一、鈉電池循環(huán)壽命和能量密度存在劣勢(shì)，但成本優(yōu)勢(shì)使其更有經(jīng)濟(jì)性

1、鈉離子電池簡(jiǎn)介

鈉離子電池，是一種二次電池，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作，與鋰離子電池工作原理相似，兩者都被稱(chēng)為“搖椅式”電池。鈉離子電池的主要構(gòu)成為正極、負(fù)極、隔膜、電解液和集流體。正負(fù)極之間通過(guò)隔膜隔開(kāi)防止短路，電解液浸潤(rùn)正負(fù)極作為離子流通的介質(zhì)，集流體起到收集和傳輸電子的作用。充電時(shí)，Na+從正極脫出，經(jīng)電解液穿過(guò)隔膜嵌入負(fù)極，使正極處于高電勢(shì)的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢(shì)的富鈉態(tài)。放電過(guò)程則與之相反，Na+從負(fù)極脫出，經(jīng)由電解液穿過(guò)隔膜重新嵌入到正極材料中，使正極恢復(fù)到富鈉態(tài)。為保持電荷平衡，充放電過(guò)程中有相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與 Na+一起在正負(fù)極間遷移，使正負(fù)極發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。鈉離子電池工作原理與鋰離子基本類(lèi)似，這也給鈉電池的產(chǎn)業(yè)化打下良好基礎(chǔ)。

2、鈉離子電池優(yōu)勢(shì)及性能

鈉與鋰同屬于堿金屬元素，在物理及化學(xué)性能方面具有相似的部分，兩者都可以作為電池金屬離子的載體。近年來(lái)隨著鋰離子電池的大規(guī)模應(yīng)用，鋰資源進(jìn)入供不應(yīng)求的供需格局。截至 2022 年7 月 29 日，電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格 47.0 萬(wàn)元/噸，較 2021 年初提升 8.3 倍。2022 年 6 月中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)量 59 萬(wàn)輛，滲透率達(dá) 23.6%。自 2022 年 2 月起，國(guó)內(nèi)電動(dòng)車(chē)產(chǎn)量滲透率始終維持在 20%以上。根據(jù)證券商《鋰鈷稀土景氣度高位震蕩，新型電化學(xué)體系孕育生機(jī)——能源金屬 2022 年中期投資策略》的觀點(diǎn)，鋰行業(yè) 2022-2023 年仍處于供應(yīng)偏緊狀態(tài)，不排除 2022 年下半年鋰價(jià)重回 50 萬(wàn)元/噸以上的可能性。而鈉資源在地殼中元素豐度較高，成本更低，截至2022 年 7 月 29 日，碳酸鈉價(jià)格僅為 2782元/噸。

 從電池性能角度來(lái)看，鈉離子電池也同樣優(yōu)秀。2022 年 5月 10 日電池行業(yè)龍頭寧德時(shí)代在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司于 2021 年發(fā)布鈉離子電池，其電芯單體能量密度高160Wh/kg，常溫下充電 15 分鐘，電量可達(dá) 80%以上，在-20%℃低溫環(huán)境中，也擁有 90%以上的放電保持率，系統(tǒng)集成效率可達(dá) 80%以上。公司正致力于推進(jìn)鈉離子電池在 2023 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

鈉離子電池的技術(shù)可行性可以從以下幾方面考慮。

（1）鈉資源儲(chǔ)量豐富，分布均勻，成本低廉，足以支撐電化學(xué)儲(chǔ)能的持續(xù)發(fā)展。

（2）與鋰離子電池工作原理相似，生產(chǎn)設(shè)備大多兼容，短期或長(zhǎng)期設(shè)備和工藝投入少，利于成本控制。

（3）鈉離子電池正極和負(fù)極的集流體都可使用廉價(jià)的鋁箔，可進(jìn)一步降低電池體系成本。

（4）鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴(kuò)散能力；同時(shí)，鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率；更高的離子擴(kuò)散能力和更高的離子電導(dǎo)率意味著鈉離子電池的倍率性能更好，功率輸出和接受能力更強(qiáng)，已公開(kāi)的鈉離子電池具備 3 C 及以上充放電倍率，在規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)頻時(shí)應(yīng)用時(shí)，可以得到很好的應(yīng)用。

（5）根據(jù)目前初步的高低溫測(cè)試結(jié)果，鈉離子電池高低溫性能更優(yōu)異，在-40 ℃低溫下可以放出 70%以上容量，高溫 80 ℃可以循環(huán)充放使用，這將在儲(chǔ)能系統(tǒng)層面降低空調(diào)系統(tǒng)的功率配額，也可以降低溫度控制系統(tǒng)的在線時(shí)間，進(jìn)而降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的一次投入成本和運(yùn)行成本。

  根據(jù) 2020年 3 月容曉暉發(fā)布的文獻(xiàn)《從基礎(chǔ)研究到工程化探索》，鋰電池原料成本為0.43 元/Wh，鈉離子電池原料成本為 0.29 元/Wh，較鋰電池成本低32.6%。2020 年 3 月碳酸鋰市場(chǎng)均價(jià)為 5.03 萬(wàn)元/噸；碳酸鈉市場(chǎng)均價(jià)為 1481元/噸。2022 年 7 月 29 日，碳酸鋰價(jià)格為 47.0 萬(wàn)元/噸，則對(duì)應(yīng)鋰離子電池原料成本上升為 0.77元/Wh；碳酸鈉市場(chǎng)均價(jià)為 2782 元/噸，單噸僅上漲近 1301元，遠(yuǎn)小于碳酸鋰的漲價(jià)幅度。

表 1：鈉離子電池、鋰離子電池對(duì)比

  鈉離子半徑大于鋰離子同時(shí)元素周期表順序在鋰之后，這意味著鈉電池核心的能量密度及循環(huán)壽命指標(biāo)均弱于不如鋰電池，但其成本優(yōu)勢(shì)仍使其在儲(chǔ)能等下游應(yīng)用場(chǎng)景具有較高經(jīng)濟(jì)性。根據(jù) 《鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析》文中的結(jié)論，以鉛蓄電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和鈉離子電池儲(chǔ)能為例，采用模型計(jì)算各類(lèi)電池在調(diào)峰應(yīng)用場(chǎng)景下的全生命周期度電成本，在計(jì)及電力損耗的情況下，鈉電池的度電成本上限分別較鉛蓄電池、磷酸鐵鋰電池以及三元鋰電池低 52.2%，32.4%，54.3%。