作者 | 产业观察组
近年来，随着全球能源结构的转型和新能源汽车产业的迅猛发展，电池技术作为其核心驱动力，正经历着前所未有的变革。其中，钠离子电池正在不断刷新存在感，发展势头正盛。
而在这场技术革新中，作为动力电池“一哥”，宁德时代积极布局并推动产业化进程，正在加速研发的新一代钠离子电池，预期能在2025年面世，并计划于2027年实现大规模生产。
这一消息一出，无疑为整个电池行业注入了新的活力，也标志着钠离子电池商业化进程又迈出了重要一步。
挑战锂的主导地位？
在电池技术的广阔天地中，锂离子电池长期以来占据着主导地位，其高能量密度、长循环寿命等优势使其在便携式电子设备、电动汽车等多个领域得到广泛应用。
然而，随着新能源汽车市场的不断扩大和储能需求的日益增长，锂离子电池的资源瓶颈、成本问题逐渐显现，促使人们寻求新的替代方案。
在此背景下，钠离子电池以其独特的优势逐渐进入人们的视野。其研发与产业化吸引了巨额资本的注入，成为新能源领域中备受瞩目的热门风口。
钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，均属于摇椅式电池，即通过正负极材料中的离子在电解液中的迁移来实现电能的储存与释放。然而，在材料选择上，钠离子电池具有更大的灵活性和多样性。
相比锂离子电池，钠离子电池具有以下的优势：
①资源丰富性
钠元素在地壳中的储量远高于锂，地壳丰度约为2.64%，是锂资源的440倍。这意味着钠离子电池的原材料更加丰富，成本更低。
②安全性
钠离子电池在充放电过程中产生枝晶的概率较低，这降低了内部短路和自燃的风险，从而提高了电池的安全性。
③低温性能
钠离子电池在低温环境下的性能优于锂离子电池，能够在-20°C甚至更低温度下保持较好的放电能力，这使得钠离子电池适用于寒冷地区的应用。
就拿东北地区来说，作为能源消费大区，对储能系统的需求日益增长。钠离子电池以其低成本、高安全性及良好的低温性能，有望成为其重要补充。搭载钠离子电池的新能源汽车在东北极寒地区有望保证较高的续航里程，从而解决了新能源汽车在低温环境下的续航难题，增强消费者购买新能源汽车的信心，从而推动新能源汽车在东北地区的普及。
④环境适应性
钠离子电池具有更宽的工作温度范围，从-40°C到80°C，这使得它们在极端气候条件下的应用更为可靠。
这一系列的优势使得钠离子电池在成本敏感型应用、低温环境和大规模储能系统中具有广阔的应用前景，被视为锂电池的替代选择。
我国高度重视钠离子电池技术的研发应用，例如，《“十四五”能源领域科技创新规划》将钠离子电池列入前沿技术和核心技术装备攻关项目，“储能与智能电网技术”重点专项也将钠离子电池技术列为子任务。
国内外巨头的积极发力
目前，钠离子电池技术的发展路径主要围绕正极材料、负极材料、电解液和电池制造工艺的优化展开，已发展出几种主要的技术路线，各有优势和局限性，产业化进度也存在差异。
①层状氧化物技术路线：这一路线在能量密度、循环寿命、倍率性能、物料成本等方面综合表现较好，已率先实现产业化。
③普鲁士蓝类化合物技术路线：尽管在能量密度、物料成本等方面具有优势，但由于制备结晶化及热失控后产生有毒气体、循环寿命较短等问题，产业化进度较慢。
拿宁德时代来说，公司最初采取了层状氧化物和普鲁士蓝两条路线，但鉴于普鲁士蓝路线的循环寿命受限，目前主推层状氧化物路线，在电池性能上表现更佳，具有较高的能量密度和良好的循环寿命。
另外，比亚迪主要采用层状氧化物与聚阴离子路线，其150Ah刀片钠电芯已通过中试阶段，具备规模化生产的能力。同时，20MWh的钠电魔方储能系统也在公司南宁工业园进行试用，进一步验证产品的可靠性和稳定性。
随着各大电池厂纷纷入局，钠离子电池进入爆发期，2023年也被称为钠电池的“元年”。这一时期，钠离子电池与锂离子电池生产工艺基本类似的特点得以显现，传统锂离子电池产线可调试转产，为钠离子电池的快速量产化提供了有利条件。
在国际市场上，多家企业和研究机构在钠离子电池技术上也取得了显著进展。
