鋰離子電池：鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，通過鋰離子在正極和負極之間的移動來實現(xiàn)充放電。在充電過程中，鋰離子從正極材料中脫出，通過電解質嵌入到負極材料中;放電時則相反。這種機制使得鋰離子電池具有高能量密度和長循環(huán)壽命。

鈉離子電池：鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相似，但其電荷載體是鈉離子而非鋰離子。鈉離子在正負極之間的嵌入和脫出過程同樣實現(xiàn)了電池的充放電。盡管鈉離子的半徑大于鋰離子，導致其在電極中的嵌入/脫嵌阻力較大，但鈉鹽原材料的豐富性和低成本使得鈉離子電池具有獨特的發(fā)展?jié)摿Α?

鈉離子電池能量密度較低，在電池制作的過程中需要更多的輔材和制造成本。這也意味著，目前來看，較之鋰離子電池，鈉離子電池并沒有太大的價格優(yōu)勢。鈉電池想要更具成本競爭優(yōu)勢，就必須發(fā)展高能量密度和低價格輔材的鈉離子電池體系，進一步降低鈉電池生產(chǎn)成本。

前段時間，寧德時代召開股東大會，董事長曾毓群透露，寧德時代將于今年7月份發(fā)布鈉電池。此消息一出，鈉電池便被推上了市場的風口浪尖。短短幾天時間，鈉離子電池概念股異軍突起，多股漲停。

隨即，鈉離子電池能否替代鋰離子電池的問題也引發(fā)大量討論。鈉離子電池并非全新的電池技術，二十世紀七十年代末，鈉離子電池與鋰離子電池幾乎同時展開研究，然而命運卻大相徑庭。鋰離子電池發(fā)展迅速，在市場中取得一席之地，而鈉離子電池的發(fā)展卻始終停滯不前，直到現(xiàn)在仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋰在地殼中的豐度僅有17ppm(百萬分之一)，且分布極不均勻。根據(jù)美國地質調查局(USGS)數(shù)據(jù)顯示，2019年全球已查明的鋰資源量約為8000萬噸，儲量約為1700萬噸，主要集中在智利、阿根廷和玻利維亞等地。

南開大學陳軍院士也曾表示：“鋰豐度低，資源分布不均勻，約70%集中在南美洲，我國80%的鋰資源依賴進口，引發(fā)了人們對鋰儲量的普遍擔憂。另外，鋰離子電池的安全隱患也難以滿足大規(guī)模儲能的應用需求?！?

圖：全球鋰資源分布

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，鋰電池的需求量不斷增大，鋰資源面臨著前所未有的緊張局面。因此，尋找替代鋰電池的儲能技術已經(jīng)勢在必行。同為堿金屬的鈉，在地殼中儲量高達2.36%，資源豐富，且成本低廉，具備大規(guī)模應用的發(fā)展?jié)摿?。鈉離子電池“重出江湖”，受到多方關注和重視，成為儲能市場新的風口。

圖：地殼中部分化學元素豐度 [3]

圖：用于電池的元素資源

如前所述，鈉離子電池最大的優(yōu)勢，就是鈉資源儲量豐富，這也讓鈉離子電池相較于鋰離子電池在成本上更具優(yōu)勢。然而，在化學元素周期表中，鋰在第二周期，鈉在第三周期。從物理化學性質來看，鈉離子質量和半徑更大，較之鋰離子更活潑。

因此，鈉離子電池能量密度較低，在電池制作的過程中需要更多的輔材和制造成本。據(jù)研究估算顯示，鈉離子電池所需輔材和制造成本占總成本75%。寧德時代董事長曾毓群也表示，該公司新推出的鈉電池可能比鋰電池更貴。這也意味著，目前來看，較之鋰離子電池，鈉離子電池并沒有太大的價格優(yōu)勢。鈉電池想要更具成本競爭優(yōu)勢，就必須發(fā)展高能量密度和低價格輔材的鈉離子電池體系，進一步降低鈉電池生產(chǎn)成本。

圖：鋰離子電池(LIB)與鈉離子電池(SIB)成本對比 [2]

