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1、 钠离子电池：潜力巨大的电池路线
钠资源在电池上的商业化应用落后于锂资源。在元素周期表中，钠元素与锂元素 处于同一主族，物理化学性质非常相似。在选择电池材料时，锂在电势、原子量、 离子半径等基本性质上，相对来说都是比钠更好的材料。锂的原子量更低、离子 半径更小，使得其理论质量比容量是钠的 3.3 倍，理论体积比容量是钠的 1.8 倍； 且锂的电位更高，比钠高 12%，这使得在能量密度上，锂材料的电池也更占优 势。因此锂离子电池也更早大规模商业化。但是，随着全球电池需求量的迅速增长，锂资源开始面临着资源约束问题，一方 面是锂资源的总量分布有限，地壳丰度仅为 0.006%;另一方面是锂资源的空间分 布不均匀，锂矿主要分布在澳洲、南美地区，根据美国地质勘探局 2021 年报告， 我国锂资源储量仅占全球 6%，且开采成本较高，现在的电池生产用锂对外依存 度过高。锂资源的供需紧张也使得 2021 年以来，锂资源大幅涨价。根据 wind 数据，与 2021 年 1 月 1 日价格相比，2021 年 7 月 20 日碳酸锂价格上涨 66%， 氢氧化锂价格上涨 96%
与锂资源相比，钠资源储量非常丰富，地壳丰度为 2.64%，是锂资源的 440 倍。 且钠资源分布广泛、提炼简单。钠离子电池大规模商用后，会具有较大的成本优 势。
钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，为嵌脱式电池。充电时，Na+从正极 脱嵌，进入负极；放电时，Na+从负极回到正极，外电路电子从负极进入正极，将 Na+还原为 Na。在电池的核心性能上，钠离子电池的理论能量密度上限低于锂离子电池，但能量 密度区间与磷酸铁锂电池有重叠范围。当前的钠离子电池能量密度大约在 70-200Wh/kg 的区间上，而锂离子电池能量密度大约在 150-350Wh/kg 的区间 上，其中，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，约在 150-210Wh/kg 的区间上。
除钠资源储量与价格优势之外，钠离子电池在其他一些方面上同样优于锂离子电池：
（1）集流体材料更便宜：铝与锂在低电位会发生合金化反应，锂离子电池只能选择铜做集流体。而铝与钠在低电位不会发生合金化反应，因此钠离子电池可以 选择更便宜的铝做集流体。（2）界面离子扩散能力更好：钠离子的溶剂化能比锂离子更低，界面离子扩散 能力更好。（3）离子电导率更高：钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，相同浓度的电解 液具有比锂盐电解液更高的离子电导率。（4）高低温性能更优异：根据目前初步的高低温测试结果，钠离子电池高低温 性能更优异。（5）安全性能更好：钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高，在短路情况下瞬间 发热量少、温升较低。与其他电池路线相比，钠离子电池还有一个重要优势：钠离子电池与锂离子电池 的工作原理相似，与锂离子电池的生产设备大多可兼容。
钠离子电池商业化进展近年来加快。2021 年 5 月 21 日，宁德时代董事长宣布 公司将于今年 7 月份左右发布钠离子电池。而早在 2020 年 6 月宁德时代成立 21C 实验室时，就把钠离子电池作为中短期的三个主要研究方向之一。我国的中 科海钠公司也在近年来先后推出钠离子电池电动自行车、电动汽车和储能电站的 示范。钠离子电池的出现是现有锂电池技术的补充，目前钠离子电池的能量密度可以做 到 150Wh/kg 上下，与锰酸锂电池接近，循环寿命可以做到 3000~6000 次，与 磷酸铁锂相当，优于锰酸锂和三元材料，热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当。成本方面，以中科海钠数据为例，按照等容量软包电池成本分析，钠离子电池 BOM 理论成本比锂离子电池低 30%。但现阶段，与铁锂等成熟锂离子电池相比， 钠离子电池体系由于工艺不成熟、研发设备成本摊销大以及产品一致性等问题， 造成生产成本难以控制，BOM 成本优势难以发挥，钠电的性能和价格均处于劣 势。目前钠离子电池也尚无统一的标准体系及第三方检测认证机构，性能参数需 要长期且具体地来甄别判断。但随着宁德时代等公司的持续研发推进，钠离子电 池的产业化进程有望持续加速。
2、 电池材料：正负极材料变化较大
钠离子电池与锂离子电池最大的区别在于正极材料。目前钠离子电池正极材料主 要有钠过渡金属氧化物（如 NaMnO2）、钠过渡金属磷酸盐（如 Na3V2(PO4)3)、 钠过渡金属硫酸盐（如 Na2Fe2(SO4)3)、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物（如 Na2FeFe(CN)6)等几大类。层状金属氧化物是当前比较主流的正极材料。中科海钠、钠创新能源、Faradion （英国）等公司均选择了层状金属氧化物作为正极材料，其中中科海钠的产品能 量密度达到 135Wh/kg，循环寿命大于 2000 次；Faradion 的产品能量密度达到 140Wh/kg，循环寿命达到 1000 次。正极材料使用钠资源，将为钠离子电池提供巨大的成本优势。各类基于钠资源的 正极材料，在材料成本上均远远低于锂离子电池的正极材料。根据中科海钠披露 的数据，钠离子电池（NaCuFeMnO/软碳体系）的正极材料成本，仅为锂离子 电池（磷酸铁锂/石墨体系）正极材料成本的 40%左右。
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