北極星儲能網訊:寧德時代推出第一代鈉離子電池。鈉離子電池能否在三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的競爭中脫穎而出？動力電池市場將上演“三國殺”？
“15分鐘充電80%，零下20度電池不衰減”。不久前，動力電池“一哥”寧德時代召開了發布會，推出自己的第一代鈉離子電池。很多人直呼：寧德時代這是要重塑電動車！
鈉離子電池能否在三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池等一眾對手中脫穎而出，引領潮流，成為下一代的電池技術？
科幻小說為何難成現實？
令人稍感意外的是，鈉電池的概念，是法國科幻作家凡爾納于1870年，在著名科幻小說《海底兩萬里》當中最先提出。
小說里，鸚鵡螺號通過取得海水當中的電解質鈉，制成鈉電池作為能源來驅動前進，因為鈉元素來自于海水，屬于就地取材。
書中預言的電擊槍、潛水服、海底隧道一一實現，但鈉電池潛水艇始終進展不大，一直到了上世紀70年代，隨著第三次工業革命的到來，鈉離子電池才被真正地研發出來，而與鈉電池同時代誕生的，還有如今人們非常熟悉的鋰電池。
如今四十多年過去了，鋰電池早已廣泛應用到生產生活當中，尤其成為新能源汽車的核心產品；但鈉電池的發展卻不怎么順利，長期以來只小范圍應用在儲能電站、低速車領域，甚至到2011年，才有公司嘗試將產品商業化。
鈉電池，顧名思義就是用鈉離子作為驅動的電池。通過鈉離子在電池的正負極之間“跑來跑去”實現電荷移動的一種動力電池。因為自身“素質”不過關，被人遺忘在角落里。
鈉離子電池為何一直被冷落？這其實與它的化學屬性有非常直接的關系。實際上，無論是鈉電池還是鋰電池，它們的工作原理都是相似的：在電池陰極，元素失去電子，轉變成為更高價的離子，隨后進入電解質，穿過隔膜，向陽極轉移：雖然離子能夠穿過電解質和隔膜，但電子卻不行，只能從外部的電路跑到陽極，并在外部做功。這就是電池的放電過程。
鋰元素的原子量是6.94，在金屬中最輕；鋰元素的標準電極電位是-3.045V，在金屬中最低；此外，鋰元素的比容量也是金屬中最高，同時其電化學當量最小。
這意味著，鋰電池理論上能夠獲得最大的能量密度。在電池領域，如果暫不考慮安全和成本因素的話，能量密度擁有絕對的話語權—鋰電池就是研發者眼中的首選。
然而打開化學課本的元素周期表，與鋰離得最近的金屬元素就是鈉，它們都位于周期表的第一列，最外層電子數相同，化學性質相似，所以都能作為電荷搬運工，驅動電池充放電。
不過鈉離子電池硬傷也比較明顯，首當其沖的就是能量密度不足，鋰的原子量是7，鈉的原子量為23，原子量越小就意味著能量密度越大。
這就導致三元鋰電池能量密度已經在200Wh/kg（瓦時每千克，比能量單位）以上時，鈉離子電池僅100-150Wh/kg，即使寧德時代當前發布的鈉離子電池能量密度可以達到160Wh/kg，與鋰離子電池的差距也很明顯，導致電池使用效率明顯偏低。
其次鈉離子半徑比鋰離子大70%，導致自身移動速度極其緩慢，沒辦法穿過負極石墨材料，也成為鈉離子電池遲遲難以商用的瓶頸。
這樣一來，在科學技術尚不發達的上世紀80年代，鋰離子電池和鈉離子電池走上了截然不同的道路：前者迅速商業化，成為消費市場必不可少的用品，后者則完全進入了停滯狀態。
如今，寧德時代發布的鈉離子電池，讓更多人看到了這項“命途多舛”的技術，也讓動力電池未來的發展之路，多了一個強有力的“潛在競爭者”。
鋰與鈉的愛恨情仇
但實事求是地來講，鈉電池也并非一無是處，它有兩個優勢是鋰電池無法比擬的。
首先在儲備量方面，鋰資源的儲量有限。數據顯示，目前70%的鋰資源分布在南美洲，而現階段我國80%鋰資源依賴進口，隨著需求量的增加，鋰元素的價格也一路飆升，從最初的3.8萬元一噸漲到16萬元一噸。
此前，中國工程院院士陳立泉就曾明確表示，如果全世界的車都使用鋰離子電池，全世界的電能都用鋰離子電池儲存，鋰根本不夠，一定要考慮新的電池。
鈉資源儲量就很高，僅僅中國一個察爾汗鹽湖中，氯化鈉儲量就高達426.2億噸，大約是全球鋰資源儲量的一百多倍，可以說鈉資源是非�！皟炐恪钡摹胺窃偕茉础�。
其次在使用屬性上，盡管鈉離子能量密度不佳，但它的化學性能相對穩定，所以它對溫度并不敏感，不容易形成鋰枝晶那樣堅硬的枝晶，在抗低溫和安全性上較同類別的鋰離子電池也有明顯的優勢。
所以從理論上，只要能讓鈉離子在電池當中自由游走，就有希望解決鈉電池能量密度偏低的問題，鈉電池也就有了“逆襲”鋰電池的希望。在國際競爭加劇，全球能源轉型、碳減排碳中和的大背景下，開發鈉電池這樣一條全新的產品路線，有非常豐富的政治和經濟利益。
這或許正是寧德時代讓鈉電池“復活”的初衷。
記者了解到，現有的鈉離子電池正極一般是用普魯士白和層狀氧化物兩類材料，鈉離子雖然能夠穿行，但在循環過程中電池容量會快速衰減，導致電池能量密度明顯衰減，非常不耐用。
于是寧德時代用全新思路開發的鈉電池誕生了—對材料體相結構進行電荷重排，解決了普魯士白在循環過程中容量快速衰減難題。在負極材料方面，開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料，其具有克容量高、易脫嵌、優循環的特性，并給正負極材料優化了相適配的電解液。
這樣一來，讓鈉離子既可以在正負極之間自由穿行，又不至于過度地衰減能量。并且鋰離子電池的生產線也可以用來生產鈉電池，很好地控制了成本。
按照寧德時代對外發布的數據，技術優化以后“新生”的鈉離子電池，單體能量密度已經達到了160Wh/kg，幾乎達到磷酸鐵鋰電池（150-210Wh/kg）的標準。在常溫下充電15分鐘，電量可達80%；而在零下20°C低溫的環境下，仍然有90%以上的放電保持率。同時在系統集成效率方面，也可以達到80%以上。
“充電快”“耐低溫”“高集成效率”幾個關鍵詞直擊當下鋰電池痛點，也讓人們看到了新能源車續航問題的解決希望，以及動力電池未來的全新發展思路。 | 
