【技术】钠电池和锂聚合物电池的优势对比

时间： 2022-02-06 来源：格瑞普

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近期，“钠电池”（Sodium-ion battery）的新闻又到了我们的视野里，在电池界又掀起了一阵热潮。有人说钠电池将会是“国货之光”，未来的希望，也有人说这是一场科技骗局，到底是怎么一回事？钠电池会取代现有的锂离子、锂聚合物电池吗？本文格瑞普来给大家讲解一下其中的缘由。

什么是钠离子电池？

其实早在上世纪八十年代，已经开始了对钠离子电池的研究。早期被设计开发出来的电极材料如MoS₂、TiS₂以及NaxMO₂电化学性能不理想，发展非常缓慢。钠离子电池是一种二次电池（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。

正如我刚刚所说的，钠电池和锂电池都不是近两年才被发现的，甚至可以说这两种在上世纪八十年代时候的关注度不相伯仲，然而由于各种原因导致钠电池淡出了人们的视野。

在元素周期表中，钠和锂是距离最近的同族金属元素，化学性质极为相似，应用在电池中最外层的电子数完全一致，锂离子电池和钠离子电池在充放电反应中的携带电量也是一致的。

为什么“钠电池”一直销声匿迹？是因为技术不成熟吗？

其实并不是，钠电池的技术原理早已成熟，在当时就形成了完整的体系。这两种电池的技术，都是利用金属离子作为电荷载体，这个传输过程中，电荷搭载着金属离子在正极和负极之间传输，从而来实现电池的充放电。而两者在传输效率上来看，由于充放电反应中携带的电量是一致的，其传输效率也是一致的。

钠电池的优势

钠离子电池使用的电极材料主要是钠盐，相较于锂而言储量更丰富，价格更低廉。由于钠离子比锂离子更大，所以当对重量和能量密度要求不高时，钠离子电池是一种划算的替代品。与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：

1、钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半；

2、由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液（同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右）降低成本；

3、钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；

4、由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。

目前新能源汽车的主要成本来源之一就是电池，钠离子电池的几大优势都与成本有关，可见有望降低未来新能源汽车的整体成本，但其劣势也是十分明显的：能量密度低

能量密度：钠离子电池vs锂离子电池

在钠离子和锂离子的体积质量方面，钠的体积是超过了锂的三倍以上，直径也是更大，也就是说，电池的能量密度远低于锂电池，就像是你的车上塞进了几个大箱子，放几个就放不下了，但如果我换成了小箱子，我能把车子里塞得满满当当的。

从在网上看到的数据来看，目前的钠离子电池的能量密度约在80~100Wh/kg，在2017年研制出了150Wh/kg的钠离子电池。而最近使用各种空间压缩方案，和针对新能源车方案的钠电池及锂电池串联、并联集成的混搭设计，成功把该电池的能量密度抢救到了160Wh/kg左右，实话实说，已经可以与磷酸铁锂电池（LiFePO4）相媲美，有望取代在储能领域上占据依旧的铅酸电池的市场。

虽然如此，锂离子电池却能够比钠离子电池有更高的能量密度，而且更小巧轻薄，这是目前钠电池在先天上不如锂电池的地方。

聚合物锂电池的优势

能量密度

相比之下，格瑞普Grepow的聚合物锂电池（Lithium Polymer battery）已经在单体能量密度上达到了268Wh/kg的水平，其三元锂电池（NMC811）已经达到了275Wh/kg，循环次数达到500次的程度。

超快充技术

在钠电池的技术突破上，在充电方面，钠离子电池在常温下仅需要15分钟就能充电至80%以上。以目前格瑞普的锂电池技术，聚合物锂电池同样可以达到最高5C的超快充水平，与该钠电池的充电时间不相伯仲，而且高倍率的磷酸铁锂电池在20分钟左右充到80%以上也是完全没有问题的。

形状自由度

另外，以软包叠片工艺制作的聚合物锂电池，在重量、形状和大小上，能够制作成各种不同形状，也被称作是“异形电池（Shaped battery）”。

格瑞普叠片软包电池及异形电池

从目前的市场情况上来看，钠电池的实际应用方面，远不如锂电池，而且由于市场导向导致钠电池要落后于锂电池，且缺乏成熟的产业链，前期成本也是远远高于生产锂电池的投入。

结论

因此，在这些优劣势的对比之下，在我看来，钠电池确实有其庞大的市场，且在新能源汽车及储能行业的普及下，将有望替代传统的铅酸电池市场，在钴、镍、碳酸锂的价格不断上涨的市场情况下，钠盐可以说是一股清流，可以帮助我国在新能源和储能市场上占据一大优势。但我们不能因此否决锂电池的特点和其优势，起码在未来30到50年间，锂电池依旧可能是无人机、智能穿戴、医疗和工业行业上的主流电池之一。

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