钠离子电池新能源浪潮下的后浪

　　化石能源时代，汽车受制于石油，动荡的原油价格折射出了人们对于新能源的渴望；而当新能源时代真正到来时，汽车虽然不再受制于石油，但全球范围内紧俏的锂资源，又为电动车带上了新的镣铐。
　　全球新能源汽车销售火热，＂锂＂作为动力电池必不可少的原材料，其价格也是一路水涨船高，当前，碳酸锂价格已逼近60万元/吨大关。
　　全球56%的锂矿资源集中在阿根廷、玻利维亚和智利，面对日益激烈的国际市场竞争，南美锂三角欲推动建立锂业欧佩克，将锂资源定价权牢牢攥在自己手中。
　　是继续带着镣铐起舞，还是挣脱桎梏追寻自由？碳酸锂的狂热盛宴之下，市场逐渐将目光投向尘封已久的钠离子电池。
　　2021年7月29日，宁德时代发布了第一代钠离子电池。该电池电芯单体能量密度达到160Wh/kg，可实现3000次充放电循环，即便在﹣20℃低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率。在各项亮眼的数据指标之下，宁德时代表示其第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突破200Wh/kg。
　　宁德时代擘画的钠离子电池蓝图也不断吸引着新的入局者。
　　2022年12月15日，亿纬锂能发布第一代大圆柱钠离子电池产品，能量密度为135Wh/kg，循环次数达到2500次。公司计划到2026年将钠离子电池能量密度提升至140-160Wh/kg，并实现万次循环，成本能够降到0.2元/Wh的水平。
　　2022年12月22日，蜂巢能源第一代钠离子电池原型样件已经完成开发，能量密度110Wh/kg。公司第二代钠离子电池产品正在开发，预计2023年一季度完成设计定型，能量密度为135Wh/kg；2023四季度计划完成160Wh/kg的钠离子电池开发，预计循环寿命超过2000次。
　　为缓解锂资源供应紧张的局面，解决锂价暴增等问题，越来越多的企业纷纷布局钠离子电池产业链，钠离子电池产业化进程快速推进，2023年有望成为钠离子电池产业化元年。
　　壹
　　这般好的＂钠＂，虽迟但到
　　在化学元素周期表上，钠处于锂的正下方，二者属于同一主族，表明钠和锂具有非常相似的化学性质。十九世纪七十年代，钠离子电池与锂离子电池几乎同时起步，但锂离子电池优异的性能让科学家们纷纷放弃了对钠离子电池的研究，几乎全部投入锂离子电池的研发中。锂电池在20世纪90年代成功商业化，目前被广泛应用于动力、储能和消费等领域。但钠离子电池却一直发展缓慢，直到2010年，钠离子电池才迎来了属于它的研发热潮。当前用锂成本居高不下，钠的成本及性能优势再度吸引众人目光。
　　不同于高度集中在南美洲盐湖里的锂，钠广泛分布在全球各大盐湖和大海里。锂在地壳中的含量仅为0.0065%，而钠的含量则为2.75%，是前者的400多倍。相比分布集中且日渐稀缺的锂，钠储量丰富且分布更加均匀。在物以稀为贵的时代，资源的稀缺性往往决定其价格高低，而钠的相对普遍性使得其成本自然比锂更低。
　　相比于锂电池，钠离子电池成本优势集中体现在正负极、电解液和集流体三大方面。据中科海钠数据显示，钠离子电池铜基正极成本相比磷酸铁锂正极可降低近60%；同时，由于钠与铝不易发生合金化反应，集流体可以全部使用铝箔代替铜箔，成本可降低近70%。另外，钠离子电池负极材料可以使用价格较低的无烟煤加工获得。根据中科海钠的综合测算，当钠离子产业链建成之后，在规模效应的加持下，钠离子电池成本有望进一步压缩至0.2~0.3元/Wh，其成本相比性能接近的磷酸铁锂电池可降低约30%-40%。
