2024年钠电爆发了？

2 023年，钠离子电池在动力电池、储能领域的不断突破，成为电池行业发展的新看点。钠离子电池主要生产制备技术已基本成熟，完成了“0-1”的蜕变。进入2024年， 钠离子电池 的量产进展将加速前进， 处于“1-10”量产的前夜 。

早在上个世纪 70 年代末，钠电与锂电几乎同时开展研究，但是受当时研究广泛的石墨负极材料储钠能力的限制，钠离子电池的研究一度处于缓慢和停滞状态。直到2000年加拿大的 Dahn 等发现高容量的硬碳可作为储钠负极材料，钠离子电池重回研究者的视线，但当时产业界的关注重点集中于锂离子电池。 2010  年以来，由于锂资源供给的稀缺态势日益凸显，钠离子电池受到了国内外学术 界和产业界的广泛关注，其相关研究更是迎来了爆发式增长。

钠离子电池发展路线图

目前，钠离子电池已逐步开始了从实验室走向实用化应用的阶段，国内外已有多家企业，包括英国 FARADION 公司，美国 Natron Energy 公司，法国 Tiamat，日本岸田化学、丰田、松下、三菱化学，以及我国的中科海钠、宁德时代、钠创新能源等公司，正在进行钠离子电池产业化的相关布局！ 国 内在钠离子电池产品研发制造、标准制定以及市场推广应用等方面的工作正在全面展开， 钠离子电池即将进入商业化应用阶段，相关工作也走在世界前列！

钠离子电池工作原理

正极材料：多路线并行，层状氧化物体系有望率先商用

钠离子电池正极材料的技术路线主要有层状氧化物、聚阴离子型、普鲁士蓝(白)类、 隧道氧化物类等，其中层状氧化物路线有望率先商用。层状氧化物正极材料结构类似于 锂电池的三元材料 ，成品电池理论能量密度高于聚阴离子型材料，但依然存在结构相变 复杂和循环寿命短等问题 , 提升层状正极材料的综合性能仍是目前钠离子电池的重要研 究方向。 聚阴离子类化合物结构类似于磷酸铁锂 ，具有开放的骨架结构和优异的倍率性 能 , 但这类材料的电子电导较差 , 成品电池能量密度偏低，往往需要对其进行碳包覆改性， 且目前生产成本较高。普鲁士蓝类材料因为具有稳定的三维骨架结构而具有较好的结构 稳定性和倍率性能 , 生产成本也较低，然而依然存在结晶水难以去除、过渡金属易溶解、 循环寿命低等问题。

层状氧化物：关注层间滑移的相变与性能

层间滑移的原因： 几乎所有的锂电正极材料都是O3类型结构，由于Na—O键强度相对于Li—O键较弱，随着离子的 脱出，氧原子层之间斥力增加，在层状 NaxMO2更可能发生结构重排以减小体系自由能。 

 O3 → P3 ： 一定程度上提高材料的倍率性能，但更多引起的是不利影响，例如相变引起额外的过电势、造成大的电压极化，相变过程中伴随的离子迁移会降低电极的放电容量。

  P2 → O2 ： 降低钠离子扩散速率，而且还产生大的体积变化（P2-O2相变导致c轴显著收缩10%～20%），造成差的倍率性能和循环性能。

解决方法 ：成分设计、混相设计

各层状NaxMnO ₂ 化合物中电化学性能对比  

负极：使用无定型碳而非石墨，硬碳为主流，软碳为辅助

钠电负极主要采用硬碳和软碳。石墨是商业化的锂离子电池负极材料，但因为钠离子半径大于锂离子，石墨的层间距对于钠电而言过小，钠离子在石墨层间嵌入和脱出较为困难，故钠离子电池负极材料使用结构含有大量的缺陷的无定形碳（包括硬碳和软碳），其储钠容量相比石墨更大。软碳是指在2500℃以上的温度下可以石墨化的碳材料，否则即为硬碳。 

硬碳作为钠电负极，其比容量较高，但由于其原料多为生物质，产率偏低，成本高。软碳相对于硬碳在结构上更为有序，故储钠比容 量较低，但采用煤、沥青等原料，其成本低。

现阶段钠电负极厂商技术路线以硬碳为主、软碳为辅。采用硬碳路线的主要负极厂商较多，包括日本可乐丽、佰思格、贝特瑞、多氟多、圣泉集团、元力股份等，采用软碳路线的相对较少，主要有华钠芯能、汉行科技等。产能规模方面，部分厂商已建成千吨级产线，万吨级产线还在建设中。

电解液

电解液是连接正负极离子传导的媒介，起到在正负极间传输离子的作用，是电池的重要组成部分，电解液影响电池的倍率、循环寿命、安全性和自放电。电解液主要由溶剂、电解质（溶质）和添加剂构成，三者共同决定了电解液的性质。目前满足需求的钠离子电池电解质主要是六氟磷酸钠(NaPF ₆ )，但是存在化学稳定性较差、易水解、遇痕量水生成HF会导致正极材料金属溶出从而导致正极材料性能衰减的问题。溶剂与锂电池类似，多采用酯类有机溶剂。

钠电不同电解质体系离子电导率对比 新能源动力竞争开启

结构创新可提升钠电成组效率

钠离子电池电极极片制作时，在铝箔集流体两面分别涂覆正极材料和负极材料，并 将极片进行周期性的叠片，还可以做成双极性(bi-polar)电池。由于钠电池体积比锂电池要大20%-30%，需要开发钠离子电池无模组电池包（CTP）技术，并结合钠离子电池正负极集流体均可采用铝箔做成双极性电池的特点，将 电池包成组效率提升到极致，避免钠离子电池在能量密度上的相对劣势，进一步发挥钠离子电池的低成本优势。