摘要

《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》集結(jié)了國(guó)內(nèi)外研究者的最新科技成果及技術(shù)，是材料、物理、化學(xué)、電化學(xué)、化工、能源等學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)前沿的集成反映。

寧德時(shí)代的一則動(dòng)態(tài)“引發(fā)”行業(yè)對(duì)于鈉離子電池的關(guān)注。

近日，寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群在2020年度股東大會(huì)上透露，寧德時(shí)代將于今年7月前后發(fā)布鈉電池，并進(jìn)一步表示，“我們的技術(shù)在發(fā)展，鈉離子電池已經(jīng)成熟了”。

鈉離子電池是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，但并非一種全新的電池技術(shù)路線。早于20世紀(jì)70年代鈉離子電池的研究幾乎與鋰電池同步展開(kāi)，但受當(dāng)時(shí)研究條件限制及市場(chǎng)傾向于鋰離子電池，鈉離子電池的研究進(jìn)度緩慢。

近年來(lái)，鋰離子電池原材料本土供應(yīng)不足，中國(guó)鋰鹽生產(chǎn)超過(guò)60%的鋰原料需要進(jìn)口，對(duì)外依存度較高。

而鈉離子電池憑借其儲(chǔ)量極其豐富、高安全、低成本（大規(guī)?；⒅С挚斐涞戎T多優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)升溫明顯。曾毓群曾直言，“氯化鈉（價(jià)格）炒不起來(lái)，鹽很多?！?/p>

此外，鈉不與鋁形成合金，正負(fù)極均可采用鋁箔集流體構(gòu)造雙極性電池，進(jìn)一步降低成本和重量。同時(shí)，鈉電池在架構(gòu)、封裝工藝和鋰電池高度相似，且原先生產(chǎn)鋰電池工廠不必經(jīng)過(guò)大的改動(dòng)就能直接進(jìn)行鈉電池生產(chǎn)。

基于此，不止寧德時(shí)代，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有多家企業(yè)對(duì)鈉電池進(jìn)行研究且有不錯(cuò)的進(jìn)展。

截至2020年，國(guó)內(nèi)外有近二十家企業(yè)對(duì)鈉離子電池進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化布局，主要包括英國(guó)FARADION、美國(guó)Natron Energy、美國(guó)Aquion Energy、法國(guó)NAIADES計(jì)劃團(tuán)體、日本岸田化學(xué)、松下、三菱等國(guó)際企業(yè)，以及中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電等國(guó)內(nèi)企業(yè)。

如2018年6月，中科海鈉科技推出國(guó)內(nèi)首輛鈉離子電池低速電動(dòng)汽車，并在中科院物理研究所園區(qū)內(nèi)進(jìn)行示范演示。2020年，中科海納還開(kāi)發(fā)了基于O3相復(fù)合正極材料的10 Ah袋式和18650圓柱形電池，能量密度達(dá)135Wh/kg，放電速率可從1C變化到5C，容量保留率達(dá)到90%。

業(yè)內(nèi)一致的判斷是，兼具成本及資源等諸多優(yōu)勢(shì)，但鈉離子電池受制于自身材料屬性，其負(fù)極能量密度低于石墨材料，能量密度較鋰離子電池而言處于劣勢(shì)，暫無(wú)法替代鋰離子電池成為動(dòng)力領(lǐng)域主流技術(shù)，更多的是一種技術(shù)儲(chǔ)備和補(bǔ)充。

目前，市場(chǎng)上鈉電池的電芯能量密度普遍為100~150Wh/kg。而主流的車規(guī)級(jí)動(dòng)力電池中，三元鋰電池的電芯能量密度已經(jīng)能達(dá)到250Wh/kg左右；磷酸鐵鋰電池的電芯能量密度稍低，但也有180Wh/kg左右。

對(duì)比鉛酸電池，除考慮回收成本無(wú)優(yōu)勢(shì)外，其他方面的技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)全面大幅超越。

整體來(lái)看，鈉離子電池技術(shù)在中國(guó)的商業(yè)化進(jìn)程勢(shì)在必行。鈉離子電池技術(shù)不僅能夠滿足新能源領(lǐng)域低成本、長(zhǎng)壽命和高安全性能等要求，還能一定程度上緩解鋰資源短缺引發(fā)的焦慮，為鋰離子電池的重要補(bǔ)充，同時(shí)可逐步替代鉛酸電池，有望在低速電動(dòng)車、電動(dòng)船、家庭/工業(yè)儲(chǔ)能、5G通信基站、數(shù)據(jù)中心、可再生能源大規(guī)模接入和智能電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域快速發(fā)展。

