关于钠电，这33个问题，你有答案吗？
曾经，电池级碳酸锂的价格高企及产业事件落地的直接刺 激，让钠电乘势而起，市场发展如火如荼。如今，碳酸锂均价价格下行回归于理性趋势，钠电成本优势有待市场的检验，未来到底会是什么样？宁德时代钠离子电池产品落地奇瑞车型，钠电的研究和产业化推进是否会再次风起云涌？身处行业领域的当局者会否沉下心来冷静思考未来布局？拥有了锂电发展的二三十年经验，钠电能够复刻锂电的「辉煌盛世」吗？摒弃价格、地缘和能源安全等问题角度考虑，回归技术和产品本身，钠电一定会崛起吗？对于钠电，也许我们有诸多疑问，让我们先了解一下钠电池，“知己知彼，百战不殆”。同时，也呈现一些亟待回答的问题——钠电：我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？
1979年，Armand提出了“摇椅式电池”的概念，钠电和锂电的研究处于同一起跑线。之后，因为能量密度上的差距，锂电发展一骑绝尘，成为新能源发展浪潮的弄潮儿，广泛应用于消费、动力、储能等领域。但钠电的研究基本停滞或被搁置，产业化进程更是鲜有重要成果爆出。在2011年，全球首家钠离子电池公司Faradion在英国成立；2017年，国内首家钠离子电池公司中科海纳成立，随后钠电产品在自行车和汽车领域应用示范成功。直到2021年，宁德时代发布了第一代钠离子电池，轰轰烈烈的钠电产业大幕才正式开启。而钠电现阶段的商业化发展，恰如1991年锂电的起步，还处于技术路线探索阶段，还有很多问题需要攻克。不可否认，锂电比钠电的效率优势明显，具有能量密度高循环次数多的优点。钠电也有其自身理论优势。温度适用性强：在-80℃到+100℃之间没有活性影响，尤其适宜北方冬天寒冷地区使用，锂电在低温直接衰减30-40%；充电快：试验条件下，一般15-20分钟能直接充满；储量多：在全球地壳元素分布中，锂是17pp，而钠是 23000ppm*（*注，浓度单位，Parts per million/百万分率）。但钠电自身的这些理论优势，也是牺牲了能量密度所换来，电池负极较高的压实孔隙率，会产生更好的低温和倍率性能。而安全性是另外一个维度，对于任一应用场景安全都是排在第一位的，钠电相对锂电没有那么容易爆炸，这对电动车和储能极其重要。能量密度和循环寿命可谓是钠电的“阿喀琉斯之踵”。按常用的能量密度单位Wh/kg推算（1度电=1000瓦时），提供1度电，锂电池要3.3kg~6.3kg，一块钠电池要6.3kg~10kg，这在汽车轻量化和里程焦虑下显得不合时宜，让钠电在动力电池上的应用受阻较大。我国对动力电池的最低标准是电池在完整充满1000次100%电量之后，电池容量最多衰减到80%，这时候电池虽然没有完全报废，但也到了使用更换阶段。虽然钠的循环寿命不如锂，不过2000+次作为锂电的平替也是足够。基于两者的基本特性，未来钠电和锂电将极有可能是一种互补关系。钠离子电池的工作原理和锂离子电池的“摇椅式”原理相似。而钠电池也是由正极材料、负极材料、电解质和隔膜等关键部件构成，但电池材料方面与锂电会存在一些差异。综合比较和估算，据中科海纳的测算，钠电比锂电的材料成本大约会降低30%左右。钠电正极使用的材料主要是铜、铁、锰，比锂电正极用的镍、钴等有价格优势；负极材料软碳比石墨便宜，硬碳比软碳性能更好但无成本优势，是关注度更高的负极材料；集流体上，铝箔比铜箔便宜。国内主流电池企业在布局钠离子电池负极材料的时候，大部分选择了硬碳材料。由于硬碳电极表面的钝化不够充分，会使得硬碳表面形成的SEI膜发生溶解，进而造成活性钠离子的严重衰减，导致电池的容量与循环数量发生锐减。如何平衡材料成本和结构一致性的问题，是硬碳材料企业发展必须攻克的难题。由于硬碳材料工艺复杂程度较高，将极大增加制造成本，推广难度较大，是横亘在钠离子电池渗透率快速增加路上的阻碍之一。鉴于钠电产业链还未成熟，考虑电池的总成本=材料成本+制造成本（加工、折旧等），在制造成本上还不具备优势。目前，钠离子储能电池的总成本高于1元/Wh，高于磷酸铁锂电池，所以钠电的当务之急也许还是要依托和不断提高材料的稳定性，实现规模化量产后再摊薄制造成本。而厘清材料体系中的基础问题，可助力提升产业链的协同发展。
Q1：有研究人员提出电极材料在半电池中的性能不是太好，然而组装到全电池性能较好，这种情况存在的可能性大不大，是什么原因导致这种现象的发生?Q2：层状氧化物材料对空气中的水分敏感，导致它的存储和运输要求条件较高，是否有较好的改良方法提高材料的空气稳定性?Q3：市售层状氧化物钠电竞品材料，在进行半电池循环性能测试时和宣传中的循环性能有较大差别，可能是哪些原因导致的？Q4：普鲁士蓝材料的热稳定性较差，且受热会分解出有毒气体，有哪些技术、工艺可以解决？类似碳包覆工艺处理工业化前景如何?Q5：面向商业化应用，层状氧化物、普鲁士蓝、聚阴离子等正极材料的主要挑战是什么？各自在储能、动力电池等领域的优劣势是哪些？