看到了新能源车续般问题的解决希望，以及动力电池未来的全新发展思路。

       能量密度低仍待解

       时间拨回到一年半以前，2020年4月，比亚迪高调发布了刀片电池产品，希望从“续航性”与“安全性”两方面重塑磷酸锂电池，改变整个动力电池行业。

       但实际情况是，刀片电池提升了续航性能，却无法规避低温影响，甚至有消费者反馈抗低温性还不如三元锂电池。不少业内人士也指出，刀片电池只在体积利用率上进行了极限优化，并未真正做到革新材料。

       这与如今宁德时代高调发布的钠电池，颇有些同病相怜之处。

       在清华大学化学工程系教授张强看来，钠离子电池最大的问题，就是依然没能解决钠电池能量密度低的问题。

       张强解释说，在乘有车领域，三元锂电池的能量密度已经朝300wh/kg、甚至更高的目标迈进。相比而言，钠电池能量密度只有一半，和锂电池差距依然比较明显，和自身相比有进步，但在大环境当中能量密度依然偏低。“下一代钠电池能量密度目标虽然是200wh/kg,但这个研发过程所需要的时间，目前很难估测”。

       所以此次发布的钠离子电池，宁德时代给出了AB电池的解决方案，也就是将钠离子模组和锂离子模组按照特定的比例，封装在同一电池包内，达到“一机两用”的目的，创造出全新的锂钠电池，为应用创造了更多场景。

       但这各一机两用的技术解决路径，更像是企业的自圆其说：因为此前从没有在任何主流新能源车型应用地这个方案，甚至连三元锂和磷酸铁锂、三元锂电池甚至未来的固态电池，或许才是他们主流的选择。

     “在没能大幅提升钠离子电池的能量密度前，钠电池在乘用车领域机会不多，首先应用的场景可能是储能领域。”中关村储能产业技术联盟理事长俞振华这样评价道。

       但即便在储能领域，钠电池产业化之路也有诸多难题亟待破解：虽然海水、盐湖当中有丰富的钠，但我国相关提取技术并不成熟悉，需要一定时间培育上下游产业；尽管钠的价格低于锂，但较低的能量密度意味着更多的辅材和制造成本，根据相关试验测长虹，钠离子电池的辅材与制造成本占比近75%。

       在没有实现上下游产业链打通的前提下，钠电池并不容易控制成本。”上海交通大学化工学院教授、能源与技术研究所副所长杨军认为，按照目前的规模，形成真正市场化、产业化的钠电池产品，可能不需要2-3年，甚至更长时间。

       尽管要想实现钠离子电池规模化还需要一段时间，但可以肯定的是，钠离子电池进军乘用车领域，是动力电池尝试向上游延伸，除低原材料价格波动影响的一种探索方式。不管产业化之路是否成功，它都为锂电池上游价格高涨敲响了警钟，也为能源转型、多技术路线的发展，提供了更多的思路和方法。

       磷酸铁锂电池迎来“翻身”

       在纳电池高调进军动力电池领域之时，别一个现象也引发了业内人士的广泛关注——三元锂电池和磷想不通铁锂电池的市场占比天平，已经悄然倾斜，十分耐人寻味。

       磷酸铁锂电池和三元锂电池是目前市场的两大主流，有观点认为它们本质上都是锂电池，只是材料构造存在区别：磷酸铁锂电池用磷酸铁锂做正极；三元锂电池也叫三元聚合物锂电池，主要是镍钴铝或者是镍钴锰做正极。

       但也有观点认为，磷酸铁锂电池本质上是铁电池，并非真正意义上的锂池。所以两者在能量密、安全性等方面有着不小的差距。

       磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，燃点是500℃以上，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热、或是形成强氧化性物质。因此磷酸铁锂电池稳定性更好，但磷酸铁锂电池也有明显的短板，即放热慢，产热少，能量密度低，不得不用提高体积比的方式，来换取更高的续航。

       在传统认知中，磷酸铁锂电池虽然安全性表现更佳、成本更有优势，但从能量密度和续驶里程角度看，三元锂电池更胜一筹，所以在很长一段时间里，尽管锂电池导致的电动车自燃频频上演，但三元锂电池依然成为了市场的热宠。

       数据显示，2017年磷酸铁锂电池市场份额尚且为49.6%，到了2018年跌至37.8%，到2019年更是下跌到32%。除了商用车以外，几乎所有乘用车都开始采用三元锂电池产品。

       就在人们认为磷酸铁锂电池即将“优雅谢幕”之时，情况却发生了戏剧性的反转：先是磷酸铁锂电池市场份额跌回升，从特斯拉Model3、Model Y到比亚迪汉、小鹏P5等等，越来越多车企业开始推出装配磷酸铁锂电池的车型。

       来到2021年，磷酸铁锂电池市场份额进一步扩大。今年1-5月，国内磷酸铁锂电池产量29.9Gwh，近三年来首次超越三元锂电池，这种颠覆性的变化在业内引发了广泛关注。

       中国电池工业协会副理事长王敬忠分析认为，磷酸铁锂电池在安全性能等方面的表现本来就优于三元锂电池，近年来随着技术进步，不仅其能量密度及续驶能力有所增强，而且成本也实现了大幅下降，使磷酸铁锂电池的"翻身“有了较为可靠的基础。

       因此随着钠电池的入场，人们的关注点也有了全新的方向——这种受制于技术因素的动力电池，未来有可能像磷酸锂电池一样”咸鱼翻身“，让动力电池领域的”龙虎斗“变成 ”三国杀“吗？