現(xiàn)階段鈉電池體系由于制備工藝不成熟、生產(chǎn)設(shè)備有待改善，導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低，產(chǎn)品一致性差，生產(chǎn)良率不高，生產(chǎn)成本明顯高于鋰離子電池，鈉離子電池材料成本優(yōu)勢(shì)暫不明顯。

從商業(yè)化進(jìn)展來(lái)看，國(guó)際上，英國(guó)Faradion開(kāi)發(fā)出了具有較高比容量的層狀氧化物正極材料，由其構(gòu)成的全電池甚至可以超過(guò)鋰離子電池中的磷酸鐵鋰電池。而Novasis Energies隸屬于斯坦福的Natron Energy也成功開(kāi)發(fā)出了以PBA為正極的的鈉離子電池。

國(guó)內(nèi)除寧德時(shí)代即將披露的技術(shù)外，中國(guó)科學(xué)院物理研究所在該領(lǐng)域早有布局。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所自2011年以來(lái)致力于安全環(huán)保、低成本、高性能鈉離子電池技術(shù)開(kāi)發(fā)，已在核心材料方面獲得專利授權(quán)20項(xiàng)（3項(xiàng)專利獲得美國(guó)、日本和歐盟授權(quán)）。開(kāi)發(fā)出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Cu基層狀氧化物正極材料和低成本無(wú)煙煤基負(fù)極材料均為國(guó)際首創(chuàng)。

2017年，依托中國(guó)科學(xué)院物理研究所的鈉離子電池技術(shù)，國(guó)內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的中科海鈉成立，有序推進(jìn)關(guān)鍵材料放大制備和生產(chǎn)、電芯設(shè)計(jì)和研制、模塊化集成與管理。

其技術(shù)團(tuán)隊(duì)由中國(guó)工程院院士陳立泉、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員胡勇勝等人領(lǐng)導(dǎo)，其中陳立泉為曾毓群的博士生導(dǎo)師。

目前，中科海納已經(jīng)建成鈉離子電池正負(fù)極材料百噸級(jí)中試線及MW?h級(jí)電芯線，研制出軟包、鋁殼及圓柱電芯。當(dāng)前其鈉離子電芯產(chǎn)能最高可達(dá)30萬(wàn)只/月，產(chǎn)品包括圓筒形電芯和軟包型電芯。

有必要指出的是，鈉離子電池市場(chǎng)的升溫，這一研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)青年學(xué)子、研究學(xué)者和企業(yè)界人士，市場(chǎng)亟需一本關(guān)于鈉離子電池以助力器獲取更多系統(tǒng)和更前沿的知識(shí)，做出更創(chuàng)新和更深入的研究成果，為鈉離子電池的研發(fā)和應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。

由陳立泉院士、胡勇勝領(lǐng)銜的中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)組織撰寫(xiě)了關(guān)于鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)的專業(yè)書(shū)籍——《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》。

該書(shū)匯集了中科院物理研究所團(tuán)隊(duì)近十年在鈉離子電池基礎(chǔ)研究研發(fā)和工程化探索中取得的研究進(jìn)展，薈萃國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者近四十年在鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域取得的杰出成果，旨在系統(tǒng)總結(jié)鈉離子電池的研究現(xiàn)狀，集中探討鈉離子電池的關(guān)鍵問(wèn)題，著力展望鈉離子電池的發(fā)展趨勢(shì)。

據(jù)介紹，該書(shū)重點(diǎn)介紹了鈉離子電池的發(fā)展歷史、工作原理、性能特點(diǎn)和基本概念，探討了正極材料、負(fù)極材料、液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)和非活性材料的制備方法、理化性質(zhì)及對(duì)鈉離子電池性能的影響，梳理了先進(jìn)表征技術(shù)和理論計(jì)算模擬在鈉離子電池研究中的應(yīng)用，分述了鈉離子電池的制造工藝、失效分析、成本估算及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀。

此外，該書(shū)集結(jié)了國(guó)內(nèi)外研究者的最新科技成果與相關(guān)技術(shù)，體現(xiàn)了鈉離子電池當(dāng)今發(fā)展和研究的趨勢(shì)，是材料、物理、化學(xué)、電化學(xué)、化工、能源等學(xué)科的基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用技術(shù)前沿的集成反映，為探尋鈉電池在儲(chǔ)能與動(dòng)力電池領(lǐng)域的技術(shù)及應(yīng)用添磚加瓦。

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