鈉離子電池具有許多不可替代的優(yōu)點，且資源豐富具有成本優(yōu)勢，使其有望成為除鋰離子電池以外的另一大規(guī)模商業(yè)化的二次電池之一，目前隨著產(chǎn)業(yè)化加速，更是量產(chǎn)在即。不過鈉離子電池的大風(fēng)，嚴(yán)格來說是這幾年才刮得猛烈了起來，那么在此之前鈉離子電池的發(fā)展都經(jīng)歷了什么呢？本文就來總結(jié)一下。

鈉電池

1979年：搖椅式鈉離子電池被提出

1979年法國的Armand提出了“搖椅式電池”的概念，開啟了鈉離子電池的研究。隨后Delmas和Goodenough發(fā)現(xiàn)了層狀氧化物材料可作為鈉電池正極材料，Stevens 和 Dahn 發(fā)現(xiàn)硬碳材料作為負(fù)極有良好的鈉離子嵌脫性能。

趣事：

實際上鈉電池作為一個概念，早在1870年就被法國作家儒勒·凡爾納在其所著的科幻小說《海底兩萬里》中提出，以下是對話的原文：

“鈉嗎？”

“是的，先生……鈉電池應(yīng)當(dāng)是最強的，它的電動力比鋅電池要強好幾倍。” 

不過在當(dāng)時，鈉電池很顯然只是一個幻想。但在過去近100年后，它居然真的被發(fā)明出來了，讓人不由感慨世事奇妙。

20世紀(jì)80年代：良好的鈉電池正極材料被發(fā)現(xiàn)

20世紀(jì)80年代，Delmas等首次報道了幾種O3-NaMeO₂的電化學(xué)充放電曲線（下圖a）。其中NaFeO₂、NaCrO₂、NaCoO₂屬于六方晶系，其空間群是R-3m；而Mn³⁺、Ni³⁺的外層電子數(shù)分別是3d⁴、3d⁷，均屬于高自旋態(tài)，呈現(xiàn)出Jahn-Teller畸變，因而NaNiO₂和NaMnO₂的空間群變?yōu)镃2/m，屬于單斜晶系。

正極材料的電化學(xué)特性影響了整個電池的電化學(xué)特性，正極材料的理論能量密度就是電芯能量密度的上限，因此良好的鈉電池正極材料的出現(xiàn)對于鈉電池而言具有重要意義。

2011年：低成本的電極材料和電解液被發(fā)現(xiàn)

2010年以來，鈉電池的研發(fā)進(jìn)程加速。在鈉離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化賽道上，還有科技“國家隊”的身影。自2011年起，中科院物理所研究員團隊開始了鈉離子電池核心技術(shù)的研發(fā)（其中胡勇勝為技術(shù)帶頭人），自此以后開發(fā)出低成本的電極材料。

目前相關(guān)研發(fā)團隊已在正負(fù)極、電解質(zhì)、添加劑和粘接劑等關(guān)鍵技術(shù)方面申請了50余項發(fā)明專利（已授權(quán)30余項，其中3項獲得美國、歐盟和日本授權(quán)），在Science正刊、Nature、Science 子刊及Joule學(xué)術(shù)雜志發(fā)表論文10篇。團隊開發(fā)出的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的Cu基層狀氧化物正極材料和低成本無煙煤基負(fù)極材料，均為國際首創(chuàng)。

2015年：18650規(guī)格鈉離子電池問世

2015年11月30日，法國國家科學(xué)研究中心的研究人員們在可充電電池材料上取得了一項重大進(jìn)步，他們首次開發(fā)出了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的18650規(guī)格的鈉離子電池，其能量密度可與磷酸鐵鋰等鋰離子電池相匹敵。這是最早的鈉離子電池規(guī)范。

注：“18650”鋰電池被普遍用于筆記本、LED手電、以及特斯拉Model S汽車等設(shè)備上。

研究人員對原型鈉離子電池完成電化學(xué)測試以評估其性能

2017年：首家鈉電池公司成立

2017年國內(nèi)第一家專注于鈉離子電池研發(fā)和生產(chǎn)的公司中科海鈉科技有限責(zé)任公司成立，公司的核心技術(shù)來自于中科院物理所清潔能源實驗室，是中科院物理所的科技成果轉(zhuǎn)化項目。

根據(jù)其官網(wǎng)介紹，自2011年起，由中科院物理所胡勇勝研究員帶領(lǐng)的研發(fā)團隊，基于物理所三十多年對鋰電池的研究積累，致力于研發(fā)低成本、安全環(huán)保、高性能鈉離子電池技術(shù)。在2017年公司成立之時組建的團隊中，中科物理所的陳立泉院士擔(dān)任公司首席顧問，中科院物理所的胡勇勝、唐堃、李洪分別擔(dān)任董事長和CEO、監(jiān)事。后面三人均為陳立泉的學(xué)生。

雖然核心團隊整體來看偏科研，不過令人驚喜的是，中科海鈉的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展其實很迅速。

中科海鈉的鈉電池在循環(huán) 200 次后容量保持率大于 90%

2021年：工信部支持鈉電池發(fā)展

鈉離子電池?zé)岢北澈螅姓咧Φ墓凇?021年8月，工業(yè)和信息化部答復(fù)政協(xié)第十三屆全國委員會第四次會議第4815號（工交郵電類523號）提案稱，將組織有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究機構(gòu)適時開展鈉離子電池標(biāo)準(zhǔn)制定，并在標(biāo)準(zhǔn)立項、標(biāo)準(zhǔn)報批等環(huán)節(jié)予以支持。

