磷酸铁锂电池不香了?来看看钠离子电池

发布网友发布时间：2022-05-21 06:20

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热心网友时间：2023-10-17 02:24

这两年随着比亚迪刀片电池的爆火，磷酸铁锂电池再一次被拉回了公众的视野。相比于传统的三元锂电池，磷酸铁锂电池在满足一定能量密度的同时，可以拥有相对更高的安全性及更低的成本，一时间收获无数厂家的追捧。但如今，随着宁德时代钠离子电池的发布，钠离子电池几乎拥有了磷酸铁锂电池的全部优势，甚至在安全性和充电速率上还有更高的表现，如此一来，磷酸铁锂电池是不是真的不香了？

钠离子电池(Sodium-ion battery)顾名思义，就是用钠离子代替锂离子进行嵌入、脱出，实现电荷转移做出来的电池，与锂离子电池工作原理相似。钠（Natrium）是一种金属元素，和锂是同族的，所以拥有相似的化学性质，可以用来制作电池。与锂离子电池不同的是钠离子电池的正极材料使用的是普鲁士白材料，负极材料使用的是硬碳材料。

钠离子电池中的正极材料普鲁士白听起来非常的陌生，在介绍普鲁士白之前，首先要提起它的“近亲”——普鲁士蓝。普鲁士蓝本质上是一种蓝色的化学涂料，最初是在18世纪时由一位名叫狄斯*的德国工人发明。而普鲁士白则是在普鲁士蓝的基础上通过一系列化学变化生成了更高钠的化合物，呈现出白色，从而得名普鲁士白。

我们不要被名字陌生所困扰，只要明白他是一种粉末状的正极材料就好了。这种材料在微观上具有独特的三维网状结构，且结构稳定，有较高的电化学可逆性，可辅助电荷传导，适合做钠离子电池的正极材料。

至于在钠离子电池中充当负极材料所使用的硬碳材料，主要是指某些在2500℃以上的高温也难以石墨化的碳材料。我们常见的柚子皮、葡萄糖、纤维素、树脂碳(如酚醛树脂、环氧树、炭黑(乙炔黑)等都属于硬碳材料。同石墨的六边形固定结构相比，它属于无定形的结构，与石墨相比同样质量的材料可以容纳下更多离子，可以让电池拥有更高的能量密度。

实际上钠离子电池很早就有了，这并不是什么新技术，相关研究起步较早且已有实际应用。2019年，江苏常州就启用了世界第一个钠离子电池的储能电站。只是因为能量密度和锂离子电池相比没有竞争力所以一直都没大规模商用。现在，通过技术创新宁德时代研发的第一代钠离子电池达到了160Wh/kg的能量密度，这个能量密度已经可以比肩磷酸铁锂电池了。

1、安全优势

电池的安全性应该是大家最为关心的。由于化学性质上的不同，钠离子电池与锂离子电池相比安全上有绝对的优势：可在过充、过放、针刺、挤压等安全项目测试中不起火不爆炸。不止如此，钠离子电池还可以低电量运输，不需要对电池进行预充电，提高电池的运输安全。

锂离子电池使用铜箔作为负极总线，低电压时，铜箔极易氧化，导致电池性能下降失效。所以锂离子电池在运输前，一般要对电池进行预充电。与低电量电池相比，运输高电量的电池风险更高。

不同于锂离子电池，钠离子电池可以用稳定性更好的铝箔做负极总线，所以无需担心负极氧化导致电池性能衰减甚至失效的问题。

2、充电15分钟可充满80%电量

在相同浓度下，钠离子电池的电解液相比锂离子电池的电解液，流动性更好、电导率更高。所以可以拥有更好的快充性能。据宁德时代的测试，常温下对电池进行充电，15分钟可充到80%的电量。在充电速度上相比磷酸铁锂电池有明显优势。

3、更强的温度适应性

“在北方别碰新能源车”，“冬天续航减半”。我们经常抱怨新能源车的电池在冬天续航下降严重。甚至有车主不敢开暖风，裹着厚被子开车。图中为磷酸铁锂电池在不同温度下的放电容量。可以看到，在零下20摄氏度时，容量相比常温条件缩水了40%左右。磷酸铁锂电池受温度影响很大。而钠离子电池就不同了，经过测试，在零下20°C时，仍然保持了90%以上的电量。钠离子电池相比磷酸铁锂电池有着更强的温度适应性，更适合我国北部地区使用。

4.资源优势

众所周知，我国作为锂电池生产大国，三元锂电池所需要的锂、钴、镍材料需大量进口，资源安全难以保障。锂、钴、镍在地球上的储量是有限的，不足以支撑锂电行业迈向TWh时代。

我国的“锂电池之父”陈立泉院士曾经说过：“全世界的电能都用锂离子电池储存，根本不够，钠离子电池是新电池首选。”而钠离子电池所需的钠资源，在地球上储量丰富，丰度达到了2.74％，是锂元素的400多倍。而且分布广泛，毕竟我们天天吃的盐就是氯化钠（NaCl），可以说有海的地方就有钠。由于钠离子电池正极不需要用钴、镍这些稀有贵金属，我国的资源安全将得到极大保障。

5、成本优势

电池成本主要是材料成本。这些年随着新能源汽车、储能等领域的锂电需求快速增加，锂资源越来越紧俏，锂的价格也越来越贵。前几年碳酸锂最便宜时一吨不到四万元，现在一下涨了一倍达到了八、九万一吨。再就是钠离子电池正极不需要用钴、镍这些稀有贵金属，负极使用的硬碳材料也比锂电池使用的石墨便宜。综合材料成本应该会比锂离子电池低30-40%。

另外，钠离子电池与锂离子电池的工作原理和电池结构类似，生产锂电池的生产线只需要做少量修改就能将钠离子电池生产出来。对于宁德时代而言，这种改动比较容易实现，可以利用现有生产线，降低投入成本和时间成本。

我们看到钠离子电池相比磷酸铁锂电池拥有安全、充电速率、温度适应性、成本上面的优势。在电池循环寿命上与磷酸铁锂电池相当，能量密度暂时不如磷酸铁锂。那么钠离子电池会用在哪些方面呢？下面我们看一下它的应用领域。

1、储能电站

由于对能量密度的要求不高，钠离子电池拥有的优势最适合用来制造储能电站。安全、充电速率快、温度适应性好、成本低、循环寿命长，这些都是储能电站最需要的。我相信在未来钠离子电池会在储能领域得到极大的使用。

2、城市代步新能源汽车

同储能电站类似，对能量密度要求不高的各种类似五菱宏光MINI EV的小型城市代步新能源车，也是很好的应用场景。这种电动车对续航和性能要求不高，而且需要极力控制制造成本，所以目前这种类型的车使用的电池大多是低成本的磷酸铁锂电池。随着钠离子电池产业的不断铺开，原材料的成本下降，钠离子电池的成本优势会越来越强。我相信，这种