宁德时代率先推出的钠离子电池，何以成为行业“新风口”？

2021年7月29日，宁德时代发布了旗下第一代钠离子电池，在所有能与其沾边的行业中都引起了轰动。有人说，用“巩固霸主地位”、“颠覆电池行业”，等词语来形容宁德时代此举都不为过。

而据我们所知，目前新能源汽车用的动力电池并不少，包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池和铅酸电池。其中，锂离子电池的生产制造达到了空前规模。在竞争“对手”如此多的情况下，钠离子电池为何还能引起行业轰动？

首先让我们看一下它的工作原理。钠离子电池（Sodium-ion battery），是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。钠离子电池在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。

虽然和锂离子电池相似，但钠离子电池却具有两个天然优势。

一是钠元素分布广泛，具有资源和潜在价格优势。锂元素地壳中的含量只有0.0065%，且资源分布不均匀，70%的锂分布在南美洲地区。如果按照锂电池现在的发展速度，暂不考虑回收，锂电池的应用将很快受到锂资源的严重限制。

而钠资源非常丰富，其在地壳中的丰度位于第6位，且是钠分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，所以钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势。此外，由于钠易获取且价格低廉，所以钠离子电池也具有很大的潜在价格优势。

二是钠离子电池具有成本优势，较锂电池成本下降30%-40%。从原材料来看，对比锂离子电池，钠离子电池的地壳丰度更高，因此钠的价格更加低廉，钠的价格仅为锂的1.33%。而且，钠离子电池流体使用的是铝箔，相较于锂离子电池的铜箔价格也更低。从电池材料成本来看，钠离子电池较锂离子电池在材料成本上可降低30-40%。

此外，钠离子电池还可以作为锂离子电池的有效补充。由于与锂离子电池的生产类似，钠离子电池可以直接使用现有的锂离子电池生产线进行生产，也就是说电池厂在更换生产时无需重新设计和制造生产线，只需对产线进行略微改造即可实现快速生产。

工作原理高度相似，还坐拥两个核心优势，为何钠离子电池多年枯坐“冷板凳”？事实上，钠离子电池和锂离子电池均起源于上世纪70年代，但是正极材料被研发出以后却迟迟没有发现合适的负极材料。

20世纪80年代，石墨镶嵌锂离子的原理被发现。随即以石墨作为负极的锂离子电池原型被开发了出来。虽然常用的石墨便宜好用，但其与钠离子性相不合，钠离子嵌入后易失去电化学活性。此外，在进一步规模化方面，钠电池也对制备工艺和环境友好有着更高要求。

那么宁德时代推出的钠离子电池，做了哪些突破呢？首先，最突出的是在负极材料方面。他们开发了能够让大量的钠离子存储和快速通行、具有独特孔隙结构的硬碳材料(克容量可超350mAh/g)，并具备优异的循环性能，整体性能指标与现有的石墨相当。

从正极材料来看，宁德时代构建了高通量材料集成计算平台，能够在原子级别上对材料进行了模拟计算和设计仿真，对材料的体相结构进行电荷重排，对材料表面进行重新的设计，解决了材料在循环过程中容量快速衰减的难题，使创新的材料具备产业化的条件。

宁德时代表示，其第一代钠离子电池的电芯单体能量密度达到160Wh/kg，是目前世界最高水平，下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg。该电池已具备快充能力，在常温下充电15分钟，电量就可达到80%。就算是零下20°C的低温环境下，放电保持率在90%以上，同时，系统集成效率达80%以上。 

除了宁德时代，山东章鼓、鹏辉能源等企业也正在进行锂离子电池的开发研究。山东章鼓近期表示，公司投资的新疆喀什安德新材料拥有PPS体系的锂离子、钠离子固态功能膜片的材料合成技术，可生产半固态的锂、钠电池。鹏辉能源则表示，公司已经做出钠离子电池样品（采用磷酸盐类钠整机与硬碳体系负极），并“有望批量生产”。

此外，在钠离子电池技术及产业化赛道上，还有“国家队”的身影。据中国科学报报道，自2011年以来，中国科学院物理研究所一直致力于安全环保、低成本、高性能钠离子电池技术开发，已在核心材料方面获得专利授权30项（多项专利获得美国、日本和欧盟授权）。

2017年，国内首家专注于钠离子电池研发与生产的高新技术企业—中科海钠科技有限责任公司依托中科院物理所成立。2021年12月中旬，由中科院物理所和中科海钠联合推出的全球首套1MWh钠离子电池光储充智能微网系统，在山西太原综改区正式投入运行，标志着钠离子电池正式进入商业化运营阶段。

诚然，钠离子电池正在掀起一股热潮。而这热潮背后，其实是政策的助力。

2021年8月25日，工信部表示，将组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定，并在标准立项、标准报批等环节予以支持。

工信部还称，将在“十四五”相关规划等政策文件中加强布局，从促进前沿技术攻关、完善配套政策、开拓市场应用等多方面着手，做好顶层设计，健全产业政策，统筹引导钠离子电池产业高质量发展。

同时，科技部将在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项，并将钠离子电池技术列为子任务，以进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化，提升综合性能。

对于尽快推动钠离子电池市场化应用的建议，工信部表示有关部门将支持钠离子电池加速创新成果转化，支持先进产品量产能力建设。同时，根据产业发展进程适时完善有关产品目录，促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用；通过产学研协同创新，推动钠离子电池全面商业化 。

钠离子电池应用场景广泛，市场空间百亿级

钠离子电池全面商业化后，将有着广泛的应用前景。光大证券认为，钠离子电池在储能、电动两轮车与A00级别汽车领域均有较好的应用前景，预计2025年这三大领域国内电池需求将达到123GWh。

具体来看，储能方面，2020年国内储能装机需求合计17GWh，预计到2025年将达到48GWh；两轮车方面，2020年国内两轮车电池需求约32GWh，预计到2025年将达到41GWh；A00级别汽车方面，2020 年国内A00汽车动力电池需求约7GWh，预计到2025年将达到34GWh。

若这三类场景均使用磷酸铁锂电池，预计2021-2025 年对应的市场空间分别为408亿/510亿/545亿/532亿/537亿元。

光大证券指出，若钠离子电池行业产业化顺利推进，当产能达到GWh级别时，钠离子电池的设备折旧费用摊薄，材料成本低的优势将显现出来，有望在储能、电动两轮车、A00级别汽车等领域对磷酸铁锂电池实现替代。

本文作者：Serena Xu （前瞻网全球产业观察员）

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