Q6：层状氧化物材料和哪种电解液适配性更好（NaPF6或者是NaCIO4）？半电池用电解液是否可以直接在全电池中使用？Q7：钠离子电池的正、负电极均具有较低的压实密度，这带来了较大的电极孔隙率，需要更多的电解液（约为锂电的3倍），未来如何平衡成本和性能的关系？为了提高首效，硬碳负极降低了比表面积，同时又导致了倍率性能下降，如何平衡这两个性能使硬碳达到使用要求？Q8：钠电枝晶比锂电要严重，电解液对pp隔膜的浸润性也不佳，如何改进隔膜，使得钠电更安全？传统锂电池电解液厂家能够突破技术壁垒无缝链接进入钠电市场吗？Q9：如何理解硬碳对全电池循环性能的影响？与正极材料相比，谁的影响更大？硬碳合理的价格区间是多少？Q10：钠电池负极一般采用铝箔，相较锂电的铜箔成本虽然降低，是否会带来了一些工艺上的问题？什么原因导致的？如何简单高效地避免？Q11：钠电除水是一大难点，在不增加成本的条件下，工艺路线和干燥设备方面是否有一些新的解决思路？钠电池的发展会带来哪些设备上的革新或创新？Q12：钠电的制备工艺难点如果回归到科学问题或者技术问题，会是哪些问题？Q13：钠电的优势是客观、准确的还是需要一次全面的重新审视？钠电真的有那么好吗？Q14：不考虑成本的前提下，钠电池的量产有哪些工艺难点？纤维结构的隔膜能否成为主流技术或细分的技术？Q15：钠电的设计、工艺、设备等制造过程中有哪些可以与锂电通用？有哪些特殊的地方？Q16：结合原材料在全电池中的表现，哪一种电池制造工艺是未来的方向？叠片or卷绕？圆柱、软包or铝壳？Q17：随着各种应用场景的开发，钠电能量密度这个短板会不会被放大，有哪些弥补措施？Q18：钠电全电池的开发过程中循环性能普遍较差，主要原因是什么？未来如何提升循环寿命以降低全生命周期成本？锂电产业链下游的电动汽车和储能需求旺盛并持续增长，市场前景广阔，甚至车企都开始下场造电池，直接带动了锂电产业链上下游材料价格的升高。南美“锂三角”阿根廷、玻利维亚和智利三家，锂资源储量比例就占到了全球总量的六成左右（约4980万吨），锂矿产量总和占到全球总产量的三成左右，并赚走了锂电产业链中最大的利润。中国的锂资源只约有510万吨，碳酸锂进口需求量大。锂电回收虽然是一条缓解锂资源短缺的可行路线，但目前面临回收率低、回收成本高、回收窗口期厂等问题。远水解不了近渴，现状不容乐观。目前，钠电主要是中国在重推，国外少有动态。现在全球的锂电汽车最大生产国和消费国就在中国，最强效率的电芯技术也在中国企业这里，这些企业理论上本应该享有技术壁垒的最高附加值。锂电的供给短缺和需求旺盛，直接给予了钠电产业化进程的加速度。不管是基于产业需求还是战略布局，钠电都自有其发展空间。Q19：现有钠电池产品的落地会为钠电池的推广应用带来哪些实质性的影响？Q20：若碳酸锂长期保持在15甚至10万/吨以下，钠电如何应对？产业化的合理售价约是多少？Q21：价格、地缘、能源安全等外部因素对钠电的真实技术发展影响如何？Q22：钠电的成本结构与锂电的竞争平衡点在多少？电芯层面能够实现锂、钠混合体系吗？Q23：现阶段国内储能发展所面临的挑战？有哪些应对的措施？2023年2月，国家工信部电子信息司发布《2022年全国锂离子电池行业运行情况》，公布的数据显示，2022年全国锂离子电池产量达750GWh，同比增长超过130%，行业总产值突破1.2万亿元，约为上一年行业总产值的两倍。足以可见，动力电池、储能等领域的广阔市场。2023年4月16日晚间，宁德时代钠离子电池产品迎来产品化，落地奇瑞车型。至今，国内多家企业已规划钠电产能，鑫椤资讯预计至2023年底将增加至21 GWh。Q24：钠电的发展是以往鉴来，复刻锂电成功之路？还是会另辟蹊径？Q26：废弃钠电池对环境影响如何？相对于锂电和铅酸电池其是否有回收价值？Q27：钠电正极材料谁会率先商业化应用，谁最有可能主导钠电正极的未来应用？Q28：钠电池的近期和中期的应用场景有哪些？如何尽快推进钠电的商业化应用？Q29：有研究称聚阴离子是最适合大规模储能的体系，具有低成本、长寿命、高安全的特点，那么层状氧化物体系的出路在哪里？Q30：储能、二轮车和动力电池，钠电如何扬长避短，合适的长期应用发力点到底在哪里？Q31：钠电的产业化落地应用有哪些正在实行或可行的技术路线？非头部钠电储能公司还有发展前景吗？Q32：科研团队和企业如何定位各自角色和职责，能够合作共赢吗？Q33：投融资风起云涌，众多的入局企业和创业团队，钠电哪个环节最有投资价值？根深之树枝叶繁茂，不人风折。钠电的点滴进步，需要更多有识之士于平心静气中潜心发力，深入探究机理和材料技术，特别是现阶段钠离子电池组成材料的探索研发，可为钠电池未来的发展夯实牢固基础。©文章来源于钠电派
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首次发布时间：2023-07-07
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