例如，美国的Natron Energy是一家专注于钠离子电池解决方案的储能公司，成功开发出了以PBA为正极的钠离子电池，其电池化学性能在充电和放电过程中呈现出零衰减，循环速度提高10倍，循环寿命超过50,000次。公司在密歇根州的首家工厂已于今年4月开始生产，计划在美国北卡罗来纳州投资14亿美元建设一座工厂，此举有望将其产能提高40倍。
英国的Faradion研发的钠离子电池为层状金属氧化物/硬碳的有机电解液体系。从性能来看，原型电池提供超过140 Wh/kg的能量密度，10Ah软包电池的设计性能为155 Wh/kg，周期寿命从数百到数千个循环周期不等，具体取决于放电深度和充放电条件。
掘金应用场景
在了解钠离子的基本特性与潜在价值之后，我们不难发现，钠离子的应用已超越了传统领域的范畴，正逐步渗透到现代科技与社会生活的多个层面，展现出前所未有的广泛性和多样性。
就应用场景而言，随着新能源汽车市场的不断扩大和储能需求的日益增长，钠离子电池的市场需求正在快速增长。以下是钠离子电池的几个主要应用场景：
①大规模储能：钠离子电池在大规模储能方面具有明显优势，尤其适用于风能和太阳能等可再生能源的储存。它们能够有效支持新能源发电的高比例消纳，促进电网的稳定性和可靠性。更值得一提的是，储能技术可为AI提供稳定的能源供应和优化运行环境，为其赋能，这是目前的一个风口。
②电动汽车：钠离子电池在电动汽车领域也显示出潜力，尤其是在成本敏感的两轮电动车和A00级微型电动车市场，可作为锂离子电池的补充或替代品，提供性价比高的动力解决方案。
③家庭和工商业储能：钠离子电池的成本优势使其成为家庭储能和工商业储能系统的理想选择，可帮助用户存储低价时段的电能，用于高峰时段供电，提高能源利用效率。
④便携式电子设备：随着钠离子电池技术的进步，它有望被应用于智能手机、平板电脑等便携式电子设备，提供长时间的电池寿命。
⑤可穿戴设备：钠离子电池的高能量密度和柔性特性使其适用于可穿戴设备，如智能手表、健康监测器，这些设备对电池的轻便性和灵活性有较高要求。
在市场上，钠离子电池的应用实例不断涌现，进一步验证了其技术的可行性和市场潜力。
宁德时代研究院副院长黄起森曾表示，在乘用车应用方面，钠离子电池普遍可满足续航400公里以下的车型需求。2023年4月宁德时代钠离子电池首发落地奇瑞车型。再看其他同行，同年12月，中科海钠与江淮钇为联合推出的钠电版花仙子电动车已下线，以及孚能科技与江铃集团新能源汽车合作推出的首款钠离子电池纯电A00级车型也正式下线。
此外，国内多个重量级的钠离子电池储能电站项目相继建成投运，例如，大唐湖北100兆瓦/200兆瓦时钠离子新型储能电站科技创新示范项目一期工程已建成投运，这是我国首个百兆瓦时钠离子储能项目；位于广西的伏林钠离子电池储能电站是全国首座大容量钠离子电池储能电站，都标志着钠离子电池在储能领域的应用迈出了实质性步伐。
整体来说，目前钠离子电池正处于从实验室研究向商业化应用过渡的关键时期。产业链的完善程度、技术进步、成本控制以及市场需求等因素都是推动商业化进程的重要驱动力。尤其是随着技术的不断进步和成本的进一步降低，钠离子电池有望在未来的能源存储和电动汽车市场中占据一席之地，乃至在更多领域与锂离子电池形成有效补充或部分替代。
10月18日，由前瞻产业研究院和中南大学深圳研究院联合举办的“钠离子电池量产的瓶颈与挑战”前瞻技术洞察交流研讨会将在深圳隆重举办。届时，新能源新材料产业高管精英、院士专家、产业投资负责人、VC合伙人级别嘉宾齐聚一堂，将围绕钠离子电池量产的技术突破、成本控制、市场应用及产业链协同等核心议题，展开深入交流与探讨，为参会者搭建一个高效、专业的交流与合作平台。
通过本次研讨会，我们期待与业界精英携手并进，共同探索钠离子电池量产的商业机遇与挑战，共同书写钠电产业发展的新辉煌，为新能源产业的蓬勃发展贡献力量。
前瞻经济学人APP 产业观察组
*封面配图来源于摄图网
更多行业研究分析详见：
【1】《2024-2029年中国钠离子电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》，前瞻产业研究院
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