在50年后，锂离子电池的难兄难弟钠离子电池终于实现量产！

9月15日，中科海钠的钠离子电池产品已于今年实现量产，该电池为全球首款具备自主知识产权的钠离子电池，目前电芯产能可达30万只/月。

中科海钠CEO唐堃表示，在大规模化生产后，海钠的钠电池成本优势将更明显。

中科海钠是一家专注于新一代储能体系 - 钠离子电池研发与生产的高新技术型企业，企业拥有多项钠离子电池材料组成、结构、制造和应用的核心专利，是国际少有拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业之一。公司聚集领先的技术开发团队，现拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士、胡勇胜研究员为技术带头人的研究开发团队。

什么是钠离子电池?

要解释什么是钠离子电池，我们首先说一下什么是锂离子电池。

电池指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。

锂离子电池，则是一种二次电池(充电电池)，由正极、隔膜、负极、集流体(极耳)、电解液组成，以圆柱形的电芯为例，正极，隔膜和负极会像一个三明治一样叠在一起，随后整个浸泡在电解质液中，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

锂离子电池在放电时是原电池的一种，而在原电池反应中，还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。

而在充电时，锂离子电池运用的则是电解池原理，电流会通过电解质溶液或熔融的电解质，然后在阴、阳两极上引起还原氧化反应。

锂离子电池的负极多采用石墨，而碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。而当放电时，负极固相材料中会发生电化学反应，释放出锂离子和电子，锂离子会进入电解质，穿过隔膜到达正极，电子则通过外部电路到达正极;而在充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质穿过隔膜，嵌入负极，负极处于富锂状态。

其实在二十世纪七十年代末期，钠离子电池与锂离子电池几乎是同时开展研究的，但由于当时研究条件的限制和研究者对锂离子电池研究的热情，钠离子电池研究曾一度处于缓慢和停滞状态，因此，锂离子电池也就把握住了发展机会，在今天的多数电子产品中都占有一席之地。

而和锂离子电池一样，钠离子电池(Sodium-ion battery)也是一种二次电池(充电电池)，它与锂离子电池工作原理相似，不过它主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，而不是锂离子。

从元素周期表中来看，要想成为好的能量载体，就要以尽可能小的体积和重量，存储和搬运更多的能量，原子相对质量要小，得失电子能力要强，电子转移比例要高。而钠与锂属于同一族元素，它们的化学性质相似，因此理论上钠也可以像锂相同用来做电池。

但是钠的原子半径比锂要大很多，因为钠原子比锂原子要多8个电子，所以钠原子自然要大得多，而且它比锂要重很多，使得单位质量的电池储能就要比锂少。

锂离子的负极可以使用石墨，但是钠离子几乎不能在石墨中脱嵌/嵌入，因此容量很小;其他碳材料经过处理最多可以达到差不多300多毫安时;离子在正极中的容量也很小，只有一百多毫安时;钠离子的半径大，导致钠离子在正负极中嵌入/脱嵌时阻力很大，反复进出正负极材料的微孔对微孔的破坏也更大;可逆性差，不可逆容量损失大。

但相比于锂元素，钠离子电池的优势在于资源丰富。锂离子电池受到了锂资源储量(~17ppm)和分布不均匀(~70%在南美洲)的限制(特别是我国目前80%锂资源依赖进口)，所以锂离子电池难以同时支撑起电动汽车和电网储能两大产业的发展。

而钠资源约占地壳元素储量的2.64%，获得钠元素的方法也十分简单，因此相比于锂离子电池，钠离子电池在成本上将更加具有优势。在市场上，作为锂原料的碳酸锂价格每吨要几万元;而作为钠原料的氯化钠的价格每吨只要几千元。

除了资源丰富之外，与锂离子电池相比，钠离子电池由于其钠盐的特性，允许使用低浓度电解液。电解液负责在正负极之间传输离子，溶液中至少有一种离子为正极或负极的组分，而钠离子电池采用钠盐电解液，在同样浓度下，钠盐电解液的电导率高于锂电解液20%左右。

此外，使用钠离子电池还可以降低成本;钠离子不与铝形成合金，所以负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右;钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。以锂电池为例，电池如果被不受保护的过度充电和过度放电，将对锂电池的正负极造成永久的损坏。

从分子层面看，可以直观的理解，过度放电将导致负极碳过度释放出锂离子而使得其片层结构出现塌陷，过度充电将把太多的锂离子硬塞进负极碳结构里去，而使得其中一些锂离子再也无法释放出来，过度放电会使负极板的铜电镀到正极上，破坏正极的微观结构。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

钠离子电池的技术难点

钠离子电池最重要的特点就是利用钠离子代替了价格昂贵的锂离子，但为了适应钠离子电池，电池的三个基本组成部分，正极材料、负极材料和电解液等都要做相应的改变。

正如上文所说，电解质溶液中至少有一种离子为正极或负极的组分，而钠离子电池利用的是钠离子，钠离子电池采用的是钠盐电解液，因此，锂离子电池的正负极并不一定都适用于钠离子电池。

而自2010年以来，研究人员根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料，在容量和循环寿命方面有很大提升，如作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料。

中科院物理所胡勇胜研究员带领团队自2011年起致力于安全保、低成本、高性能钠离子电池技术研发，开发出低成本铜基正极材料、煤基碳负极材料、低盐浓度电解液，其核心专利获得中国、美国、日本及欧盟授权。

上海交通大学马紫峰教授研究小组在国家自然科学基金委和国家973计划支持下制备了高电导特性的柔性电极，该研究小组还采用廉价的普鲁士蓝类材料(NaMFe(CN)6)，构筑了高容量、长循环寿命的钠离子电池正极材料。

2018年12月，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在锰基正极材料研究方面取得重要进展，使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池，相关成果发表在《自然·通讯》上。

目前，我国钠离子电池在基础研究、技术水平和产业化推进速度方面都处于国际领先地位，在面对中国如此大的市场，相信未来钠离子电池的研究将会获得长足发展，钠离子电池也能早日走进千家万户。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考链接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1677972321747062871&wfr=spider&for=pc

https://new.qq.com/omn/20200915/20200915A05RHD00.html

https://baike.baidu.com/item/%E9%92%A0%E7%A6%BB%E5%AD%90%E7%94%B5%E6%B1%A0/6399395?fr=aladdin#1

http://www.juda.cn/news/73450.html

http://www.juda.cn/news/151988.html

http://www.juda.cn/news/151881.html

https://baike.baidu.com/item/%E9%94%82%E7%A6%BB%E5%AD%90%E7%94%B5%E6%B1%A0#7