作者 | 王淩方
編輯 | 邱锴俊
2023 年 2 月 23 日，思皓新能源與中科海鈉聯合打造的首台鈉離子電池試驗車 " 思皓花仙子 " 亮相……
業内消息，2023 年第四季度，比亞迪的鈉離子電池會率先在 A00 級車型海鷗上裝車，鈉電池版預計售價 6 萬元，續航裏程 300km ……
甯德時代鈉離子電池，2023 年也将率先應用在 A00 級車，首款車會是上汽科萊威改款，項目已經定點，技術是層狀 + 硬碳……
種種消息告訴我們，鈉離子電池量産裝車已經近在咫尺。
鈉電池這麽快就能用上了嗎？2 月 24-25 日，2023 中國新能源電池産業江山峰會上，不少嘉賓也對鈉離子電池發表了看法，對于鈉電池技術進展、研發生産難點，以及應用範圍有了比較大的共識。
01
锂電池企業紛紛布局鈉電池
一般來說，鈉離子電池分爲三條技術路線，分别爲層狀氧化物、普魯士藍（白）和聚陰離子。
層狀氧化物的優勢是比容量高、電壓平台高；劣勢是結構穩定性和循環穩定性差，而且容易産氣。
普魯士藍（白）路線，優勢是比容量高，但是結晶水難以除去，影響正極材料的熱穩定性和循環性能。
聚陰離子的優勢是電壓平台高、結構穩定、熱穩定性和循環穩定性好，劣勢是比容量偏低，導電性能差。
目前，國内的主要锂電池企業都在布局鈉離子電池。
" 蜂巢能源選擇的是層狀氧化物和聚陰離子兩種路線。" 會上，蜂巢能源技術中心副主任高飛介紹了蜂巢能源的鈉離子電池規劃。
根據規劃，2023 年，蜂巢能源希望将鈉離子電池的能量密度做到 135Wh/kg，2024-2025 年做到 160Wh/kg，最終希望做到 180-200Wh/kg。
高飛認爲，鈉離子電池的低溫性能非常好，目前蜂巢能源研發的鈉離子電池，在 -20 ℃下，3C 放電，容量保持率可以達到 97%。
采用層狀氧化物正極、硬碳負極和碳酸酯電解液和商業化的聚合物隔膜的鈉離子電池，在 25 ℃下，1C 充放電 600 周後，循環仍然保持在 97%；45 ℃溫度下 1C 充放電 450 周後，容量保持率超過 94%。
此外，在安全性方面，鈉離子電池的安全性明顯優于锂離子電池，200 ℃熱箱和針刺均不爆炸、不起火也不冒煙。
顯然，蜂巢能源的鈉離子電池進展不是最快的。
去年，億緯緯锂能也發布了第一代大圓柱鈉離子電池産品，能量密度爲 135 Wh/kg，循環壽命達到 2500 次，産品正準備進入中試環節。
去年 12 月，欣旺達在投資者互動平台表示，公司鈉離子電池樣品已經在進行測試驗證，項目進展順利，具體上市計劃會根據客戶需要确定。
技術進展，還是甯德時代進展最快，2021 年 7 月發布第一代鈉離子電池時，電芯單體能量密度已達 160Wh/kg；第二代鈉離子電池能量密度将達到 200Wh/kg，接近三元锂電池。
02
2024 年有望進入擴張期
理論上更便宜的鈉離子電池，現階段并不便宜。
在中國汽車動力電池産業創新聯盟副秘書長王子冬看來，最起碼現階段，鈉離子電池成本肯定不會比锂離子電池更低，不是技術問題，是沒有産業鏈的問題。
王子冬給出了一個數字，目前鈉離子電池負極成本，是現在國内三元正極材料的 3~5 倍的價格。究其原因，這是因爲目前作爲鈉離子電池負極的硬碳大部分還需要進口。
2022 年 9 月，日本可樂麗椰殼硬碳價格約爲 20 萬元 / 噸，低端人造石墨負極價格約爲 3 萬元 / 噸。
硬碳采用的前驅體原料主要爲生物質、樹脂類和高分子前驅體。椰殼類生物質材料是最早被産業化的硬碳前驅體之一，這類材料在自然界中廣泛存在，且雜質較少，自身強度比較高，可以爲硬碳産品帶來穩定的結構。
但國内目前滿足生産硬碳負極的椰殼原料供應不足，需要依賴進口，硬碳負極國内産能有限，合計僅數千噸量級。
根據東吳證券數據，目前處于推廣期鈉離子電池成本大約爲 0.8-0.9 元 /Wh，相比鐵锂電池毫無性價比優勢。
沒有産業鏈隻能受制于人。
但随着産業鏈的完善，規模效應顯現，進入發展期和成熟期，鈉離子電池電池成本有望降到 0.5 元 /Wh，而鐵锂電池總成本則大約在 0.7 元 /Wh（碳酸锂價格假設 15 萬元 / 噸，下同），成本便宜 20% 以上；電芯材料成本方面，鈉離子電池成本預計比鐵锂電池低 0.1 元 /Wh，便宜 25% 以上。
除了頭部的甯德時代、比亞迪等企業，大部分産業鏈企業産品仍處于中試階段。
今年 1 月份，多氟多方面在回答投資者提問時表示，鈉離子電池的正極材料中試線已經建成，批量成品已下線，正在進行各類檢測和客戶的車載測試。
