前言

现如今电池的种类非常丰富，从材料体系来看，锂离子占据绝对主导地位。然而，锂离子电池由于性能本身造成的瓶颈，使得其他材料的研究也愈发迫切。

其中，钠离子电池（Sodium-ion batteries）作为新兴的储能技术，因其资源丰富、成本低廉等优势，逐渐成为研究和应用的热点。本文将详细介绍钠离子电池的相关知识，探讨其在现代能源领域中的潜力和应用前景。

钠离子电池定义

 

钠离子电池是一种可充电电池，它使用钠离子在电池的正负极之间移动来存储和释放能量。与锂离子电池类似，钠离子电池依赖于钠离子在正负极材料中的嵌入和脱嵌过程来实现充放电。

历史与发展

钠离子电池的概念最早可以追溯到20世纪70年代，但由于钠的化学性质较为活泼，其研究进展相对缓慢。直到近年来，随着材料科学的进步，特别是新型电极材料的开发，钠离子电池的性能得到了显著提升。

早期研究阶段（1970年代 - 1990年代）

钠离子电池的研究始于20世纪70年代，当时研究人员开始探索各种离子作为电池的电荷载体。由于钠元素的丰富性和低成本，一些科学家开始关注钠离子的电化学性能。1970年代后期至1980年代，研究主要集中在钠离子的基本电化学特性和材料筛选上，探索适合的正极和负极材料。然而，由于锂离子电池在能量密度和循环寿命方面表现优异，钠离子电池的研究一度停滞。

材料探索阶段（1990年代 - 2010年代初）

在1990年代至2010年代初期，尽管锂离子电池技术迅速发展，钠离子电池的研究并未完全停止。研究人员继续探索适合的正极和负极材料，积累了一些关键技术和材料方面的知识：

 

正极材料：早期的研究主要集中在钠镍氧化物（NaNiO2）和钠锰氧化物（NaMnO2）等层状氧化物材料上，这些材料表现出良好的钠离子嵌入/脱嵌性能。

 

负极材料：硬碳被认为是较为理想的钠离子电池负极材料，因为其具有较高的比容量和良好的循环稳定性。此外，一些研究还探索了钛基材料和锡基合金作为负极材料的可能性。

技术突破与性能提升（2010年代中期）

2010年代中期，随着锂资源价格的上涨和对替代储能技术需求的增加，钠离子电池重新引起了广泛关注。技术上的一系列突破推动了钠离子电池性能的提升：

新型正极材料：科学家开发了多种新型正极材料，如钠铁磷酸盐（NaFePO4）、钠锰镍氧化物（NaMn1/3Ni1/3Co1/3O2）和普鲁士蓝类化合物（如Na2FeFe(CN)6），这些材料表现出更高的比容量和更好的循环稳定性。

先进负极材料：在负极材料方面，硬碳的性能得到了进一步优化，同时一些新型材料如磷、锡和锑基材料也展示了良好的储钠性能。

电解液与隔膜：研究人员开发了更稳定的电解液和高性能隔膜，提升了电池的整体安全性和效率。

商业化探索与初步应用（2010年代后期 - 2020年代初）

2010年代后期至2020年代初，钠离子电池的研究逐渐从实验室走向产业化。几家领先的电池制造商和研究机构开始探索钠离子电池的商业应用：

大规模储能

 

钠离子电池在大规模储能领域显示出明显优势。2019年，法国电池制造商Saft宣布开发基于钠离子的储能解决方案，用于可再生能源的储存和调峰。

电动交通工具

一些低速电动车和电动自行车开始尝试使用钠离子电池，尽管在高能量密度需求较高的应用中仍以锂离子电池为主。

 

根据2月7日中自科技公告，中自科技钠离子电池两轮车点火仪式在成都古楠街工厂顺利举行，标志着中自科技第一代钠离子电池研发成功。中自科技董事长陈启章、总经理李云等领导和各部门特邀嘉宾到场见证并表示祝贺。

便携式电子设备

虽然钠离子电池在便携式电子设备中的应用仍处于探索阶段，但其低成本和环保特性使其在特定市场中具有潜力。

 

