趙廣立　田瑞穎

“許多人對鈉離子電池寄予厚望，您怎么看待它的前景？”在2021年騰訊WE大會期間，媒體記者將這一問題拋給了動力電池與儲能及燃料電池技術(shù)科學家王朝陽。

“鈉離子電池是磷酸鐵鋰電池的‘備胎’?！彼唵巍⒅苯拥幕卮鹱層浾哳H感意外。畢竟，鈉離子電池已經(jīng)在國內(nèi)引發(fā)極大關(guān)注。

“說它是‘備胎’，是因為其各方面性能與磷酸鐵鋰非常接近，除非后者的供應鏈遇到困難，從經(jīng)濟或性能上有必要啟用鈉離子電池?！蓖醭栒f。

中國科學院院士歐陽明高也曾明確表示“鋰電池還會用很久”。目前鈉離子電池各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求，預計到2035年鈉、鉀離子電池性能大幅提升、比能量達到300瓦時/千克左右時，才會大規(guī)模進入市場。

面對被稱為“備胎”的鈉離子電池，中國還能抓住哪些機會？

與前述科學家的分析對比鮮明的另一番光景是，市場上對鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化準備似乎都在“趕早不趕晚”，且布局者中不乏鋰電池上下游企業(yè)。

2021年底，國內(nèi)鋰電龍頭寧德時代在投資者互動平臺上表示，公司的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局已經(jīng)啟動，并將在2023年左右形成基礎產(chǎn)業(yè)鏈。

早在2021年7月，寧德時代就發(fā)布了其第一代鈉離子電池，并透露該鈉離子電池的電芯單體能量密度已經(jīng)達到160瓦時/千克，在常溫下充電15分鐘電量可達80%，在零下20°C低溫的環(huán)境下，可實現(xiàn)90%以上的放電保持率。寧德時代還表示，其下一代鈉離子電池能量密度將突破200瓦時/千克。

有業(yè)內(nèi)人士認為，寧德時代發(fā)布的鈉離子電池能量密度直追磷酸鐵鋰電池，用此電池可造出續(xù)航600公里、冬天“只打9折”的電動車，輔以更好的快充技術(shù)，“這樣的車型還成不了主流嗎？”

在鈉離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化賽道上，還有科技“國家隊”的身影。

中國科學院物理研究所（以下簡稱中科院物理所）自2011年以來致力于安全環(huán)保、低成本、高性能鈉離子電池技術(shù)開發(fā)，已在核心材料方面獲得專利授權(quán)30項（多項專利獲得美國、日本和歐盟授權(quán)）。相關(guān)研發(fā)團隊開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Cu基層狀氧化物正極材料和低成本無煙煤基負極材料，均為國際首創(chuàng)。

技術(shù)上的突破讓中科院物理所邁出產(chǎn)業(yè)化的腳步。2017年，國內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)——中科海鈉科技有限責任公司（以下簡稱中科海鈉）依托中科院物理所成立。次年，中科海鈉研制的鈉離子電池組首次實現(xiàn)了在低速電動車上的示范應用;翌年，研制出的鈉離子電池儲能電站首次實現(xiàn)了在規(guī)模儲能上的示范應用。

更具里程碑意義的是，2021年12月中旬，中科海鈉與三峽集團及阜陽市人民政府達成合作，共同建設全球首條鈉離子電池規(guī)?；慨a(chǎn)線。該產(chǎn)線規(guī)劃產(chǎn)能5吉瓦時（GWh），分兩期建設，一期1GWh計劃于2022年正式投產(chǎn)。

在二級資本市場，已有多家上市企業(yè)在2021年加入鈉離子電池賽道。據(jù)天眼查信息，山西華陽集團新能股份有限公司（簡稱華陽股份）聯(lián)手中科海鈉，專門成立生產(chǎn)鈉離子電池正負極材料的子公司，并展開一系列布局。鋰電池模組行業(yè)龍頭企業(yè)“欣旺達”，在投資者互動平臺披露其很早以前就開始了鈉離子電池研究，并擁有鈉離子電池補鈉方法及制備方法等多項專利。以啟動電池出口為主業(yè)的猛獅新能源科技（河南）股份有限公司，近期通過對外合作，完成了18650圓柱鈉離子電芯的小批量交付。不過，該公司表示，“受制于國內(nèi)鈉離子電池關(guān)鍵材料供應，目前還不具備量產(chǎn)條件”。