在這份答復(fù)全國政協(xié)委員高亞光的函件中，工信部稱鋰離子電池、鈉離子電池等新型電池是“推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壓艙石”，是“實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵支撐之一”，并表示將在“十四五”相關(guān)規(guī)劃等政策文件中加強布局，從促進(jìn)前沿技術(shù)攻關(guān)、完善配套政策、開拓市場應(yīng)用等多方面著手，做好頂層設(shè)計，健全產(chǎn)業(yè)政策，統(tǒng)籌引導(dǎo)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

同年，中科海鈉推出了全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲充智能微網(wǎng)系統(tǒng)，并成功投入運行；隨后，寧德時代推出能量密度達(dá)到 160Wh/kg，15 分鐘可充滿 80% 的電量，-20℃可放出 90%電量的鈉離子電池。至此，鈉離子電池即將邁入到商業(yè)化階段，大規(guī)模量產(chǎn)在即。

1 MWh 鈉離子電池儲能系統(tǒng)投入運行

2022年：各公司持續(xù)加碼

今年以來，國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)及傳統(tǒng)鋰電企業(yè)都在持續(xù)加碼布局鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈。目前國內(nèi)布局鈉電池領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)主要包括中科海鈉、眾鈉能源、鈉創(chuàng)能源等；傳統(tǒng)鋰電企業(yè)主要包括寧德時代、貝特瑞、杉杉股份、天賜材料、多氟多、翔豐華、鵬輝能源等。

正極材料方面，眾鈉能源百噸級正極材料線已經(jīng)于2022年3月份投產(chǎn)；華陽股份2000噸/年鈉電池正極材料項目已于2022年3月投產(chǎn)；處于送樣階段的企業(yè)包括當(dāng)升科技；具有中量試生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)為廈鎢新能，已完成百公斤級的鈉電材料試生產(chǎn)工作；此外，格林美已經(jīng)做好批量生產(chǎn)鈉離子電池材料的準(zhǔn)備；七彩化學(xué)和美聯(lián)新材共同投建年產(chǎn)18萬噸電池級普魯士藍(lán)（白）項目；百合花已掌握普魯士藍(lán)（白）核心技術(shù)。

鐵基普魯士藍(lán)材料典型形貌

負(fù)極材料方面，華陽股份2000噸/年鈉電池負(fù)極材料項目已于2022年3月投產(chǎn)；貝特瑞硬碳負(fù)極材料已開發(fā)至第五代，可應(yīng)用于鈉電池中；杉杉股份已擁有軟硬碳方面的技術(shù)積累和量產(chǎn)能力；翔豐華高性能硬碳負(fù)極材料正在由相關(guān)客戶測試中；百合花在進(jìn)行鈉離子電池正負(fù)極材料的研究開發(fā)。

主流鈉電池負(fù)極材料對比

電解液方面，鈉創(chuàng)能源已完成5000噸電解液的生產(chǎn)工藝包設(shè)計，并在已擁有鈉電池電解液量產(chǎn)技術(shù)，且具備六氟磷酸鈉量產(chǎn)能力；多氟多已具備年產(chǎn)千噸的六氟磷酸鈉生產(chǎn)能力，且公司產(chǎn)品已實現(xiàn)批量生產(chǎn)銷售；傳藝科技于9月發(fā)布公告稱擬設(shè)立控股孫公司江蘇傳藝鈉電新材料有限公司，并以其為投資主體擬投資建設(shè)一期5萬噸/年、二期10萬噸/年的鈉電池電解液項目。

鈉電池方面，中科海鈉1GWh鈉電池生產(chǎn)線于2022年7月在安徽投產(chǎn)；華陽股份1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線于同年9月投產(chǎn)，目前正積極推進(jìn)1GWh鈉離子電池PACK生產(chǎn)線項目，預(yù)計于2022年內(nèi)投產(chǎn)；多氟多控股子公司焦作新能源已具備1GWh鈉電池產(chǎn)能。目前擁有在建鈉電池生產(chǎn)線的企業(yè)包括寧德時代和傳藝科技。此外，眾鈉能源、鵬輝能源、派能科技、維科技術(shù)均在積極布局鈉電池領(lǐng)域。

總結(jié)

鋰離子電池的飛速發(fā)展必然會導(dǎo)致鋰資源的緊缺，從而影響其儲能價格和大規(guī)模持續(xù)供給。金屬鈉價格低廉、儲量豐富，且與鋰電位相近，以其作為電極材料構(gòu)成的鈉離子電池在大規(guī)模儲能應(yīng)用中將有很大的發(fā)展?jié)摿Α８鞔缶揞^的入局，更是在一定程度上肯定了鈉離子電池的未來。

目前隨著不斷的探索，鈉離子電池的應(yīng)用場景和發(fā)展思路已逐步清晰明了。業(yè)界認(rèn)為，對鈉離子電池電極材料和電解質(zhì)材料的研究是推動其成熟發(fā)展的核心，對其工藝技術(shù)的開發(fā)是推廣其實際規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

如果您想了解更多，歡迎關(guān)注12月25-27日在珠海舉辦的“2022年全國新能源粉體材料暨增效輔材創(chuàng)新發(fā)展論壇（第二屆）”，屆時來自桂林電子科技大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)系主任王鳳博士，將現(xiàn)場分享報告《長循環(huán)、低成本鈉離子電池研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》的報告，歡迎各位企業(yè)家朋友前來學(xué)習(xí)！

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