導讀

2021年7月19日，隨著寧德時代正式發布新一代鈉離子電池，原來埋頭研發鈉電池的公司瞬間從門口羅雀到蓬蓽生輝、高朋滿座。2022年8月20日《電車商業研究》新型電池技術閉門研討會上，特意邀請了哈爾濱工業大學原電化學系主任、深圳大學材料學院電化學創系主任王振波教授與鈉電池創業企業就鈉電池技術發展趨勢做了交流。

我基本認同王教授對鈉電池產業化發展的判斷：各類鈉電池體系都在努力研發與改進，真正形成產業化大批量商業應用還需要三五年時間。但在這一年多時間里，涌現了很多創業公司或者上市公司進入鈉電池賽道，紛紛發布研發與中試量產公告，行業內與投資界期待、亢奮與質疑并存。

本文歸納總結了包括筆者本人在內的很多業內人士對鈉離子電池的看法，以供業內從業人員、產業研究、創業投資、政府招商引資等工作者參考。

鈉電的優劣勢

1、優勢

與鋰資源相比，鈉資源儲量非常豐富，所以在大規模應用的場景下，鈉電池沒有明顯的資源約束。而且，鈉電池的正極材料、集流體材料的理論成本比鋰電更低，在完成產業化降本之后，其初始投資成本有望較鋰電更低。 

鈉電池可以在-40℃到 80℃的溫度區間正常工作，-20℃的環境下容量保持率接近 90%，高低溫性能優于其他二次電池。

鈉電池的內阻比鋰電池高，在短路的情況下瞬時發熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。

鈉離子電池工作原理

2、劣勢

鈉電池的缺點是鈉元素分子量較高，鈉電位更高，體積更大，在嵌入正負極時易使極片材料發生較大的體積變化，因此，鈉電池在材料結構穩定性和動力學性能上要求更為嚴苛。故鈉電池存在能量密度低、倍率性能欠佳、循環壽命短等相對劣勢。

目前已公布的主流鈉電池能量密度一般在100-150Wh/kg，而磷酸鐵鋰電池可以達到150-200Wh/kg，三元鋰電池更是能達到200-250Wh/kg。再看循環壽命，鈉電池一般在1000-4000次之間。相比之下，磷酸鐵鋰電池循環壽命則在3000-10000次之間。

市場對鈉電池的期待，很大程度上取決于它在理論上的成本優勢。而成本優勢都是在對比中產生的，目前鋰電池的關鍵原材料碳酸鋰價格高企，放大了鈉電池的成本優勢，而一旦碳酸鋰價格進入下降通道，鋰電池價格也會快速走低，無形中抹消了鈉電池的優勢。

并且，與產業較為成熟的鋰電池相比，鈉電池行業還遠未形成規?；慨a，目前存在產業鏈不健全的瓶頸，導致目前電芯價格比磷酸鐵鋰還要高。

鈉電池的正負極材料體系及技術改善方向

鈉電池正極材料主要有四種：過渡金屬層狀氧化物（容量大，衰減快）、普魯士藍型化合物（循環好，制備難）、聚陰離子型化合物（循環好，導電差）、有機小分子化合物（種類多，易失效）。

鈉電池負極材料同樣有四種：碳材料（成本低，導電性高）、鈦基化合物（穩定性好，導電性差）、合金化材料（容量高，穩定性差）、相轉化材料（容量高，導電性差）。

鈉離子電池不同材料體系的性能比較

當前國內鈉電池的技術路線與改進思路：

（1）篩選電池正極、負極材料，進行粒度、孔徑、組成、結構等層面上的優化改性；

（2）匹配電解質材料，優化電解質組成、濃度、溶劑化構型，輔以功能性添加劑；

（3）研究以電極為主體，以界面、電解質為重要組成部分的電極體系在不同溫濕度環境、不同充放電條件下的電化學儲能特性，以反饋優化電池體系的設計；

（4）組裝圓柱/方形鋁殼電池，進一步評價及反饋優化全電池的組成與結構，以期在提升鈉離子全電池的能量密度、循環壽命的同時，控制電池成本；

（5）在平衡性能與成本的基礎上，復合超級電容器等器件，以改善電池功率特性。

鈉電產業化進程

自1991年第一支商業化鋰電池從索尼實驗室誕生至今，鋰電池經歷了多年驗證。從早期消費電子的鈷酸鋰、錳酸鋰到目前新能源汽車常用的三元鋰、磷酸鐵鋰，鋰離子電池的定型走了二十年，鈉電池行業如何在眾多材料體系中短時間確定那種材料體系將是未來主流？

筆者翻閱了《高工鋰電》2014年9月1日的刊文：《鋰電正極材料路徑：三元取代鈷酸鋰之“路漫漫”》，文中寫道：“正極材料鈷酸鋰經過多年的發展，已經占據鋰電池應用市場的半壁江山。作為后起之秀的三元材料，乘著Tesla的春風，也在慢慢侵入整個應用市場。在業內人士看來，鑒于目前鈷酸鋰的市場地位，三元材料取代鈷酸鋰之路仍然任重道遠。目前鈷酸鋰的應用市場廣闊，企業不可能輕易放棄鈷酸鋰這片森林，走上三元材料獨木橋式的道路?！?/p>