在鈉離子電池上游產(chǎn)業(yè)鏈，山東章鼓、鵬輝能源等企業(yè)也已謀劃布局。山東章鼓近期表示，公司投資的新疆喀什安德新材料擁有PPS體系的鋰離子、鈉離子固態(tài)功能膜片的材料合成技術(shù)，可生產(chǎn)半固態(tài)的鋰、鈉電池。鵬輝能源則表示，公司已經(jīng)做出鈉離子電池樣品（采用磷酸鹽類鈉整機與硬碳體系負極），并“有望批量生產(chǎn)”。

鈉離子電池熱潮背后，有政策助力的功勞。

2021年8月，工業(yè)和信息化部答復政協(xié)第十三屆全國委員會第四次會議第4815號（工交郵電類523號）提案稱，將組織有關(guān)標準研究機構(gòu)適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環(huán)節(jié)予以支持。同時，根據(jù)國家政策和產(chǎn)業(yè)動態(tài)，結(jié)合相關(guān)標準研究有關(guān)鈉離子電池行業(yè)規(guī)范政策，引導產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

在這份答復全國政協(xié)委員高亞光的函件中，工信部稱鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池是“推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石”，是“實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的關(guān)鍵支撐之一”，并表示將在“十四五”相關(guān)規(guī)劃等政策文件中加強布局，從促進前沿技術(shù)攻關(guān)、完善配套政策、開拓市場應用等多方面著手，做好頂層設計，健全產(chǎn)業(yè)政策，統(tǒng)籌引導鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

與此同時，科技部在“十四五”期間實施的“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項，也將鈉離子電池技術(shù)列為子任務，目標是“進一步推動鈉離子電池的規(guī)?；⒌统杀净?，提升綜合性能”。

市場給力、政策助力的背后，藏著鈉離子電池“天使與魔鬼”的雙重身份。

市場對鈉電池寄予厚望，更多看到的是其“天使”的一面。王朝陽提及“鋰資源儲量足夠”的話雖不假，但其分布不均，70%分布在南美洲，尤其中國鋰礦資源與新能源發(fā)展所需并不相稱。據(jù)國際能源署最新數(shù)據(jù)顯示，到2030年，僅靠現(xiàn)有和在建的鋰礦生產(chǎn)項目，全球?qū)⒊霈F(xiàn)約50%的鋰需求缺口。

鈉電池“天使”的一面也正在于此：鈉元素是地殼中儲量第六豐富的元素，是地殼中鋰資源的上千倍，且地理分布均勻，成本低廉;同時，鈉離子化合物容易獲取、價格穩(wěn)定且低廉;再者，在低電壓下鈉、鋁不會合金化，因此鈉電池負極可使用更便宜的鋁集流體，從而可進一步降低電池的成本和重量。此外，鈉、鋰屬同族元素，二者物理化學特性及儲存機制相似，前者不僅可兼容鋰電現(xiàn)有生產(chǎn)設備，還具有相對穩(wěn)定的電化學特性和安全性，這也讓鈉電池擁有比鋰電池更多的想象空間。

政策希望推動鈉電池產(chǎn)業(yè)，是因為其目前仍處于研發(fā)之中，尚未形成生產(chǎn)規(guī)模、缺乏供應鏈。

鈉離子電池坐擁許多優(yōu)點，為何多年枯坐冷板凳？這就是其“魔鬼”的一面：相比鋰離子，鈉離子半徑更大，在充放電過程中正極材料更易崩塌。這要求正極材料必須有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、有較高的氧化還原電位，才不至于在鈉離子脫嵌過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌。目前，已發(fā)現(xiàn)普魯士白和層狀氧化物兩類物質(zhì)能滿足其要求且相對有商業(yè)價值。

