鈉電池 vs 鋰聚合物電池哪個好？

近期，“鈉電池”（Sodium-ion battery）的新聞又到了我們的視野里，在電池界又掀起了一陣熱潮。有人說鈉電池將會是“國貨之光”，未來的希望，也有人說這是一場科技騙局，到底是怎么一回事？鈉電池會取代現有的鋰離子、鋰聚合物電池嗎？今天來給大家講解一下其中的緣由。

什么是鈉離子電池？

其實早在上世紀八十年代，已經開始了對鈉離子電池的研究。早期被設計開發出來的電極材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2電化學性能不理想，發展非常緩慢。

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。

（圖片來源于網絡，侵刪）

正如我剛剛所說的，鈉電池和鋰電池都不是近兩年才被發現的，甚至可以說這兩種在上世紀八十年代時候的關注度不相伯仲，然而由于各種原因導致鈉電池淡出了人們的視野。

在元素周期表中，鈉和鋰是距離最近的同族金屬元素，化學性質極為相似，應用在電池中最外層的電子數完全一致，鋰離子電池和鈉離子電池在充放電反應中的攜帶電量也是一致的。

為什么“鈉電池”一直銷聲匿跡？是因為技術不成熟嗎？

其實并不是，鈉電池的技術原理早已成熟，在當時就形成了完整的體系。這兩種電池的技術，都是利用金屬離子作為電荷載體，這個傳輸過程中，電荷搭載著金屬離子在正極和負極之間傳輸，從而來實現電池的充放電。而兩者在傳輸效率上來看，由于充放電反應中攜帶的電量是一致的，其傳輸效率也是一致的。

一、鈉電池的優勢

鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，相較于鋰而言儲量更豐富，價格更低廉。由于鈉離子比鋰離子更大，所以當對重量和能量密度要求不高時，鈉離子電池是一種劃算的替代品。與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有的優勢有：

1、鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰離子電池三元正極材料，原料成本降低一半；

（圖片來源于網絡，侵刪）

2、由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液（同樣濃度電解液，鈉鹽電導率高于鋰電解液20%左右）降低成本；

3、鈉離子不與鋁形成合金，負極可采用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；

4、由于鈉離子電池無過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優勢明顯，有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。

目前新能源汽車的主要成本來源之一就是電池，鈉離子電池的幾大優勢都與成本有關，可見有望降低未來新能源汽車的整體成本，但其劣勢也是十分明顯的：能量密度低

能量密度：鈉離子電池 vs 鋰離子電池

在鈉離子和鋰離子的體積質量方面，鈉的體積是超過了鋰的三倍以上，直徑也是更大，也就是說，電池的能量密度遠低于鋰電池，就像是你的車上塞進了幾個大箱子，放幾個就放不下了，但如果我換成了小箱子，我能把車子里塞得滿滿當當的。

（圖片來源于百度知道，侵刪）

從我們在網上看到的數據來看，目前的鈉離子電池的能量密度約在80~100Wh/kg，在2017年研制出了150Wh/kg的鈉離子電池。而最近使用各種空間壓縮方案，和針對新能源車方案的鈉電池及鋰電池串聯、并聯集成的混搭設計，成功把該電池的能量密度搶救到了160Wh/kg左右，實話實說，已經可以與磷酸鐵鋰電池（LiFePO4）相媲美，有望取代在儲能領域上占據依舊的鉛酸電池的市場。

鉛酸蓄電池

雖然如此，鋰離子電池卻能夠比鈉離子電池有更高的能量密度，而且更小巧輕薄，這是目前鈉電池在先天上不如鋰電池的地方。

二、聚合物鋰電池的優勢

1、能量密度

相比之下，格瑞普Grepow的聚合物鋰電池（Lithium Polymer battery）已經在單體能量密度上達到了268Wh/kg的水平，其三元鋰電池（NMC811）已經達到了275Wh/kg，循環次數達到500次的程度。

2、超快充技術

在鈉電池的技術突破上，在充電方面，鈉離子電池在常溫下僅需要15分鐘就能充電至80%以上。以目前格瑞普的鋰電池技術，聚合物鋰電池同樣可以達到最高5C的超快充水平，與該鈉電池的充電時間不相伯仲，而且高倍率的磷酸鐵鋰電池在20分鐘左右充到80%以上也是完全沒有問題的。

3、形狀自由度

另外，以軟包疊片工藝制作的聚合物鋰電池，在重量、形狀和大小上，能夠制作成各種不同形狀，也被稱作是：異形電池（Shaped battery）。

格瑞普疊片軟包電池及異形電池

從目前的市場情況上來看，鈉電池的實際應用方面，遠不如鋰電池，而且由于市場導向導致鈉電池要落后于鋰電池，且缺乏成熟的產業鏈，前期成本也是遠遠高于生產鋰電池的投入。

三、結論

因此，在這些優劣勢的對比之下，在我看來，鈉電池確實有其龐大的市場，且在新能源汽車及儲能行業的普及下，將有望替代傳統的鉛酸電池市場，在鈷、鎳、碳酸鋰的價格不斷上漲的市場情況下，鈉鹽可以說是一股清流，可以幫助我國在新能源和儲能市場上占據一大優勢。但我們不能因此否決鋰電池的特點和其優勢，起碼在未來30到50年間，鋰電池依舊可能是無人機、智能穿戴、醫療和工業行業上的主流電池之一。