钠离子短期无法取代锂电池

发表日期:2021-06-09 00:52:42

钠离子电池是什么?

钠离子电池是一种二次电池。元素周期表上,钠和锂同属于碱金属主族,拥有与锂相似的物理性质与化学性质。与锂离子电池类似,其依靠钠离子在正极与负极之间可逆地迁移实现充放电。钠离子电池在上个世纪70年代被首次提出,但其随后30余年的研究进展非常缓慢,一直到2010年前后学术界才重新回归钠离子电池的研究,2015年第一代钠离子电池开始步入商业化进程。

钠离子电池有自己的优势,一方面是安全性足够,相比锂元素,钠元素的标准电压区间更大,在安全性和应用性范围更广;另一方面,钠元素在地球上的储量比较丰富且分布非常均匀,地壳含量占比约为2.5%-3%,相比之下,锂元素在地壳中的含量只有0.65‰,且分布高度不均匀,国内80%的锂资源需要进口。

多项指标不如锂电池

宁德时代钠离子电池投产意味着该细分领域可能会加速,有券商豪言,目前钠离子电池相当于2013年-2014年的锂离子电池。但中短期来看,钠离子电池问题不少。

其一,能量密度较低。在正极方面,主流的钠离子电池正极材料NaMnO4、Na3V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3等,理论能量密度不及三元锂,实际能量密度较磷酸铁锂还低。目前磷酸铁锂电池能量密度可以达到200Wh/Kg,而钠离子电池在100-150Wh/Kg,据国泰君安的测算,其天花板也只能到200Wh/Kg,刚好是磷酸铁锂的水平。

负极方面,钠离子的离子半径大于锂离子,导致钠离子电池需要采用硬碳或者其他的负极材料,能量密度低于石墨材料。

其二,充放电速率慢。更大的尺寸使钠离子很难嵌入发生化学反应的电极晶体结构中,导致钠离子的移动速率比较忙,影响钠离子的充放电速率。

其三,成本较高。目前实际成本超过1元/Wh,而锂电池的成本,铁锂是0.5元-0.6元/Wh,尽管未来规模化量产后成本会有下降(可能会下降至0.2-0.3元/Wh),但是可能还有相当长的路程要走,就拿负极来说,硬碳量还比较小,现在还没有规模化。

另外,锂电池本身的技术也在进步,成本存在进一步下降的可能,比如已经将电池成本压缩到极致的特斯拉,计划未来3年电池包的续航能力再提高54%,成本继续下降56%。

  

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