钠离子电池将迈入大规模生产阶段

来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

从80亿部手机、数亿台笔记本电脑，到快速发展的电动汽车和储能设施，当前都离不开锂离子电池提供动力。然而，钠离子电池这位实力强劲的挑战者正在到来。

钠离子电池正在快速进入大规模生产阶段，并有望用于电动汽车、储能等领域。与锂离子电池相比，它更便宜、更安全，也更环保。今年4月，全球最大电池制造商——中国宁德时代新能源科技股份有限公司（以下简称“宁德时代”）宣布，将于今年底前开启钠离子电池的大规模量产。

英国《自然》近日报道称，今年可能成为钠离子电池时代的开启之年。但专家也提醒，钠离子电池若要进一步迈向实用阶段，仍须攻克能量密度这一难关。

极寒不掉链

高能量密度与轻量化设计，使锂离子电池在电动汽车领域得到广泛应用；但居高不下的材料成本、紧张的供应链和安全隐患，也推动制造商寻找其他路径。

钠资源近乎取之不竭，其在地壳中的丰度超过锂的1000倍，在海洋中的丰度更达到6万倍。钠可从常见岩盐和海水中提取，因此来源更广、成本更低。宁德时代预计，钠离子电池成本到2026年底将与磷酸铁锂电池持平；分析师则预测，到2027年底，钠电技术的成本优势会更加突出。

低温一直是锂离子电池的短板。据EV Talks正式报道，在冰冻环境下，锂离子电解液效率会骤降，导致充电速度变慢、可用容量缩水。依靠优异低温性能，钠离子技术破解了这一问题。例如，宁德时代研发的Naxtra钠电池系统即使处于低至-40℃的极寒环境，仍可保持近90%的容量。

由此，钠离子电池对需要在寒冷地区行驶的电动汽车格外具有吸引力。今年2月，中国长安汽车携手宁德时代推出钠离子电池车型，并率先应用于长安启源A06钠电版。除成本更低外，该车型的核心卖点就是“极寒天气不掉链子”，并计划于今年晚些时候正式上市。

钠离子电池在耐用性方面也进展迅速。容量衰减到80%之前，新一代钠电池组已经能够经受超过一万次完整充放电循环。用于电动汽车时，这相当于可行驶数百万公里。在许多情况下，电池组甚至比整车寿命更长，因而能够显著降低更换成本，提高长期持有价值。

储能新基石

成本更低、安全性更高、服役寿命超长，使电网储能也成为钠离子电池最适合施展优势的领域。据英国《新科学家》报道，中国、德国和美国已经建成少数几座钠离子电网储能电站。这些电站以钠离子电池建设大型储能设施，用于平抑可再生能源并网波动，并减少对锂资源的依赖。目前，这项技术已经进入商业化部署阶段。

面向公用事业级应用，宁德时代已经推出专用钠基储能平台，其系统寿命可达25—30年。

今年6月，美国最大汽车制造商通用汽车宣布，与美国钠离子电池储能系统提供商Peak Energy建立战略合作关系，双方将共同开发面向电网级储能的下一代钠离子电池系统。此举既代表通用汽车首次大规模进入储能电池领域，也成为美国车企布局钠电路线的关键一步。

7月8日，Peak Energy宣布，将在加州萨克拉门托建设美国首座电网级钠离子储能系统专用工厂，最高总投资为7100万美元。工厂年产能预计达到4吉瓦时，可满足近400万户家庭的年用电需求。此外，Peak Energy还开拓了新应用场景，将钠离子电池销售给数据中心，用于在电价低谷期间储存电能。

冲刺能量密度

世界各地研究者与此同时正努力提高钠离子电池的能量密度，以缩小它与锂离子电池之间的差距。宁德时代称，面向大众市场的钠离子电池能量密度已经达到175瓦时/千克，当前研发的新技术有望提升至200瓦时/千克。由此看，钠离子电池的能量密度已经可与磷酸铁锂电池比肩，但仍仅相当于先进锂离子电池的2/3左右。

电化学家、“低成本地球储量丰富的钠离子存储联盟”领导人温克特·斯里尼瓦森认为，钠离子电池蕴含巨大潜力，部分方案理论上能够与锂离子电池竞争。他尤其看好采用镍氧化物和锰氧化物的钠离子电池。这些材料具有类似锂离子电池关键三元正极镍钴锰酸锂的层状结构，却比普鲁士白等材料更加致密、体积更小。虽然它们依然需要镍和锰，但使用量少于常见锂离子电池，比如镍的比例可以由33%降到25%。

新加坡南洋理工大学电池专家孟颖表示，钠离子电池的储电能力也能通过设计革新得到大幅提升。一种大胆思路是彻底取消负极，使钠在充电过程中直接沉积为金属单质，而不是以离子形式存在于海绵状碳负极中。这种“无负极”设计常见于一次电池，长期以来也被认为是增加锂离子电池容量的有效方案；但充放电过程中生长的锂枝晶容易导致短路，使其屡次受挫。不过，孟颖的研究表明，钠所形成的晶体很可能拥有良好可逆性。

研究判断，未来能源市场不会只依靠一种电池。追求极致续航和紧凑设计的高端电动汽车将继续使用锂电池，而经济型电动汽车、城市出行、可再生能源储存及极端天气应用，则会迅速把钠离子电池作为首选方案。伴随规模化生产不断推进，钠离子电池将成为建设更清洁、更经济、更具韧性能源生态系统的关键引擎，并重塑电动汽车和全球能源基础设施版图。