負極材料同樣棘手。常用的石墨雖然便宜好用，但其與鈉離子性相不合，鈉離子嵌入后易失去電化學活性。此外，在進一步規(guī)?；矫妫c電池也對制備工藝和環(huán)境友好有著更高要求。

寧德時代的鈉離子電池方案中，采用了與石墨同屬碳基材料的硬碳作為負極，將正極材料換成鈉化合物，并使用特定技術(shù)手段處理電解液，初步實現(xiàn)了目標。只是這些技術(shù)與材料的成本，尚須在規(guī)?；筮M一步觀察。

中科院物理所研究員、中科海鈉創(chuàng)始人胡勇勝說，鈉離子電池幾乎與鋰離子電池同時（20世紀70年代末）開展研究，但在多種原因之下鈉離子電池研究一度停滯，直至2010年后才迎來轉(zhuǎn)折與復興。而隨著研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)鈉電池不僅具有上述多種優(yōu)勢，還具有較好的功率特性、寬溫度范圍適應性、安全性能和無過放電問題等優(yōu)點。

基于當前技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化水平，鈉離子電池正對污染嚴重的鉛酸電池形成替代之勢。

胡勇勝還介紹說，借助于正負極均可采用鋁箔集流體構(gòu)造雙極性電池這一特點，可進一步提升鈉離子電池的能量密度，可使鈉離子電池向著低成本、長壽命、高比能和高安全的方向邁進。

在新能源潮流之下，世界各國都在大力發(fā)展或儲備鈉離子電池技術(shù)。

2020年，美國能源部公布了對電池研究計劃的布局，明確將鈉離子電池納入儲能電池的發(fā)展體系。

歐盟儲能計劃“電池2030”項目公布了未來重點發(fā)展的電池體系，將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系首位。歐盟“地平線2020研究和創(chuàng)新計劃”也將鈉離子材料作為制造非汽車應用耐久電池的核心組件。

截至2020年，全球已有20多家企業(yè)致力于鈉離子電池的研發(fā)。胡勇勝告訴記者，在世界各地研究組努力下，目前鈉離子電池在電極材料、電解質(zhì)材料、表征分析、儲鈉機制探索和電芯技術(shù)等方面不斷取得突破，鈉離子電池相關(guān)文章的發(fā)表數(shù)量迅速增加，專利的申請數(shù)目亦逐年遞增。

2021年6月，中科海鈉發(fā)布全球首個1兆瓦時（MWh）鈉離子電池儲能系統(tǒng)。這意味著，繼鉛蓄電池、鋰離子電池等電化學儲能體系后，鈉離子電池開始在儲能領(lǐng)域嶄露頭角，有望推動新能源產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展和變革。

這還不是全部。在胡勇勝看來，中國儲能市場需求巨大、政府對相應技術(shù)研發(fā)及應用推廣高度重視，鈉離子電池作為抓手，未來機遇重大。

“面對巨大的儲能市場，鈉離子電池以其低成本、長壽命和高安全的諸多優(yōu)勢有望在各類低速電動車、電動船、數(shù)據(jù)中心、通信基站、家庭/工業(yè)儲能、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域快速發(fā)展，提升我國在儲能技術(shù)領(lǐng)域的競爭力與影響力?！焙聞僬f。

胡勇勝認為，我國在鈉離子電池領(lǐng)域的技術(shù)儲備——如電池研發(fā)、核心材料體系、關(guān)鍵材料放大制備和生產(chǎn)、電芯設計和研制、模塊化集成與管理等方面，已經(jīng)做好了充分的產(chǎn)業(yè)化準備，未來我國“有機會獲得鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導權(quán)”。

盡管對鈉離子電池持“備胎論”觀點，王朝陽也覺得鈉離子電池仍將是動力電池多元化“比較重要的元素”。

“為了保證供應鏈的安全，我們必須堅持對鈉離子電池的研發(fā)，特別是科研院所、國企、大學等要持續(xù)研發(fā)，因為即便是‘備胎’，有一天也許就會用上。”王朝陽說。