锂电池替代钠电池将替代锂电池？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

钠电池将替代锂电池？

在国内锂价高企之时，作为锂电池的替代技术路线——钠电池受到市场追捧。而在业内人士看来，快速降低成本，把钠电池理论成本优势转变为现实优势尤为迫切。

在国内锂价高企之时，作为锂电池的替代技术路线——钠电池受到市场追捧，企业投融资不断，产业链加速完善。然而，去年以来，电池原材料碳酸锂价格持续下跌，锂电池价格随之快速下行。今年1月，已有部分锂电厂商报出0.4元/Wh以下的价格。锂电价格由此迈入“0.3元/Wh”时代。

在此背景下，以成本优势为卖点的钠电池是否还具备市场竞争力？未来，钠电池又有多少的市场替代空间？在业内人士看来，快速降低成本，把钠电池理论成本优势转变为现实优势尤为迫切。

产业化进程快速推进

钠电池是一种以钠离子为电荷载体的充电电池，其研究可以追溯到上个世纪80年代，但受限于技术瓶颈其研究一度陷入停滞。近年来，经历了几轮诸如锂电池原材料涨价、产品供不应求等问题，钠电池价格低廉、无资源限制等优势逐渐被市场放大，作为锂电池替代技术路线获得快速发展。

中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教介绍，近年来，钠电池市场蓬勃发展，仅电池研发、制造和Pack环节新签约的项目多达29个，规划产能超过290GWh，投资总额超过1140亿元。截至2023年年底，钠电池产业链25家企业进行了82次融资，从时间节点来看，2022年以前的年融资案例多为个位数；2022年融资案例提升到17次；2023年更是达到47次。

“2023年被业内称为钠电池量产化元年，我们认为，钠电池的量产竞赛和订单兑现已拉开序幕。”

钠电池具有宽温性能、高循环效率寿命和转化效率的特点，在低速车、储能等应用场景，可以对锂电池进行替代，奇瑞、江淮、雅迪、爱玛等A00级车与两轮车均已官宣钠电新品。2023年12月，中石油大港油田1MWh商用钠离子电池储能示范项目成功并网。“从项目运行情况来看，项目BMS直流侧效率在93%—94%，PCS交流侧效率在89%—90%，远超客户预期。”示范项目电芯提供方——湖州国晟董事长李昕介绍，这是国内首个通过电科院性能测试的钠电池储能系统，项目也为钠电池在大型储能方向的规模化应用提供了示范，积累了经验。

具有理论成本优势

随着锂电价格下行，钠电池已经丧失价格优势了吗？

“部分锂电厂商0.3元/Wh的报价是在市场供过于求的情况下清库存，是不赚钱的。按当前原材料价格估算，锂电池实际成本高于0.3元/Wh。钠电池理论成本更低。”中国电池产业研究院院长吴辉向《中国能源报》记者表示，“从动态观点来看，碳酸锂价格难以长期维持在几万元的水平，钠电池产业化以后成本优势突出。”

众钠能源首席科学家赵建庆向《中国能源报》记者强调，钠电的产业化进程不会因为碳酸锂价格波动发生根本性的转变。钠离子电池技术路线有多种，各种技术路线的正极材料成本差异较大。 “对于众钠的聚阴离子型硫酸铁钠来说，和锂离子电池的成本交叉点大概在碳酸锂价格为4万—5万元/吨的时候。即使是当下，钠电池仍然具有相当大的成本优势。随着生产基地产能爬坡和产业链逐步成熟，今年年中成本可以做到0.37元/Wh，未来可以做到0.28元/Wh。”

截至2023年年底，已投运锂电池储能在新型储能中占比高达97.4%。欧盟科学院院士孙金华认为，新型储能“一锂独大”不如百花齐放。钠元素是地壳含量中第六高的元素，地壳丰度高达2.3%，是锂元素的数千倍，且全球各地分布均匀，几乎没有被垄断定价和“卡脖子”的可能。因此，发展钠电池有利于突破资源供应壁垒。从长远战略来看，要发展钠电池、液流电池等多种电池技术。不仅我国明确加快钠电池技术突破和规模化应用，欧美国家也将钠电池纳入储能电池发展体系。

