储能“戈尔迪之结”第1篇：进击的钠电

2023-11-06 14:35

02|钠电机遇

从技术应用角度来看，锂离子电池，无疑是当下发展最成熟的电化学储能技术。但是，随着电动汽车的普及和大规模储能应用，锂离子电池产业也逐渐暴露了瓶颈，首当其冲的“卡脖子”问题就是锂矿资源的获取。

根据网络公开信息显示，中国获取锂矿资源的渠道80%来自于国外进口。虽然有宁德时代、赣锋锂业等行业龙头企业已经在国际上布局开发锂矿资源，但中国锂离子电池行业的供应链依旧存在风险，一旦锂矿资源的进口权被掐断，中国锂离子电池企业将面临严峻的考验。

研发锂离子电池，不仅需要锂，还需要镍（镍、钴、锰是锂离子三元动力电池需要的正极材料），而现在中国市场镍矿资源的供应情况，也面临着和锂矿资源相似的挑战。

△电池金属进口中国依赖度图源/CCTV2

如何解决锂离子电池的“卡脖子”问题？和锂电子电池工作原理非常相似、上游原料没有供应风险的钠离子电池技术，便被推到了舞台中央，并且被业内人士寄予了极高的期望：

根据高工锂电测算，2025年钠离子电池出货量将超过50GWh，到2030年将超过1000GWh，预计能够达到82.6%的年复合增长率。

《中国钠离子电池行业发展白皮书（2023年）》中也预测到：2030年钠离子电池的实际出货量将达到347.0GWh，届时最大的应用领域将是储能。

钠离子电池的构成组件与锂离子电池基本相似基本类似，主要由正极、负极、隔膜、电解液和集流体构成。

钠离子电池的工作原理与锂离子电池相同，同属于“摇椅式”电池，即利用钠离子（Na+）在电池正负极之间的往返迁移进行充电、放电。在实验的理想场景下，钠离子电池和锂离子电池的充电、放电的电化学过程都是可逆的，钠离子的嵌入、脱出不会破坏电池材料的晶体结构，因此，钠离子电池和锂离子电池，都能够成为“二次电池”，即能够用于蓄电、储能。

除了工作原理相似，钠离子电池和锂离子电池在应用的场景上也有很多相似的地方：它们既可以用作动力电池，应用于低速电动车或者户用能源领域，也可以用于储能领域，是解决短时储能（即4小时以内储能）的优选技术路线。

△钠离子电池工作原理：充电时，钠离子从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态，放电过程则与之相反。图源/《钠离子电池储能技术及经济性分析》，2022年6月《化工与储能专刊》

此外，因为钠基矿普遍供应稳定，钠产品的市场价格也一直平稳，制作钠离子电池所需的碳酸钠原料常年报价处于3000元/吨以内水平，在过往的历史上，也从来没有出现过像电池级碳酸锂“过山车式”的报价——短短三年，电池级碳酸锂的价格从4万/吨涨到60万/吨，而近用了短短3个月，电池级碳酸锂又能从60万/吨跌落到27.4万/吨，直接价格“腰斩”。

中国科学院物理研究所研究员、中国电池工业协会副理事长黄学杰曾谈到：“如果把锂电池里所有锂都换成钠，（电池）成本能降30%。”

低温性能让钠离子电池能够拥有更广泛的应用场景。据媒体报道，从实验环境的数据看，即使在-20℃下的严寒环境里，钠离子电池的电池容量保持率仍然能够大于88%，这意味着相较于锂离子电池，在储能场景的应用上，钠离子电池能有效解决高寒地区储能电站效率低下的问题。事实上，在我国，华北、西北、华中地区新型储能装机量合计超过全国总量的80%。

热失控方面，钠离子电池也具有优势。虽然钠离子电池的能量密度比锂离子电池低，在大型安装中会增加用地成本和安装设备成本，但钠离子电池不易发生热失控，放电深度可达到100%，这意味着钠离子电池的实际可用容量可以做到非常接近标称容量，也更适用于需要电池大倍率充放的场景。

此外，钠离子电池在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中不会发生起火、爆炸，相较于锂离子电池，在安全性方面更有相对优势。