行业洞察 | 为什么钠离子是电池的未来

钠在世界向电动汽车过渡的过程中会扮演什么角色？随着对电动汽车的需求不断上升到新的高度，对价格合理、高效电池的需求也在增长。然而，由于电池供应短缺，而且锂已经是一种有限的资源，锂离子电池的可持续使用实际上是值得怀疑的。

尽管锂离子电池技术在过去十年中取得了重大进展，但人们越来越担心围绕这些电池的创新开始放缓。例如，尽管锂离子电池的价格在过去十年中下降了约73%，但从2017年到2021，仅下降了约28%。然而，也许更令人担忧的是，自2021以来，锂的价格几乎翻了三倍！

不用说，如果锂离子技术没有重大突破，我们将不可避免地需要一种替代材料来推动世界向电动汽车的过渡。幸运的是，钠似乎是一个可行的候选者。它含量丰富，价格低廉，更环保，同时还具有类似于锂的化学财产。

尽管这听起来不错，但钠真的适合用作电池吗？如果是这样的话，为什么还没有人开始大规模生产呢？

作者：技术|

编译：刘堂石|

钠电池令人信服的前景

简而言之，一些研究人员认为钠最终会取代电池中的锂。这是因为，如前所述，钠的化学成分通常与锂的化学成分相似。因此，这两种类型的电池所使用的技术实际上是相同的。

在锂离子电池中，锂位于电池的阴极和电解质中，而阳极由石墨组成。同样，钠离子电池在阴极和电解质中都使用钠，并用某种形式的“硬碳”取代阳极中的石墨。

硬碳，本质上是木炭，由于其轻质和坚硬的财产，也比石墨更有益。硬碳还可以与更广泛的电解质兼容，使钠离子电池有可能具有更广泛的安全工作温度范围。

由于两者之间的差异很小，已经有了一个功能性的钠离子原型。例如，世界上最大的电池制造商之一CATL去年推出了一个概念，其能量密度为每公斤160瓦时，可以在15分钟内从0充电到80%。

尽管充电速度令人印象深刻，但能量密度揭示了钠的弱点之一。钠作为锂的替代品在很大程度上被忽视的原因之一是它稍微重一点。由于钠的重量增加，钠离子电池的能量密度通常低于锂离子电池。在这种情况下，CATL的钠离子原型的密度为160瓦时/千克，而特斯拉即将推出的4680锂电池的密度估计为272-296瓦时/公斤。

但在感到气馁之前，值得一提的是总部位于英国的电池公司Faradion，该公司估计将能够获得第一个超过200瓦时/公斤的全尺寸钠离子电池。当然，它的电池水平与特斯拉不太一样，但这将使它与其他电动汽车生产的大多数电池相当，这些电池通常徘徊在每公斤185瓦时左右。

因此，这些电池除了更便宜、更容易生产、更环保、在极端温度下更稳定外，尽管钠的重量不利，但其能量密度也可能与锂离子电池相当。

钠离子技术如何改变电动汽车的外观

至于钠是如何真正影响电动汽车市场的，最具革命性的方面是它的可持续性。从成本角度来看，法拉第估计钠离子电池可能比锂离子电池便宜24-32%。考虑到锂本身通常占电池总成本的30-40%，这并不难相信。

考虑到电池组可以处理超过30%的电动汽车价格，这种成本降低对于平价电动汽车的出现至关重要。如果一辆典型的5万美元的电动汽车换成钠离子电池，价格至少会下降4800美元，降幅为9.6%。虽然降价10%不会让电动汽车一夜之间低于2.5万美元，但这绝对是朝着正确方向迈出的一步。

可持续发展的另一个标准是这些电池的最终耐用性。纵观历史，钠离子电池一直被批评耐用性差，通常是因为它们的离子容易破坏其内部晶体结构。然而，由于美国能源部太平洋西北国家实验室（PNNL）（601099）的突破，现在可以避免这种破坏。

PNNL的概念通过调整形成电池电解质的化学反应来解决钠离子的耐久性问题。由于这一变化，PNNL的电池在300多次充电循环中保持了90%以上的容量。是的，这是一个模糊的数值范围，但根据电池提供的续航里程，在75000至90000英里的过程中，你可以预期10%的退化。尽管这明显不如目前的锂离子电池技术……

gy，应该记住，更换钠离子电池的经济负担比更换锂离子电池要小得多。

在可回收性方面，钠离子电池可以完全放电到0伏，这一点优于锂电池。相比之下，锂离子电池通常保留30%的电池容量，这对回收利用构成了潜在风险。因此，钠离子电池不仅回收更安全，而且缺乏钴或石墨等原材料，对环境的危害更小。

总的来说，钠离子电池比锂电池有很多优势，包括成本、环境影响、可用性和安全性，但它们仍然面临耐用性和能量密度的问题。也就是说，这项技术还需要几年的发展才能在乘用电动汽车中使用。

换句话说，其中一些缺点在上市时可能不会那么突出。然而，在那之前，看看这项有前途的技术是如何发展的，以及它在世界向电动汽车的过渡中发挥了什么作用，将是一件有趣的事情。

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