业内专家指出，目前还没有一个产品能够全方位覆盖所有的应用场景。 短期内，钠电池、锂电池、液流电池等技术路线都有继续成长空间。而后续比拼的是各种技术路线的持续性，能持续成本优化，持续更新材料，持续提升安全性能等。

产业链协同降本

整体来看，目前实现量产并真正投入商业化应用的钠电池品牌和订单较少。

“钠电池正负材料还处于小批量生产阶段，价格偏高。钠电池硬碳负极材料要10万元/吨，而锂电石墨可能只有3万元/吨，六氟磷酸钠、电解液价格也比锂电贵。钠电池要实现理想中0.3元/Wh以下的成本，亟需打通产业链，通过原材料降本，通过规模化生产实现，确保和锂电竞争中的成本优势。”吴辉预计，到2030年，全球储能需求量达1.5太瓦时左右，钠电池会有较大市场空间。在电网级大储、工商业储能中会部分替代锂电池，在家储和便携式储能领域渗透率相对低一点。

“钠电池可以借鉴锂电池的发展历程。锂电池花了近十年左右的时间，快速降本，性能大幅提升，应用场景快速推进。”湖州国晟常务副总裁狄侃生判断，钠电池产业化时间节点会比锂电池用时更短、速度更快，一方面是钠电池正极、负极、隔膜、电解液等材料体系和锂电类似；另一方面，钠电生产线设备可以在锂电设备的基础之上直接做到更高级别的自动化大规模生产。目前，公司已小批量研制成功钠离子软包电芯和钠离子方形电芯，并发布了从低压叠塔家庭储能系统、高压户储系统、工商业储能系统到大型储能集装箱在内的储能系统系列，初步具备1GWh全球钠电池储能系统交付能力。

针对储能应用场景，赵建庆表示，当前，新能源配储能项目利用率不高，究其原因，还是电网和能源主管部门对储能并网后能否安全稳定的运行持怀疑态度。不论是锂电池还是钠电池，行业应该更多地去关注产品的性能，在安全、质量、稳定运行的基础上再去谈降本、低价，共同将蛋糕做大做强，构建一个健康、可持续、良性竞争的产业生态。

原标题：钠电产业化提速，亟需产业链协同降本

文丨本报记者卢奇秀

End编辑丨杨晓冉

谁能取代锂电池？

当今的移动世界离不开锂离子电池，这是目前可充电电池的最佳选择。去年，消费者们购买了 50 亿只锂离子电池，用来给笔记本电脑、照相机、手机和电动汽车供电。美国阿贡国家实验室能源存储联合研究中心（JCESR）的负责人乔治·克拉布特里（George Crabtree）说，“这是有史以来最好的电池技术”。不过，克拉布特里的目标远不止于此。

1991 年，索尼公司推出第一款商业版锂离子电池，与之相比，如今锂离子电池的能量密度（单位质量所存储的能量）已经是原来的两倍多，而价格只有当初的 1/10。不过，锂离子电池的能量密度已经接近极限。许多研究者认为，对锂离子电池的改进，最多还能将能量密度再提高 30%。这意味着，锂离子电池永远不能像一油箱汽油那样，让电动汽车连续行驶 800 千米，也不能让“电老虎”般的智能手机续航许多天。

2012 年，JCESR 从美国能源部争取到 1.2 亿美元的资金，用于研究超越锂离子电池的技术,而亚洲、美洲和欧洲的许多研究团队和公司都在寻找取代并超越锂离子电池的新技术。

