无负极钠离子专利

编辑/张南

设计/石

“海水中含有大量的氯化钠。我从海水中提出的是钠，可以用来发电。

“钠能吗？

“是的，先生。.....钠电池能量很大，电动力比锌电池强好几倍。”

这是凡尔纳的小说《海底两万里》中，尼摩船长与阿罗娜·考克斯教授的一段对话。这本诞生于1870的小说，写下了人类对钠电池的想象。

现实中，钠离子电池的出现已经延迟了快一百年。

1976年，Whittingham发现二硫化钛(TiS2)可以嵌入和脱嵌锂离子(Li+)并制成Li||TiS2电池。还发现了TiS2中钠离子的可逆脱嵌机理。

1980年，阿曼德提出了“摇椅电池”的概念。锂离子就像一把摇椅。摇椅两端是电池的两极，锂离子在摇椅两端来回运动。钠离子电池的原理和锂离子电池一样，也叫摇椅电池。

原理是一样的，几乎是同时的，但是钠离子电池和锂离子电池这两兄弟的命运却完全不同。

20世纪80年代，Delmas和Goodenough先后发现层状氧化物材料NaMeO2可以作为钠离子电池的正极材料。(Goodenough和Whittingham都获得了2019年诺贝尔化学奖)1988年，Fouletier研究了软碳和石墨的储钠特性，开始了钠离子电池碳负极材料的研究。

1990年，日本索尼公司在基于石墨负极的锂离子电池商业化方面取得突破，并于次年5月投放市场。从此，锂离子电池迎来了自己的时代，而钠离子电池则陷入了长久的沉寂。

直到2000年，Stevens和Dahn发现硬碳材料具有优异的钠离子嵌入性能，钠离子电池负极材料的研究才有了重大转折。

2015年，由法国RS2E主导的世界首块18650圆柱形钠离子电池诞生，能量密度90Wh/kg，循环寿命2000次以上。

此后，法国迪亚马特、英国法拉迪翁、美国纳特龙能源、中国中科海纳等公司都在钠离子电池领域取得了各自的研究成果。

2021年6月，由中科海纳推出的全球首个1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投产。

图片来源:中科海纳

同年7月，全球领先的动力电池——当代安培科技有限公司正式发布钠离子电池，并明确表示已经开始产业布局，到2023年将基本形成产业链。

当时新能源汽车正苦于碳酸锂价格高，钠离子电池让行业看到了一个接近的替代方案。

虽然商业化比锂离子电池晚了差不多30年，但钠离子电池已经到了属于自己的时代。虽然晚了，但还不算太晚。

覆盖多种应用场景

从资源储量来说，地球上钠比锂多得多。钠资源十分丰富，地壳丰度为2.75%，居第六位；锂的地壳丰度仅为0.0065%，居第27位。

而且钠分布在世界各地，而锂资源的75%集中在美国。所以相比之下，钠的供应链也更安全。

因为资源丰富，钠的价格也很实惠，2元/斤。锂的价格为150元/公斤。钠离子电池的材料成本比锂离子电池低30%-40%。

图片来源:中科海纳官网

在正极材料方面，钠离子电池主要有层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士化合物三种路线。负极材料方面，主要是硬碳、软碳等碳基材料。

2021年7月29日，当代安培科技有限公司发布钠离子电池。阴极材料是具有高克容量的普鲁士白材料，阴极材料是具有独特孔结构的硬碳材料。基于材料体系的突破，当代安培科技有限公司第一代钠离子电池能量密度达到160Wh/kg。

5438年6月+2022年2月，亿纬锂能发布大型圆柱形钠离子电池产品。阳极由层状氧化物制成，阴极由硬碳制成。能量密度为135Wh/kg，循环次数达到2500次。

蜂巢能源计划在2023年第一季度完成第二代钠离子电池产品的设计和定型，能量密度为1.35 Wh/kg，计划在第四季度完成1.60 Wh/kg钠离子电池的研发。

由于能量密度介于铅酸电池和锂离子电池之间，钠离子电池将主要应用于两轮电动车、三轮电动车、低速电动车、储能和新能源汽车等领域。

中科海纳钠离子电池商业化尝试走在了前面。2018第一辆钠离子电池低速电动车出现，2019第一座钠离子电池储能电站问世，2021 mwh全球钠离子电池储能系统成功投运。

2021年，钠创新能源首次发布全球首款钠离子电池-甲醇重整制氢一体化能源系统，并与爱玛科技联合发布全球首款钠离子电池驱动的两轮电动车。

EVTank和艾维经济研究所发布的《中国钠离子电池产业发展白皮书(2023)》提出，2025年前钠离子电池的主要出货领域将集中在以两轮车为代表的小功率，2025年后在储能领域的应用将逐步完善，储能用钠离子电池将成为2026年最大的应用场景。

根据国家能源局2022年6月发布的《预防电力生产事故二十五条重点要求(2022年版)(征求意见稿)》，在电化学储能电站火灾事故预防中明确规定，“中大型电化学储能电站不得使用三元锂电池和钠硫电池，不宜使用阶梯式动力电池”。