　　性能方面，钠离子电池具备充电速度更快，低温性能、安全性能更优等优势。钠离子的斯托克斯直径更小，离子电导率更高，故而使得钠离子电池具备了更快的充电速度。宁德时代的第一代钠离子电池在常温下充电15分钟即可达到80%的电量，充电速度约为锂离子电池的两倍；低温性能方面，钠离子电池（铜基氧化物/煤基碳体系）在-20℃的容量保持率在88%以上，而锂离子电池（磷酸铁锂/石墨体系）小于70%；安全性能方面，由于钠离子电池内阻相比锂离子电池更高，其安全性能也相对更好。
　　贰
　　替代铅酸，补充锂电
　　钠离子电池成本可控、倍率性能优异、安全系数更高……钠离子电池的众多优势为其提供了巨大的发展潜力，但其较低的能量密度始终是限制钠离子电池发展的核心原因。
　　钠离子电池的能量密度处于铅酸电池与锂电之间。目前三元锂电池的能量密度能达到300Wh/kg，磷酸铁锂电池能达到180Wh/kg左右，钠电池能量密度的理论天花板在200Wh/kg左右，而目前的技术普遍在90-140Wh/kg之间。虽然宁德时代凭借一己之力将钠离子电池的能量密度提振至160Wh/kg，但与锂电池相比依旧是小巫见大巫。以目前的技术水平，钠离子电池可对铅酸电池形成替代，同时，在储能、低速电动车以及两轮车等对能量密度要求不高的领域作为锂离子电池的补充。
　　储能方面，当前国内最大的钠离子储能电池项目——三峡能源安徽阜阳南部风光储基地项目，或将使用中科海钠旗下钠离子电池。据悉，该储能项目拟建设300MW储能电站，含270MW磷酸铁锂电池和30MW钠离子电池，电站共设置81套磷酸铁锂储能单元和9套钠离子储能单元。该项目预计2023年6月投入运营。
　　电动汽车方面，因为能量密度的短板，钠离子电池大概率不会出现在中高端的电动汽车上，由于低速电动车对于电池能量密度要求不高，同时对于成本十分敏感，钠离子电池有望凭借成本优势，在低速电动汽车端替代锂离子电池。以五菱宏光Mini EV为例，其电池能量密度约为110Wh/kg，钠离子电池完全能够满足。
　　在两轮车领域，当前我国两轮电动车电池市场75%为铅酸电池。相比于铅酸电池，钠离子电池循环次数约为铅酸电池4倍，能量密度更是可达铅酸电池3倍以上，另外，不同于重金属污染物铅，钠离子电池更加环保安全。未来，钠离子电池有望率先在两轮车领域替代铅酸电池。
　　叁
　　三分天下？尚未可知
　　钠离子电池成本优势、性能特点以及应用场景已然明晰，然而产业化道路却依旧道阻且长。由于钠离子电池处于研发初期，技术路线尚未定型，钠离子电池企业目前的方向更多聚焦在正极材料研发，层状金属氧化物、普鲁士蓝（白）以及聚阴离子是当前主要的三种技术路线。
　　层状金属氧化物主打能量密度，其综合性能优异，有望率先实现产业化。层状金属氧化物能量密度较高，循环性能优异、倍率性能好，且能与锂离子电池共用部分产线，是目前钠离子电池主流方向，但其材料结构稳定性差，且存在克容量发挥不稳定等缺点。
　　普鲁士蓝（白）主打低成本，其最大问题在于结晶水难以去除，另外，普鲁士蓝的制备涉及剧毒氰化钠，生产供应需要具备特殊资质。但据华安证券预测，当前国内氰化钠产能充足，足以覆盖极限需求下钠离子电池所需。因此，如何解决空位缺陷，去除结晶水是普鲁士蓝产业化所面临的难题。
　　聚阴离子主打循环寿命，其稳定性高、制造难度要比层状氧化物简单，但大幅降低的能量密度也极大限制了其应用场景。
　　当前，三种技术路线各有利弊，三条研发路径正同步进行，各大厂商主要集中在小规模生产制造。最终是三分天下，亦或是其中一方压倒性胜出，目前都还尚未可知。
　　新能源的浪潮之下，钠离子电池凭借成本优势迅速翻红。相比于成熟的锂电池产业链与市场格局，当前钠离子电池钠离子电池还处于摸索前进的深水期局面，上游核心材料性能仍需提升，中游钠电池的材料体系尚未确定，整体生产工艺也还不成熟。稳定可靠的产品性能，强大持续的供应能力以及规模效应下的经济性尚需时间的打磨，但不可否认的是，钠离子电池确实迎来了以性能较好、成本控制潜力较大为核心竞争力的历史机遇，实现产业化终究不过是时间问题。
　　文章作者：Lanka