锂–硫电池

2013 年初，化学工程师埃尔顿·凯恩斯（Elton Cairns）认为，自己研制出了一种新型化学电池，只有硬币大小。到 2013 年 7 月，他的电池已在美国劳伦斯伯克利国家实验室经历了 1 500 次充放电循环，而电池容量只损失了一半。这样的性能，基本可以媲美最好的锂离子电池了。凯恩斯的电池基于锂–硫（Li-S）技术，所使用的材料价格非常低廉，理论上的能量密度是锂离子电池的 5 倍多。

锂–硫电池的主要优势之一，在于减掉了锂离子电池的“无效体重”。在一块典型的锂离子电池中，多层石墨电极占据了大量体积，而这些电极基本上只是用来吸附锂离子。这些锂离子经由电解液，流到多层金属氧化物电极。和所有电池一样，电子必须通过外部电路流动，来平衡正负电荷，从而产生了电流。要想给电池充电，则须通过外加电压来反转电子流动，这同时也会让锂离子回到石墨电极上。

在锂–硫电池中，一块纯金属锂片代替了多层石墨电极。这块锂片既是电极，也是锂离子的来源。电池放电时，锂片变薄；电池充电时，它又恢复原状。金属氧化物电极也被更廉价、更轻的硫所取代。硫吸附锂的能力更强，每个硫原子可以结合两个锂原子，而在锂离子电池中，结合一个锂原子就需要不止一个金属原子。所有这一切使得锂–硫电池在成本和重量两方面都具有明显优势。

一些研究者质疑，学术界的认同未必能转换成商业上的成功。在实验室，研究人员通常使用少量硫和大量电解液，这样比较易于研究，但不能制成高能量密度的电池。在 PolyPlus 公司（一家制造电池的公司，位于凯恩斯实验室以西 5 千米的地方）研究锂–硫电池超过 20 年的史蒂夫·维斯科（Steve Visco）说，增加硫和减少电解液会使电池更容易坏掉，要想以低廉的成本制造出能经受住一年四季温度考验的商品化电池相当困难。

至少有一家公司——英国 Oxis 能源公司——看好锂–硫电池的前景。该公司声称，它们已经制造出可以充放电 900 次的大型锂–硫电池，能量密度与当前的锂离子电池不相上下。Oxis 能源公司正在与美国 Lotus 工程公司合作，他们希望在 2016 年前开发出可用于电动汽车的电池，能量密度将达到 400 Wh/kg。

镁电池

作为世界上最轻的金属，锂拥有巨大的重量优势。但一些研究者认为，下一代电池应该使用更重的元素，比如镁。每个锂离子只能携带一个电荷，而二价的镁离子能携带两个电荷，这意味着可以释放的电能提高了一倍。不过，镁也有自己的问题。锂离子能轻松通过电解液和电极，而携带两个电荷的镁离子移动速度缓慢，就像是在黏稠的糖浆中穿行。

美国阿贡国家实验室的电池研究人员彼得·丘帕斯（Peter Chupas）正在与 JCESR 合作，他用高能 X 射线轰击各种电解液中的镁，来研究镁为什么会受到巨大的阻力。截至目前，他和同事发现，镁离子能强烈吸引周边溶液中的氧，从而吸引一大群溶剂分子，这使得镁离子变得沉重。

美国劳伦斯伯克利国家实验室的材料科学家克里斯廷·佩尔松（Kristin Persson）正在用超级计算机模拟潜在新型电池的内部结构，她正在试图从大约 2 000 种电解液中，找到一种更好的电极与电解液的组合，让镁离子可以更顺畅地通过电解液。

佩尔松和麻省理工学院的材料科学家赫布兰德·塞德（Gerbrand Ceder）成立了 Pellion 技术公司，来研发这种高容量镁电池。公司对其进展三缄其口，目前只发表了一篇关于电极的研究论文。2013 年底公开的一大批专利表明，Pellion 技术公司正在研发更开放的电极结构，帮助镁离子流动。包括丰田、LG、三星和日立在内的各大电子产品公司，都在研发类似的电池，但这些公司也都很少透露相关进展。

