什么是鈉離子電池？鈉離子電池會代替鋰離子電池嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-01 22:22
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聽多了鋰離子電池，突然蹦出來安靜許久的鈉離子電池，還出了不少“鈉離子電池要取代鋰離子電池”的新聞，真有點兒懵~
這回主要是“首個鈉離子生產(chǎn)線在遼寧建成，為鈉離子電池準備量產(chǎn)...”的消息霸屏，才給鈉離子博得了足夠的關注熱度。
鈉離子電池最主要的特征就是利用Na+代替了價格昂貴的Li+，因此正極材料、負極材料和電解液等都要做相應的改變，適應Na離子電池。相比于鋰元素，鈉元素在地殼中的儲藏量十分豐富，獲得Na元素的方法也十分簡單，因此相比于鋰離子電池，鈉離子電池在成本上將更加具有優(yōu)勢。
鈉離子電池的概念起步并不晚，上個世紀80年代與鋰離子電池幾乎同時起步。然而到了90年代，由于Na離子電池能量密度要低于鋰離子電池，因此漸漸淡出人們的視野。但是由于鋰資源是一種相對稀缺的資源，因此面對節(jié)節(jié)攀升的碳酸鋰價格，使得人們再次關注鈉離子電池。
目前鈉離子電池最大的難點是尋找一款穩(wěn)定的鈉離子電池負極材料，傳統(tǒng)的鋰離子電池負極材料——石墨，能夠與Li結合，形成LiC6結構的化合物，理論比容量為372mAh/g，但是石墨僅能儲存十分有限的Na離子，這可能是由于Na會首先在石墨表面形成鍍層，而不是與石墨形成化合物。
實際上，科研屆對于鈉離子的研究一直沒停止過。只是，鈉離子電池再“錳”，也用不了。
一、鈉離子電池技術難攻克，止步量產(chǎn)
拿錳酸鈉來說，雖然憑借高理論容量和低廉價格等優(yōu)點一直是鈉離子正極材料的熱門研究對象，但存在關鍵性的技術難點。
一方面，錳酸鈉在充放電的過程中，因為自身材料的層間距狹窄，沒辦法讓差不多半徑大的鈉離子在層間遷移時順利通過，很容易“擠壞”正極材料本身的結構；另一方面，就是層狀結構中的鈉離子含量不足，性能指標都遠遠不夠...光是這些技術難點，就足夠讓它的量產(chǎn)投入計劃止步。
二、鈉離子電池VS鋰離子電池
1.鈉離子電池成本較低
雖然實力不夠，但既然能霸屏，能和鋰離子較勁兒，就有它“錳”的理由。
和鋰離子電池比，鈉在地球上的含量更高，是鋰的幾千倍。含量豐富，也自然貴不到哪兒去，成本優(yōu)勢本就是產(chǎn)業(yè)屆最關心的一個因素。
2.鈉離子局限性：壽命&能量密度&安全性
但爭議最大的是壽命問題，鈉離子電池最主要的問題就是循環(huán)使用壽命不高。
理論上鈉也能做電池，但是因為它“長得胖”，比鋰原子多8個電子，所以它更重，單位質(zhì)量上的儲能相對就少。鈉離子電池的能量密度也只有鋰離子電池的一半以下水平，目前只能達到120瓦時/公斤。另外，鈉離子電池在移動場合中的使用條件也很苛刻，不論是從使用可提供的空間，還是電池本身的安全上都存在一定的局限性。
所以總的感覺下來，鈉離子電池有它自身的優(yōu)勢，資源儲備豐富，成本低，但是能量密度低、安全性不高還“長得胖”，壓根兒就不適合投入電動車生產(chǎn)。但是因為對它的研發(fā)從來沒停止過，一些問題實際上已經(jīng)取得了很大的突破。對之前提到的鈉離子正極材料層間距的問題，也有研究團隊首創(chuàng)了結構設計和調(diào)控方法，在水鈉錳礦層狀結構的基礎上研究出了所需的層狀納米正極材料，解決了之前提到的層間距和鈉離子含量不足的問題。
去年6月，國內(nèi)首輛鈉離子電池低速電動車已經(jīng)問世。近日，國內(nèi)自主研發(fā)的鈉離子電池也進入量產(chǎn)階段，世界上首條鈉離子電池生產(chǎn)線投入運行，預計量產(chǎn)后的年產(chǎn)值能超過100億元。
其他公司也都取得了技術上的小突破。Durathon鈉鹽電池技術目前已經(jīng)在全球25個國家，建成了太陽能、風電組合等儲能項目；比克電池對鈉離子電池的研發(fā)也進入中試階段；東莞邁科已在鈉離子電池材料制作、平臺建設等方面獲得了突破性的進展，新申請了發(fā)明專利2項。豐田新開發(fā)的鈉離子技術可有效提升電動車的續(xù)航里程，最大可達到驚人的1000公里，其中豐田新電池使用了鈉基化合物作為正極的鈉離子電池，電池產(chǎn)生的電壓高出鋰離子電池30%......
鋰離子電池的研究有突破是事實，但是生產(chǎn)技術還是不成熟，沒辦法實現(xiàn)工業(yè)化的大規(guī)模量產(chǎn)，談商業(yè)化更是有點遠。
所以回到開頭那個“鈉離子電池要取代鋰離子電池”的問題，答案就很明了，至少目前乃至未來很長一段時間都不會發(fā)生。
