钠电池

一、基本概述

定义：钠电池，即钠离子电池（Sodium‑ion Battery，常缩写为 SIB 或 Na‑ion Battery），是一种可逆充放电的“摇椅式”二次电池体系。其工作原理是依赖钠离子（Na⁺）在正极与负极间的嵌入与脱嵌，实现电能的储存与释放。钠电池的核心结构与锂离子电池高度相似，仅用钠替代锂。

图：摇椅式发电原理示意图

属性特点：相较于锂电池，钠电池具有成本低廉、资源丰富、热稳定性高等优势，且有望通过技术迭代，在2030年实现与低成本锂电的价格竞争。

二、分类信息

三、详细解释

随着全球能源转型的加速和新能源汽车市场的蓬勃发展，锂离子电池的生产制造规模显著增长，但锂资源的短缺问题日益凸显。

相较于锂，钠在地壳中具有更高的丰度，成本优势显著，且钠电的综合性能与锂电最为接近、钠离子电池的架构、封装工艺与锂电池高度相似，中长期较锂电池均有一定的成本优势，使得钠电池成为近年来备受关注的新型能源存储技术。

图：钠离子电池成本优势

然而，相较于锂离子，钠离子的离子半径较大，这一特性成为影响钠电池性能的关键因素。较大的离子半径导致钠离子在电极材料中的扩散速度较慢，从而影响了钠电池的倍率性能和循环稳定性，可能缩短电池的使用寿命。

为攻克上述性能难题，研究人员围绕钠电池的核心组成部分展开了大量研究与优化工作，以提高其性能。如在正负极材料方面，开发具有特殊晶体结构、高比容量和良好结构稳定性的正极材料，以及寻找低成本、储钠性能优异的负极材料；在电解质方面，开发新型的电解质体系，如固态电解质和离子液体，以提高钠电池的性能和安全性。

近年来，钠离子电池受到我国政府的高度重视和重点扶持。有关部门陆续出台了多项政策，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，加快助力钠离子电池产业化应用推进。2023年1月工业和信息化部等六部门联合发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，指导意见指出，“聚焦电池低成本和高安全性，加强硬碳负极材料等正负极材料、电解液等主材和相关辅材的研究，开发高效模块化系统集成技术，加快钠离子电池技术突破和规模化应用。”

四、应用价值/发展前景

钠离子电池由于其成本低廉、资源丰富等优势，在大规模储能系统、电动交通工具和通信基站备用电源等领域具有广阔的应用前景。

在大规模储能系统中，钠离子电池可以用于电网调峰、负荷平衡和可再生能源的储存与调度。与锂离子电池相比，钠离子电池的成本更低，适合于大规模部署。

在电动交通工具领域，钠离子电池由于其较低的成本和较长的循环寿命，适用于低速电动车、物流车和城市公共交通等领域。尽管其能量密度较锂离子电池低，但在对成本敏感的应用场景中具有竞争力。

在通信基站备用电源领域，钠离子电池由于其较长的使用寿命和较低的维护成本，适用于通信基站的备用电源系统。随着通信网络的不断发展，对备用电源的需求不断增加，钠离子电池在这一领域的应用前景广阔。

随着钠离子电池技术的不断发展，其能量密度、循环寿命和低温性能等方面取得了显著进展。未来，随着材料科学、电化学和工程技术的不断进步，钠离子电池有望在更多领域得到应用，成为锂离子电池的有力补充。

图：20Ah固态钠离子软包电池（左）；18650固态钠离子圆柱电池（右）

五、绿色应用难点

钠电池作为替代锂电的绿色储能技术，其发展过程中仍面临多重环境与可持续性挑战。

钠资源的开采和提炼过程可能会对土壤、水源等造成污染，同时电池生产环节若缺乏有效管控，也会产生废水、废气等污染物；电池报废后的回收处理若不规范，还可能导致重金属等有害物质泄漏，造成二次污染。

此外，钠电池的安全性和可靠性仍需进一步验证。虽然钠电池在理论上具有较好的安全性，但其在实际应用中的表现仍需通过大量的测试和验证。因此，在钠电池的研发和应用过程中，需要加强安全性和可靠性的研究，确保其在各个领域的安全应用。

现阶段，国内钠电池产业正处于快速发展时期。依托丰富原材料和政策驱动，中国的钠电池产业已进入量产阶段，并逐步推广至两轮车、微型电动车及储能市场。然而存在的问题依旧明显：能量密度仍落后于LFP锂电，首次效率低及冷启动性能需优化，产业链核心材料与回收体系仍不完善，技术标准和评估平台亟待建立。这些挑战在一定程度上制约了其在高端市场的突破。

本词条贡献者：

刘语，中国科学院工程热物理所，研究员、长时规模储能重点实验室，副主任。

本词条审核专家：

路瑞刚，中国汽车工程学会科普文化与传播部部长

参考资料：

[1]钠电池深度：吐故“钠”新，分庭抗“锂”

https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202303061584062989_1.pdf

[2] 胡英瑛,温兆银,芮琨,等.钠电池的研究与开发现状[J].储能科学与技术, 2013(2):10.DOI:10.3969/j.issn.2095-4239.2013.02.001.

[3] ]中国科学院. 青岛能源所在低成本高安全钠离子电池领域获进展[EB/OL]. (2023-10-08).

https://www.cas.cn/syky/202310/t20231008_4973368.shtml

本文封面图片来自版权图库，转载使用可能引发版权纠纷