这个定位非常明确，客观上有利于钠离子电池在储能领域的应用。

乘用车方面，钠离子电池只能满足400公里以下续航能力较低的车辆。但当代Amperex Technology，Limited正式公布的AB电池方案，通过锂、钠的优势互补，可以满足续航500公里的车辆需求，“有望覆盖约65%的纯电动乘用车市场”。

步入量产的关键时期

2022年，中科海纳分别在山西太原和安徽阜阳建成钠离子电池1000吨正负极材料和1 GWh电池生产线，率先开启产业化之路。

值得一提的是，2022年3月，华为通过旗下平台哈勃出资约41.3万元，收购中科海纳近1.3%股份，成为其第三大股东。

2023年，越来越多的钠离子电池企业公布了自己的产业化进展。

图片来源:四维新能源

2月23日，由思浩新能源与中科海纳联合打造的行业首款钠离子电池样机公开亮相，加载测试为思浩EX10花仙子。这款钠电池版续航里程252km，电池组容量25kWh，电芯能量密度140Wh/kg，系统能量密度120Wh/kg，快充时间(SOC 10%-80%)20分钟。

中科海纳总经理李书俊在接受媒体采访时透露:“随着钠电池产业化规模的扩大，与磷酸铁锂电池相比，业界普遍认为会有20%-30%的电池成本优势。当然，这个数据也和碳酸锂的价格有关。体现在整车上，可能会有10%左右的成本优势。”

3月1日，福能科技公告称，收到江西江铃集团新能源汽车有限公司指定EV3钠电池的函，将为其供应钠离子电池组总成，预计2023年第二季度量产装车。

在3月9日召开的年报电话会议中，当代安培科技股份有限公司表示，公司钠离子电池预计2023年实现产业化，具体规模取决于客户的项目进展。与锂离子电池相比，该公司的钠离子电池“现在具有明显的成本优势，当供应链成熟时将更具优势”。

3月10日，多氟多在投资者互动平台上表示，公司现有的钠离子电池产品正在多家车厂进行车载测试。到2023年底，多氟多河南基地钠离子电池年产能预计达到1GWh。多氟多除了自己生产钠离子电池，还有六氟磷酸钠的千吨产能，批量对外供应。

在制造方面，钠离子电池和锂离子电池的生产工艺基本相似，通过调试传统的锂离子电池生产线，可以快速完成钠离子电池的产能布局。

莫克对《汽车商业评论》表示，钠离子电池产业化没有大的技术问题，量产会有一些具体问题需要解决。另外，还要看下游应用产品(如电动自行车、新能源乘用车)对钠离子电池的验证过程，在验证过程中可能会发现一些具体问题。

锂价下跌对钠离子电池有什么影响？

钠离子电池已被写入许多政府文件，并被鼓励作为一种新的电池路线大力发展。

5438年6月+2023年10月，工信部等六部门发布《关于促进能源电子产业发展的指导意见》，明确提出加快钠离子电池等新型电池研发。“以电池低成本、高安全性为重点，加强硬碳负极材料等正负极材料、电解液等主材料及相关辅助材料的研究，开发高效模块化系统集成技术，加快钠离子电池的技术突破和规模化应用。”

2022年7月，我国第一批钠离子行业标准《钠离子电池术语和词汇》和《钠离子电池符号和术语》正式发布，起草单位包括中科海纳、当代安培科技有限公司、比亚迪。此举将进一步促进钠离子行业的标准化。

EVTank判断2030年钠离子电池实际出货量将达到347GWh，最大的应用领域将是储能。

EVTank还指出，目前影响钠离子电池大规模应用的最敏感因素在于钠离子电池与锂离子电池、铅酸电池的成本对比。据其测算，钠离子电池的成本约为0.84元/Wh，高于磷酸铁锂电池和铅酸电池，成本优势尚未充分体现。

根据国内商业机构的数据，碳酸锂的价格继续下跌。3月15日，电池级碳酸锂基准价为35.9万元/吨，较本月初的40.8万元/吨下跌165438+60.9万元/吨，甚至低于去年的价格峰值。

图片来源:商界

如果碳酸锂价格继续下跌，钠离子电池的成本优势会相应降低，从而影响钠离子电池的产业化？

EVTank直言，碳酸锂价格的波动将是后期影响钠离子电池大规模应用的最关键因素之一。

莫克说:“碳酸锂的价格不断下跌，这使得锂离子电池的成本不断下降，而钠离子电池的成本需要扩大规模才能低于锂离子电池。这些因素相互作用，确实不利于钠离子电池的应用和推广。”

今年2月，多氟多在回应投资者提问时透露，首批商用量产的钠离子电池预计成本低于锂电池，并表示“即使碳酸锂价格降至654.38+万元/吨，钠电仍有竞争力”。

在《汽车商业评论》看来，钠离子电池的成本优势是其次，其最大的价值在于可以解决锂资源供应紧张和锂价格飙升的问题。所以它的存在本身就是一种制衡的手段。这种存在价值并不会因为锂价的暂时下跌而消失。

钠离子电池的时代才刚刚开始。

这篇文章最初由《汽车商业评论》发表

转载或内容合作，请联系说明。

非法转载将被查处。

本文来自《汽车商业评论》，作者易车号，版权归作者所有。任何形式的转载请联系作者。内容仅代表作者观点，与车改无关。