钠离子电池即将迈入大规模生产阶段

本文转自：科技日报

记者 刘 霞

位于中国洛阳的钠离子电池生产基地。图片来源：《自然》网站

　　当前，锂离子电池为80亿部手机、数亿台笔记本电脑，以及蓬勃发展的电动汽车和储能设施注入不竭动力。然而，它正迎来一位强大的挑战者——钠离子电池。

　　钠离子电池已快步迈入大规模生产阶段，有望应用于电动汽车和储能等领域，它比锂离子电池更便宜、更安全、更环保。今年4月，全球最大的电池制造商——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，将在今年底前启动钠离子电池的大规模量产。

　　英国《自然》网站在近日的报道中指出，今年或许就是钠离子电池时代的开启之年。不过，也有专家提醒，要让钠离子电池进一步走向实用阶段，仍需啃下能量密度这块硬骨头。

　　极寒不掉链

　　锂离子电池凭借高能量密度和轻量化设计，广泛应用于电动汽车。但材料成本高企、供应链紧绷和安全隐患，促使制造商另辟蹊径。

　　钠几乎取之不竭，在地壳中的丰度是锂的1000倍以上，在海洋中更高达6万倍。它可从寻常的岩盐和海水中提取，成本更低、来源更广。宁德时代预计，到2026年底，钠离子电池成本将与磷酸铁锂电池持平。分析师预测，到2027年底，钠电技术的成本优势将更加明显。

　　低温向来是锂离子电池的软肋。据EV Talks官网报道，冰冻环境下，锂离子电解液效率骤降，充电变慢、可用容量打折。钠离子技术却凭借出色的低温性能破解了这一难题。例如，宁德时代开发的Naxtra钠电池系统，在低至-40℃的极寒环境中仍能保持近90%的容量。

　　这让钠离子电池对穿梭于寒冷地带的电动汽车具有格外诱惑力。今年2月，中国长安汽车与宁德时代合作，推出搭载钠离子电池的车型，率先落地于长安启源A06钠电版，其核心卖点正是“极寒天气不掉链子”，同时成本更低。该车型计划在今年晚些时候正式上市。

　　在耐用性上，钠离子电池同样进步神速。新一代钠电池组在容量衰减至80%之前，已能承受超过一万次完整充放电循环。对电动汽车而言，这意味着可行驶数百万公里。许多情况下，电池组的寿命甚至比整车更长，从而大幅拉低更换成本，提升长期持有价值。

　　储能新基石

　　更低的成本、更高的安全性，以及超长的服役寿命，也让电网储能成为钠离子电池最佳的用武之地。据英国《新科学家》网站报道，中国、德国和美国已落成少数几座钠离子电网储能电站。这类电站利用钠离子电池打造大型储能设施，旨在平抑可再生能源并网的波动，并摆脱对锂资源的依赖。目前该技术已步入商业化部署阶段。

　　宁德时代已推出专为公用事业级应用打造的钠基储能平台，系统寿命长达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达成战略合作，将联合开发专为电网级储能设计的下一代钠离子电池系统。这既是通用汽车首次大规模进军储能电池领域，也是美国车企在钠电路线上迈出的关键一步。

　　7月8日，Peak Energy宣布将在加州萨克拉门托兴建美国首座电网级钠离子储能系统专用工厂，总投资最高可达7100万美元。该工厂年产能将达4吉瓦时，足以满足近400万户家庭的年用电需求。此外，Peak Energy还拓展出新的应用场景，向数据中心出售钠离子电池，在电价低谷时储电。

　　冲刺能量密度

　　与此同时，世界各地的研究者正奋力提升钠离子电池的能量密度，力争缩小其与锂离子电池的差距。宁德时代宣布，其面向大众市场的钠离子电池能量密度已达175瓦时/千克，正在研发的新技术有望将其推高至200瓦时/千克。这意味着钠离子电池在能量密度上已与磷酸铁锂电池比肩，不过仍只及先进锂离子电池的2/3左右。

　　“低成本地球储量丰富的钠离子存储联盟”领导人、电化学家温克特·斯里尼瓦森认为，钠离子电池潜力极大，其中一些方案在理论上可与锂离子电池一决高下。他尤为看好含有镍氧化物和锰氧化物的钠离子电池。这类材料拥有与锂离子电池关键三元正极镍钴锰酸锂相似的层状结构，却比普鲁士白等材料更致密、体积更小。虽然它们仍离不开镍和锰，但用量低于常见的锂离子电池，例如镍的比例可从33%降至25%。

　　新加坡南洋理工大学电池专家孟颖则表示，设计革新同样能大幅提升钠离子电池的储电能力。其中一个大胆的构想是完全抛弃负极，让钠在充电时直接以金属单质沉积，而非以离子形态栖身于海绵状的碳负极之中。这种“无负极”设计在一次电池中很普遍，也长期被视作提升锂离子电池容量的妙策，却因充放电时锂枝晶的生长容易引发短路而屡屡受挫。不过，孟颖的研究显示，钠形成的晶体很可能具备良好的可逆性。

　　研究认为，未来的能源市场不会仰赖单一的电池种类。锂电池将继续为追求极致续航和紧凑设计的高端电动汽车提供动力，而钠离子电池也将迅速成为经济型电动汽车、城市出行、可再生能源储存和极端天气应用的首选方案。随着规模化生产持续推进，钠离子电池将成为构筑更清洁、更经济、更具韧性的能源生态系统的关键引擎，重塑电动汽车与全球能源基础设施的版图。