钠离子电池登上舞台, 会代替锂电池吗？

钠离子电池的的成本优势相对于锂离子电池非常明显。例如，钠离子电池前驱体材料氢氧化钠的价格低于每吨 5200元人民币，在将盐电解转化为氯的过程中很容易产生电池级氢氧化钠。

表1：钠离子电池和锂离子电池的各种性能对比

表1对钠离子电池和锂离子电池的各种性能进行了对比。世界第一家钠离子电池公司英国的法拉第公司（Faradion）执行主席克里斯·赖特（Chris Wright）表示，“钠离子电池的材料清单比同等锂离子电池便宜约三分之一，在低至 –20°C 的温度下也表现良好，并且没有热失控的风险。”

钠离子电池的结构和锂离子电池类似。在充电过程中，钠离子从正极通过液体电解质到达硬碳负极。放电时，钠离子从负极返回到正极。

宁德时代去年宣布的钠离子电池的能量密度约为 160 Wh/kg，与采用磷酸铁锂正极的锂离子电池相似。至少就目前而言，钠离子相对较差的能量密度使其无法用于快速电动汽车，并将其应用主要限制在储能市场。

国际知名能源咨询公司伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）预测，到 2030 年，钠离子电池的产量将达到 20GWh，高于目前的中试规模生产量。而2030 年的电池总产能将约为 2,800GWh。

克里斯·赖特对钠离子电池有很好的展望，他认为：钠离子较低的能量密度，以前阻碍了它在电池中的使用，但现在可能不是这样的问题。人们已经意识到，对于许多应用来说，稍低的能量密度并不像曾经想象的那样不具有商业意义。

法拉第公司通过改进电池结构，希望在未来几年内提高电池的能量密度。 法拉第公司的目标是 190 Wh/kg。 去年12月，这家全球领先的钠离子电池公司以1亿英镑的价格被印度信实新能源太阳能有限公司（Reliance New Energy Solar Ltd，RNESL）收购，RNESL还将投资 2500 万英镑作为增长资本，以加速商业推广。

法拉第公司并不是唯一一家有近期商业生产计划的钠离子公司。总部位于加利福尼亚的公司钠创能源（Natron Energy） 本月早些时候公布了计划，计划在 2023 年开设一家工厂，每年生产 0.6 吉瓦时的钠离子电池。 钠创能源没有从头开始建造工厂，而是与克拉里（Clarios）公司合作，将该公司位于密歇根州的锂离子电池工厂的一部分加以升级和改造用来制造钠离子电池。

钠创能源的正极和负极均使用基于颜料普鲁士蓝的钠材料。正极富含铁，而负极富含锰。“材料和化学是钠创能源创新的地方，其制造技术都是标准的。钠创能源电池的能量密度约为 70 Wh/kg，与铅酸电池的能量密度相似，对于大多数电动汽车来说太低了，但是功率密度很高。

随着世界能源转型，有不同的电池技术适用于某些应用。钠创能源的电池旨在在短时间内提供大量电力。据预测，这些低能量密度电池适合作为数据中心等工业应用的辅助电源。到 2027 年，这个市场每年的价值可能达到 300 亿美元。

欧洲大陆公司也不甘落后，瑞典初创公司阿特里斯（Altris），成立于2017年。在 2 月份获得了 1050 万美元，使其总资金达到约 1200 万美元。阿特里斯公司的正极材料称为 Fennac，成分为 NaxFe[Fe(CN)6]，x>1.9。这种材料很容易通过低能耗工艺大量生产。

该公司的负极由源自生物质的硬碳制成，其电解质不含氟，其隔膜由纤维素纤维制成。在所用材料的可持续性方面，与竞争对手的锂离子电池相比，电池的每个组件都得到了极大的改进。

图1：克拉里公司正在将其密歇根锂离子电池厂的一部分改造成钠离子电池。

阿特里斯公司的电池能量密度约为 150 Wh/kg。 这个能量密度确保该公司已经进入了磷酸铁锂电池的市场领域。阿特里斯公司认为，通过减少电解质体积等调整，将其能量密度提高到 200 Wh/kg并非不合理。

锂离子电池从上世纪90年代问世以来，几乎在可充电电池世界横扫一切对手。在锂离子电池之前，几乎所有的可充电电池都采用水系电解液，而锂离子电池采用有机电解液，电压比以前提高3至4倍。这使得功率密度大大增加。而锂本身是世界上最轻的金属，这又使得锂离子电池在能量密度上占有优势。