氧电池

温弗里德·维尔克（Winfried Wilcke）自称是“一个非常幸福的拥有特斯拉 S 电动汽车的车主”，他说，正是这辆电动汽车让他意识到电池研究是当务之急。

一开始，维尔克关注的是高能量密度电化学存储的理论极限——锂与氧气的氧化反应。与其他类型的电池相比，这种“会呼吸的”锂–氧电池有巨大的重量优势，因为其中一种主要反应原料——氧气，不必再装载到电池中。理论上，锂–氧（Li-O）电池的能量密度可以媲美汽油发动机，比现今电动汽车电池的能量密度高 10 多倍。

在驾驶着他的特斯拉 S 电动汽车行驶了 22 000 多千米之后，维尔克对这辆汽车的电池所提供的 400 千米的续航能力感到满意。他说，真正的问题是钱，电动汽车的电池成本在每千瓦时 500 美元以上，“电动汽车不被大众接受的真正原因，不是能量密度，而是价格”。所以，维尔克现在更看好一种基于钠的、更便宜的燃料电池。根据理论预测，钠–氧（Na-O）电池的能量密度是锂–氧电池的一半，不过，这已经比锂离子电池高出 5 倍了，而且，钠比锂更便宜。因此，维尔克满怀希望地说，钠–氧电池的成本或许可以接近每千瓦时 100 美元，这正是 JCESR 等研发机构认为消费者能够承担得起的价格。

液流电池

麻省理工学院的材料化学家唐纳德·萨多韦（Donald Sadoway）认为，未来的电池更像是一家冶炼厂。他设想了一种像集装箱一样大的箱子，每个箱子中有 20 个像电冰箱一样大的钢制单元，里面装着加热到 500℃的熔融金属和盐。

这样的电池永远不可能用在汽车上，也不可能在能量密度这种指标上胜过锂离子电池。但是，为电网存储能量时，或者在不必考虑便携性的应用场景下，电池的尺寸就无关紧要了。这时候，人们需要的电池，不必又小又轻，能量强劲，而是要在较低成本和较少维护下，存储和释放可多可少的电能。JCESR 希望，这样的电池可以充放电 7 000 次，大约可以使用 20 年。

萨多韦正在研究另一种技术，他用两层熔融的金属（因密度不同而分成上下两层）作电极，中间则以一层熔融的盐作为电解液隔开。随着离子在其间移动，两个熔融金属层或膨胀，或收缩，从而实现电能的存储和释放。这一切都是液态的，所以，经过数千次充放电循环后，也不会像固态电极那样出现破裂。

还有一些研究小组正在研发不那么激进的液流电池。这种电池的燃料由两种液体组成，离子在两种液体之间传递，中间隔着一层薄膜。液体燃料可以保存在电池外部的储存箱中，需要的时候再用泵抽取，因此，只需要使用更大的储存箱，就可以存储大量电能。不过，这种电池需要泵和阀门。萨多韦说，这些设备必然会面临维护问题。

在商用液流电池中，薄膜两侧的液体燃料都使用了钒离子，但钒和薄膜都非常昂贵。全世界最大的液流电池安装在中国的一个风力发电场，据中国科学院大连化学物理研究所的张华民估计，这一电池的耗资可能高达每千瓦时 1 000 美元。哈佛大学的材料科学家迈克尔·阿齐兹（Michael Aziz）说，“单是钒的成本就已经高得让人难以承受了”。

今年 1 月，阿齐兹的团队宣布，廉价的醌类物质（quinones，一类有机化合物）可以用于液流电池，它们可以与标准液体电极（比如溴）搭配使用。阿齐兹的电池系统已经充放电超过 100 次，性能依旧强劲。他希望能将这种电池的成本降低到每千瓦时 100 美元以下。不过，阿齐兹说，“这种电池系统现在还只是实验室通风橱里的一个玩具而已，只有大规模生产时，才能知道真正的成本有多高。”

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