也就是說目前我們常見的三元鋰電池材料體系在業內8年前依然是不明確的，是爭論的焦點。鈉電池材料體系的還沒有經歷鋰電池這樣的驗證過程，沒有長時間的裝機驗證。鈉電池的性能真像實驗室里測試的那么好？鈉電池材料體系最后誰會勝出？業內誰也不知道。當筆者問到這個問題時，跑在最前面的幾家鈉電企業異口同聲地說：讓市場鑒定，讓時間來驗證。

這正說明鈉電池材料體系的確定依然需要時間，需要示范工程，需要不斷地試。

鈉電應用場景探討

鈉離子電池應用場景

1、兩三輪車端應用：鈉電池成本優勢目前還只體現在理論上?，F階段，和已經發展成熟，靠規?；a降低了大量成本的鋰電池相比，尤其是梯次循環利用的鋰電池相比，鈉電池實際上并不具備成本的優勢。

2、汽車端應用：誰先用？大巴、網約車在鋰電池應用過程中已經吃過一次螃蟹了，還要再吃一次？況且公交車與網約車的電動化已經基本完成，沒有太多新的需求；乘用車消費者為什么要用鈉電池做的車，是更便宜？還是性能更佳？可能寧德時代的客戶群里有一些會試試它的鈉電池與鋰電池AB合配，但都會小心謹慎地試。車企不敢大規模使用未經驗證的技術，一旦出問題，導致車輛召回就前功盡棄了。

3、儲能端應用：鈉電池自誕生以來就面臨循環壽命低的問題，因此導致了鈉電池當下僅有個別儲能領域的示范項目，大規模應用還沒有穩定的剛性需求；另外鈉電池能量密度低，也決定了用鈉電池建的儲能電站占地面積、所用箱體、線纜等成本上漲，小規模示范都不要緊，大規模商業化就會計算這些成本，電網端與工商業儲能都要計算全生命周期成本回收的，這些層面都制約了其產業化進度。

4、通訊基站端應用：鈉電池性價比明顯比老舊基站使用的鉛酸電池要高，但與退役二次使用的磷酸鐵鋰電池相比，又顯得雞肋。

總體來講鈉電池替換原來的鉛酸應用場景是沒問題的，鉛酸電池市場規模也挺大，這是鈉電池可以先行進攻的市場。

鈉電池企業投資回報的問題

目前根據中國鋰電行業的發展態勢，業內基本認同單一生產基地達到10GWh以上才具有經濟性，那么我們以現在的物價來估算一下建設一個10GWh的鋰電生產基地所需資金。采購相關產線設備需要20-25億人民幣，加上地面建筑與輔助動力10億左右，外加流動資金15億左右，需要有45-50億人民幣。根據目前我對鈉電池的了解，生產工藝也差不多，需求資金也相差無幾。

鈉離子電池生產基地

據測算，三元鋰目前價格在1.1-1.2元/Wh左右，磷酸鐵鋰電池目前價格在0.85-0.95元/Wh之間，鈉電池售價預估在0.6-0.7元/Wh之間。在設備、生產節拍、人員配備相同的條件下，鈉電池生產產值只有三元鋰電池的一半、磷酸鐵鋰電池的六七成，在大部分鋰電企業都在盈虧平衡點周圍徘徊的情況下，鈉電企業如何收回投資呢？要解決這個問題，單純指望鈉電池材料降價與復用鋰電淘汰產能是做不到的。需要在生產工藝上改進，生產設備上提速，在原材料上降本增效。

還有一個鈉電池視為機會，但同時也是捅向自己的一把雙刃劍：鋰電池的材料是貴金屬，既稀缺又貴，但有回收價值！鈉電池沒有貴金屬，但同時也沒有回收價值。廢舊鈉電池處理，誰來出錢？

鈉電投資機會

個人認為投資機會在于抓住鈉電池材料企業，鋰電池成本構成中電池材料占比超過75%，其中正極負極材料占到55%，隔膜和電解液占比為20%。鈉電池成本比的占比與鋰電池類似，所以未來從投資的角度，我們應該重點關注正極、負極、電解液、隔膜四大主材，那么哪種材料體系將會勝出？就看投資人的眼光與運氣了。

由于鈉電池的先天性缺點，天然將更加依賴導電劑、各種添加劑，所以這些非專業人士看不到的細分領域也是專業投資人應該重視的。

鈉電池電芯頭部企業原則上將在目前的鋰電企業中產生，主要原因有二：一是鈉電池生產工藝與設備與鋰電池基本相同，鋰電企業在人、財、物三方面都有優勢；二是鈉電池應用場景是鋰電池的補充，沒有完全替代的變革性應用，鋰電企業在業務端有現成的人員與應用客戶可以試，一邊試一邊等鈉電池材料體系成熟完整。他們不會主動去破壞鋰電的市場，同時將鈉電池在其它應用場景做大蛋糕。

最后

沒有經過市場驗證過程，鈉電池成熟度難以與鋰電池相媲美，三五年內不具備爆發條件。

不論是儲能還是其他領域，鈉電池很難完全取代鋰電池，是鋰電池的一種補充，一種平衡，而非替代。

如果鈉電池不能將資源優勢轉化為綜合成本優勢，連鋰電池補充與平衡的資格都沒有，鈉電企業真的不要急，要穩健地慢慢走。