在工作原理上，鈉離子電池與鋰離子電池極具相似性。鈉離子電池充電過程中，正極材料發(fā)生氧化反應，失去電子，同時鈉離子從正極脫嵌。電子補償電荷通過外電路到達負極，鈉離子也通過電解液遷移至負極。放電時則相反。

圖：鈉離子電池工作原理 [3]

鈉離子電池主要由正極、負極和電解液組成，正負極材料是電池的核心。正負極材料的比容量和電位差決定了電池的比能量，電極材料結構和電解液電化學性能的穩(wěn)定性也影響著電池的循環(huán)壽命。電池正負極材料的選擇和研究對提升鈉離子電池比能量、循環(huán)壽命和倍率性能至關重要。

圖：鈉離子電池正、負極材料的比容量和電壓

正極材料

金屬氧化物成本低、合成工藝簡單，包括P2層狀氧化物、O3層狀氧化物和三維隧道型氧化物;

聚陰離子類材料結構框架穩(wěn)定、比容量適中、工作電壓高;

普魯士藍材料的隧道結構較大，有利于鈉離子充放電脫嵌。

負極材料

肽基層狀氧化物具有良好的循環(huán)性能和倍率性能;

碳材料成本低、合成簡單、性能穩(wěn)定，且原料豐富;

圖：鈉離子電池系統(tǒng)

鈉離子電池的性能跟其電極材料的電化學性能息息相關，然而早期被設計開發(fā)出來的電極材料性能不理想，這也是鈉離子電池發(fā)展緩慢遲滯的原因之一。

鈉離子電池儲量豐富，一旦工藝成熟，必然意味著成本的降低。其次，鈉離子電池安全性高，過充、過放、短路、針刺、擠壓等安全測試均能順利通過，不易起火和爆炸。雖然鈉電池兼具上述優(yōu)勢，但其能量密度也明顯低于磷酸鐵鋰電池與三元電池，無法適用于新能源汽車領域。隨著新能源汽車市場的不斷擴大，動力電池的需求量日益增加，鋰電池仍然會是市場的首選。

能量密度：鋰離子電池>鈉離子電池

鋰離子電池具有更高的能量密度。鋰元素是最輕的金屬元素之一，因此鋰離子電池在相同體積或質量下能存儲更多的能量。相比之下，鈉離子電池的能量密度較低，這主要是由于鈉離子的半徑較大，導致在電極中的嵌入/脫嵌效率較低。同時目前主流鈉離子電池正極材料的充放電電壓低于鋰離子電池材料，進一步導致了能量密度的降低。

循環(huán)壽命：鋰離子電池≈鈉離子電池

鋰離子電池充放電循環(huán)壽命最高可達2000-3000次以上。而鈉離子電池由于鈉離子在電極中的可逆性較差等原因，前期循環(huán)壽命比較低，但近年來隨著材料包覆、表面改性等技術的進步，鈉離子電池循環(huán)壽命已經(jīng)得到明顯的提高。

安全性：鋰離子電池<鈉離子電池

鈉離子電池在安全性方面表現(xiàn)出色。它具有超寬的工作溫度區(qū)間(-40℃至80℃)，即使在高溫下也不容易發(fā)生熱失控。此外，鈉離子電池的短路電流和瞬間發(fā)熱量較小，更不容易引起火災或自燃。相比之下，鋰離子電池在高溫或濫用條件下存在一定的安全隱患。

成本：鋰離子電池<鈉離子電池

鈉離子電池的原材料資源儲備豐富且價格低廉。鈉鹽作為地球上的常見元素之一，其成本遠低于鋰資源。因此，鈉離子電池在制造成本上具有顯著優(yōu)勢。然而，由于目前鋰離子電池的技術相對成熟且市場應用廣泛，其規(guī)模經(jīng)濟效應使得成本也在逐漸降低。

發(fā)展前景：鋰離子電池=鈉離子電池

鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于手機、筆記本電腦、新能源汽車等領域，并占據(jù)了較大的市場份額。然而，隨著鋰資源的日益枯竭和成本上升的問題日益凸顯，鋰離子電池面臨著發(fā)展瓶頸。相比之下，鈉離子電池作為新興的儲能技術，具有更高的安全性、更低的成本和更大的發(fā)展空間。隨著技術的不斷進步和市場需求的增長，鈉離子電池有望在未來成為鋰離子電池的有力競爭者。