随着汽车行业电气化趋势逐步深入，动力电池的技术发展也开始日益加速。目前市面上的新能源车型基本搭载的都是以锂离子为电荷载体的动力电池，一时间，锂资源可谓是供不应求，价格也是水涨船高，从而导致锂离子电池的制造成本不断攀升。事实上，由于全球锂矿资源十分有限，市场上一直都在积极探寻锂离子电池的替代品。其中，钠离子电池在近两年关注度提升，特别是进入2023年以后，行业内关于钠离子电池“上车”的消息接踵而来。那么，钠离子电池为何会受到如此关注？相比锂离子电池，它又有哪些优劣势？

一、钠离子电池是何方神圣？

 

事实上，钠离子电池的研发是同锂离子电池同时开始的，只不过当时由于技术瓶颈以及性能上的差距，导致其一直没有得到广泛应用。随着科技的进步，一些技术瓶颈逐步被攻破，钠离子电池的能量密度也在不断增加，续航里程也有所突破。此外，由于地球上钠矿的储量远高于锂矿，制造钠离子电池的成本相比锂离子电池要低很多，因此由钠代替锂成为新的动力电池技术路线。

 

1、概念及工作原理

钠离子电池与锂离子电池十分相似，都是靠金属离子在电池内移动实现充放电。同时，它们都属于二次电池，民间也称它们为充电电池，说白了就是可以反复使用的化学电池类型。钠离子电池与锂离子电池的主要区别之一就是电荷载体不同，钠离子电池中的电极材料为钠盐。

 

钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常相似。充电时，钠离子从正极活性材料晶格中脱出，正极电极电势升高，同时钠离子进一步在电解液中迁移至负极表面并嵌入负极活性材料晶格中。在该过程中电子则由外电路从正极流向负极，引起负极电极电势降低，从而使得正负极之间电压差升高而实现钠离子电池的充电；放电时，钠离子和电子的迁移则与之相反，钠离子从负极脱出经电解液后重新嵌入正极活性材料晶格中。电子则经由外电路从负极流向正极，为外电路连接的用电设备提供能量做功，完成电池的放电和能量释放。

 

2、正极材料路线

 

相比传统锂离子电池，钠离子电池除了电解液的不同以外，还有一点重要的区别就是正极材料的不同，目前主要分为普鲁士正极、层状氧化物正极和聚阴离子正极这三种类型。其中普鲁士正极是由钠和铁氰根组成的化合物，通常呈蓝色，具有高电压和高能量密度的特点，并且制备工艺简单，成本较低；层状氧化物正极由钠和氧化铜、铁、锰、镍等金属组成，具有高能量密度和循环寿命较长等特点；聚阴离子正极材料为磷酸铁钠和磷酸钒钠等，具有较高的安全性和长寿命的特质。

 

二、钠离子电池的优势与短板

1、钠离子电池的优势

 

·成本低，价格稳定

 

钠在地壳中的储量约为2.36%，是锂的400多倍，算是储量极为丰富的金属且分布广泛。同时，钠离子电池正极不需要使用稀有贵金属如钴、镍等，制备相对简单，进一步降低了制造成本和对资源的依赖。此外，由于钠离子电池与锂离子电池工作原理、结构类似，所以可以利用现有的锂离子电池生产线进行生产，也能节约一部分设备投入。

 

·低温性能好，低温容量保持率高于磷酸铁锂电池

 

相对于常见的锂离子电池，钠离子电池在低温状态下有着更好的性能。由于钠离子电池的电解液和电极材料中，采用了一些物理性质更加稳定的材料，因此在极端低温环境下的性能表现优异。另外，其低温状态下的电池容量保持率还高于同等环境下的磷酸铁锂电池，简单来说，就是“掉电”不会像磷酸铁锂电池那么快。

 

·安全性能好，极端条件下不易出现热失控

 

钠离子电池的安全性较高，原因是钠离子电池的内阻较高，短路时发热量少、温升较低，不易出现热失控。同时，在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中也表现出了相当高的稳定性。此外，钠离子电池还可以实现0V运输，这就大大降低了其运输中的风险。相比之下，目前市面上搭载三元锂电池的车型在发生碰撞时出现自燃的事故比比皆是。

 

·充电速度快

 

在快充能力方面，钠离子电池的充电时间更快，以宁德时代第一代钠离子电池为例，常温下充电15分钟，电量可达80%以上。相比较而言，目前量产的三元锂电池即使是在直流快充的加持下，将电量从20%充至80%通常需要30分钟的时间，磷酸铁锂则需要45分钟左右。所以在补能效率方面，钠离子电池也有着明显的优势。

 

2、钠离子电池的短板

 

 

目前磷酸铁锂电池的循环寿命已经达到了6000次，而钠离子电池的循环寿命只能达到2000-3000次，距离前者还有很大的差距。另外，按照10年以上甚至20年以上的储能要求来看，目前钠离子电池的循环寿命仍无法满足。

 

·能量密度低

 

这也是钠离子电池现阶段技术突破的难点，目前钠离子电池的表现相比常见的锂离子电池，仍处于劣势。根据已知数据，宁德时代的第一代钠离子电池的能量密度虽然已经达到了160Wh/kg，而锂离子电池阵营中的三元锂已经做到300Wh/kg了。

 

·上游原材料产业链不完善

 

目前，其相关产业链并不完善。在正负极材料方面，电池级原料（碳酸钠、氧化铁）还未达到成熟的商业化，而负极则受到了由于碳源无主流原料的产品限制。在电解液方面，钠盐同样还没有成熟的商业化产品，好在钠盐的合成相对简单，实现产业化的可能性强。

 

·专业技术人才短缺

 

钠离子电池的产业化发展正处于初级阶段，无论是研发、生产还是维修售后，其相关人才都非常稀缺。这主要是由于该技术门槛较高、维修难度大以及培养周期长等原因造成。因此，目前钠离子电池相关的人才供需矛盾比较悬殊，市场上急需更多的专业技术人才。