雄韬股份也表示，鈉電池中試線建設正在有序推進當中，計劃将于 2023 年投産，同時可啓動一期量産線建設。
傳藝科技是鈉離子電池的頭部企業。去年 11 月，傳藝科技也表示，鈉離子電池中試線已經投産，生産的鈉離子電池産品相關技術參數爲：單體能量密度 150Wh/kg-160Wh/kg，循環次數不低于 4000 次。
硬碳負極方面，也有企業在進行産業化發展。去年 12 月，貝特瑞在投資者問答中表示，公司已具備硬碳負極産業化能力，正在建設硬碳量産線，同時公司鈉電池負極已通過國内部分客戶認證，實現噸級以上訂單，持續供貨，并正在積極導入其他頭部企業，提升産能規劃。
同期，翔豐華在投資者問答中表示公司開發的高性能硬碳負極材料目前正在相關客戶測試中。
業内預計，2023 年市場各種技術路線樣本及規模化成品将導入市場，随着工程化實踐和下遊批量認證，有望于2024 年進入 1-10 的産業化規模擴張期。
03
技術難點：産氣多、循環差
鈉離子電池要進入産業化，需要克服很多技術問題。
湖南法恩萊特新能源科技有限公司副總經理孔東波介紹，鈉電池離子半徑要比锂電池的離子半徑大很多，造成難以脫嵌，從而造成動力學非常緩慢，電極材料體積變化大，循環性比較差，整個系統所有組件包括電極材料、隔膜都需要加大開發力度，不能完全沿用之前的锂電池的方式。
具體來看，鈉離子電池的正極材料還沒有大規模的穩定量産、結構穩定性有待提高，同時循環過程中産氣問題比較嚴重。
孔東波介紹，鈉離子電池主要需要解決的是在化成過程中的産氣，還有一個後期充電及長期擱置中的産氣。
他認爲原因有幾個方面，一是電解液中水分的還原；二是溶劑分子在負極側的電化學還原；三是帶電狀态下負極還原産物與溶劑分子的負反應。解決方法是，需要研發新型的溶劑溶解殘堿，同時引入抑制産氣的添加劑。
鈉離子電池的負極，現階段隻能選擇硬碳，但庫倫效率比較低（電池放電容量與同循環過程中充電容量之比），而且價格偏高。
在孔東波看來，負極現在困擾比較大。簡單來說，石墨難以儲存鈉，不能作爲鈉離子電池的負極，硬碳是目前鈉離子電池唯一的負極材料。
鈉離子的原子半徑至少比锂離子大 35%，鈉離子很難嵌入和脫出材料，這對負極材料的結構穩定性提出了更高的要求。
锂離子電池使用的石墨負極材料的孔徑和層間距，不能滿足鈉離子電池負極的要求。而硬碳的層間距要比石墨大很多。
此外，電解液也還在摸索之中。以往醚類電解液很少被作爲電解質使用，因爲其在負極上鈍化能力差，在超過 4V 以上的工作電壓下不穩定。
然而，近年來，在鈉離子電池領域中，醚類電解質已經被廣泛地使用，因爲它們在鈉電體系中具有更好的抗氧化還原能力，相比酯類電解質其可以在負極表面生成更薄和具有穩定的 SEI 膜和高的首次庫侖效率。
不過，鈉離子電池電壓達到 4V 以上，就需要改善高電壓下的循環性問題，醚類電解質就不能滿足要求，需要氟代醚類溶劑，同時引入高電壓的添加劑。
孔東波表示，他們鈉離子電池的研發分爲三個階段，短期目标要做到針對電池高溫循環産氣嚴重的情況，提高解決措施，使産氣情況得到有效改善等；中期目标是，選擇出合适的電解液，使得 4.2V 高電壓鈉離子電池的循環超過 500 周，容量保持率超過 85%；長期目标是開發出新型溶劑體系，适配不同工作環境的電池，增強循環性能，達到常溫循環 1500 周、高溫循環 800 周、低溫循環 800 周容量保持率＞85%。
04
應用：儲能和低續航小車
鈉離子電池的優勢在于價格低廉、性能好，但是核心問題是體積能量密度太低，在有限的體積内裝的電池太少了，這就制約了鈉離子電池的應用範圍。
會上，專家們公認的應用範圍是儲能、低速車和 A00 級車。換句話說，鈉離子電池是無法替代锂離子電池的，隻能成爲锂離子電池的補充。
孔東波認爲，儲能是鈉離子電池較爲适用的場景，核心原因是大型儲能系統對電池能量密度要求不高，對安全性和經濟性要求更高。
從孔東波給出了成本測算看，相比鉛酸電池、磷酸鐵锂以及三元電池做儲能，無論在計及電力損耗時的度電成本、不計及電力損耗時的度電成本和不計電力損耗且折現率爲 0 的度電成本時，鈉離子電池都是最低的。
高飛認爲，鈉離子電池的核心方向應該是儲能和輕型動力。與孔東波不同，高飛重點分析了鈉離子在輕型動力領域的應用。典型就是交通工具領域，高飛認爲，鈉離子電池的主要應用場景是二輪車、低速車到 A00 級這個級别，也就是大概 300 公裏以内出行工具。
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