2021年7月29日，寧德時代發布了旗下第一代鈉離子電池，在所有能與其沾邊的行業中都引起了轟動。有人說，用“鞏固霸主地位”、“顛覆電池行業”，等詞語來形容寧德時代此舉都不為過。

而據我們所知，目前新能源汽車用的動力電池并不少，包括鋰離子電池、鎳氫電池、燃料電池和鉛酸電池。其中，鋰離子電池的生產制造達到了空前規模。在競爭“對手”如此多的情況下，鈉離子電池為何還能引起行業轟動？

首先讓我們看一下它的工作原理。鈉離子電池（Sodium-ion battery），是一種二次電池（充電電池），主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作，與鋰離子電池工作原理相似。鈉離子電池在充放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫出：充電時，Na+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極；放電時則相反。

雖然和鋰離子電池相似，但鈉離子電池卻具有兩個天然優勢。

一是鈉元素分布廣泛，具有資源和潛在價格優勢。鋰元素地殼中的含量只有0.0065%，且資源分布不均勻，70%的鋰分布在南美洲地區。如果按照鋰電池現在的發展速度，暫不考慮回收，鋰電池的應用將很快受到鋰資源的嚴重限制。

而鈉資源非常豐富，其在地殼中的豐度位于第6位，且是鈉分布于全球各地，完全不受資源和地域的限制，所以鈉離子電池相比鋰離子電池有非常大的資源優勢。此外，由于鈉易獲取且價格低廉，所以鈉離子電池也具有很大的潛在價格優勢。

二是鈉離子電池具有成本優勢，較鋰電池成本下降30%-40%。從原材料來看，對比鋰離子電池，鈉離子電池的地殼豐度更高，因此鈉的價格更加低廉，鈉的價格僅為鋰的1.33%。而且，鈉離子電池流體使用的是鋁箔，相較于鋰離子電池的銅箔價格也更低。從電池材料成本來看，鈉離子電池較鋰離子電池在材料成本上可降低30-40%。

此外，鈉離子電池還可以作為鋰離子電池的有效補充。由于與鋰離子電池的生產類似，鈉離子電池可以直接使用現有的鋰離子電池生產線進行生產，也就是說電池廠在更換生產時無需重新設計和制造生產線，只需對產線進行略微改造即可實現快速生產。

工作原理高度相似，還坐擁兩個核心優勢，為何鈉離子電池多年枯坐“冷板凳”？事實上，鈉離子電池和鋰離子電池均起源于上世紀70年代，但是正極材料被研發出以后卻遲遲沒有發現合適的負極材料。

20世紀80年代，石墨鑲嵌鋰離子的原理被發現。隨即以石墨作為負極的鋰離子電池原型被開發了出來。雖然常用的石墨便宜好用，但其與鈉離子性相不合，鈉離子嵌入后易失去電化學活性。此外，在進一步規模化方面，鈉電池也對制備工藝和環境友好有著更高要求。

那么寧德時代推出的鈉離子電池，做了哪些突破呢？首先，最突出的是在負極材料方面。他們開發了能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行、具有獨特孔隙結構的硬碳材料(克容量可超350mAh/g)，并具備優異的循環性能，整體性能指標與現有的石墨相當。

從正極材料來看，寧德時代構建了高通量材料集成計算平臺，能夠在原子級別上對材料進行了模擬計算和設計仿真，對材料的體相結構進行電荷重排，對材料表面進行重新的設計，解決了材料在循環過程中容量快速衰減的難題，使創新的材料具備產業化的條件。

寧德時代表示，其第一代鈉離子電池的電芯單體能量密度達到160Wh/kg，是目前世界最高水平，下一代鈉離子電池能量密度將突破200Wh/kg。該電池已具備快充能力，在常溫下充電15分鐘，電量就可達到80%。就算是零下20°C的低溫環境下，放電保持率在90%以上，同時，系統集成效率達80%以上。 

除了寧德時代，山東章鼓、鵬輝能源等企業也正在進行鋰離子電池的開發研究。山東章鼓近期表示，公司投資的新疆喀什安德新材料擁有PPS體系的鋰離子、鈉離子固態功能膜片的材料合成技術，可生產半固態的鋰、鈉電池。鵬輝能源則表示，公司已經做出鈉離子電池樣品（采用磷酸鹽類鈉整機與硬碳體系負極），并“有望批量生產”。

此外，在鈉離子電池技術及產業化賽道上，還有“國家隊”的身影。據中國科學報報道，自2011年以來，中國科學院物理研究所一直致力于安全環保、低成本、高性能鈉離子電池技術開發，已在核心材料方面獲得專利授權30項（多項專利獲得美國、日本和歐盟授權）。

2017年，國內首家專注于鈉離子電池研發與生產的高新技術企業—中科海鈉科技有限責任公司依托中科院物理所成立。2021年12月中旬，由中科院物理所和中科海鈉聯合推出的全球首套1MWh鈉離子電池光儲充智能微網系統，在山西太原綜改區正式投入運行，標志著鈉離子電池正式進入商業化運營階段。

誠然，鈉離子電池正在掀起一股熱潮。而這熱潮背后，其實是政策的助力。

2021年8月25日，工信部表示，將組織有關標準研究機構適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環節予以支持。

工信部還稱，將在“十四五”相關規劃等政策文件中加強布局，從促進前沿技術攻關、完善配套政策、開拓市場應用等多方面著手，做好頂層設計，健全產業政策，統籌引導鈉離子電池產業高質量發展。

同時，科技部將在“十四五”期間實施“儲能與智能電網技術”重點專項，并將鈉離子電池技術列為子任務，以進一步推動鈉離子電池的規模化、低成本化，提升綜合性能。

對于盡快推動鈉離子電池市場化應用的建議，工信部表示有關部門將支持鈉離子電池加速創新成果轉化，支持先進產品量產能力建設。同時，根據產業發展進程適時完善有關產品目錄，促進性能優異、符合條件的鈉離子電池在新能源電站、交通工具、通信基站等領域加快應用；通過產學研協同創新，推動鈉離子電池全面商業化 。

鈉離子電池應用場景廣泛，市場空間百億級

鈉離子電池全面商業化后，將有著廣泛的應用前景。光大證券認為，鈉離子電池在儲能、電動兩輪車與A00級別汽車領域均有較好的應用前景，預計2025年這三大領域國內電池需求將達到123GWh。

具體來看，儲能方面，2020年國內儲能裝機需求合計17GWh，預計到2025年將達到48GWh；兩輪車方面，2020年國內兩輪車電池需求約32GWh，預計到2025年將達到41GWh；A00級別汽車方面，2020 年國內A00汽車動力電池需求約7GWh，預計到2025年將達到34GWh。

若這三類場景均使用磷酸鐵鋰電池，預計2021-2025 年對應的市場空間分別為408億/510億/545億/532億/537億元。

光大證券指出，若鈉離子電池行業產業化順利推進，當產能達到GWh級別時，鈉離子電池的設備折舊費用攤薄，材料成本低的優勢將顯現出來，有望在儲能、電動兩輪車、A00級別汽車等領域對磷酸鐵鋰電池實現替代。

本文作者：Serena Xu （前瞻網全球產業觀察員）

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