未来发展方向

钠离子电池的发展前景广阔，未来的研究将继续聚焦以下几个方向：

材料优化

进一步优化正极和负极材料，提高比容量和循环寿命。譬如在2024年4月2日，众钠能源在2024高工钠电产业峰会上发布新产品——高倍率硫酸铁钠钠离子电芯NFS-50，面向UPS、汽车混合动力以及汽车启停电源等高倍率用电场景。

 

据悉，该款电芯具备高安全、大倍率、长寿命、低温升的核心优势，以其10C高倍率放电能力，能够持续放电5.7分钟，在10C放电情况下，温升仅为13℃，使用寿命得到显著延长。其拥有 50Ah 容量，标称电压 3.6V，能量密度 100Wh/kg，循环寿命大于 5000 次，充放电温度支持 -20~55S℃。

电解液与隔膜

目前电解液和隔膜重心是开发更稳定、更高效的电解液和隔膜，提高电池的整体性能。譬如有机电解质在钠离子电池中的研究取得一些进展，根据张福明, 王静, 张鹏, 时志强. 有机电解液在钠离子电池中的研究进展. 材料工程, 2021, 49(1): 11-22.的研究，发现醚基等有机电解液可以改善硬碳等材料在钠离子电池当中的应用

规模化生产

探索大规模生产工艺，降低制造成本，推动钠离子电池的商业化应用。譬如：

2022年12月22日，英能基在四川成都成功举行了英能基科技钠离子电池新品发布及钠离子电池量产基地落地签约仪式。

 

本次新品发布及签约仪式以“绿色创新、持续发展、世界共赢”为主题，聚焦电化能源最新发展与储能领域新宠---钠离子电池。在此次盛会上，英能基科技有限公司覃恒志董事长首次发布钠离子并宣布钠离子电池实现量产。

工作原理

钠离子电池，即依靠钠离子在正极和负极之间移动来进行充电和放电，主要由正负极材料、电解质、隔膜和正负极外壳构成。 钠离子电池与锂离子电池工作原理类似，充电时，钠离子从正极脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，保证正负极电荷平衡。放电时则相反，钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。

 

充电过程：在充电过程中，钠离子从正极材料中脱出，通过电解质迁移到负极材料中。

放电过程：在放电过程中，钠离子从负极材料中释放，通过电解质迁移回正极材料中。

主要特点

资源丰富

钠是地壳中含量最丰富的元素之一，约占地壳总质量的2.27%。相比于锂，钠资源分布广泛且开采成本低。这一特点使得钠离子电池在原材料供应方面具有明显优势，减少了对稀有金属资源的依赖，能够有效降低生产成本。

低成本

钠离子电池的制造成本较低，主要得益于钠资源的丰富性和低成本的正负极材料。常用的钠离子电池正极材料包括层状氧化物和普鲁士蓝类似物，负极材料可以是硬碳或钛酸钠等。相比于锂离子电池，钠离子电池在原材料和生产工艺上的成本优势显著，使其更具经济性。

安全性高

钠离子电池的热稳定性较高，不易发生热失控现象，降低了电池使用过程中的安全风险。其电解液选择多样化，可以选用非易燃、低挥发性的电解质体系，进一步提升电池的安全性能。这使得钠离子电池在需要高安全性的应用场景中，如储能系统和电动交通工具中，具有明显的优势。

寿命长

钠离子电池的循环寿命较长，可以进行数千次充放电循环而性能衰减较小。这一特点使其在需要长时间稳定运行的储能系统中表现优异。此外，钠离子电池在高温和低温环境下的性能保持较好，适应多种复杂的工作环境。

环保友好

钠离子电池的材料环保无毒，不含有对环境有害的重金属和有机溶剂。其生产和回收过程对环境的影响较小，符合绿色能源和可持续发展的要求。随着环保意识的提高，钠离子电池的环保优势将受到更多关注。

适用多种正负极材料

钠离子电池的正负极材料选择范围广泛。正极材料包括层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物；负极材料则包括硬碳、软碳、钛酸钠和金属钠等。这种多样化的材料选择，使得钠离子电池在性能优化和成本控制方面具有更大的灵活性。

快速充放电能力

钠离子电池的快充性能较好，可以在短时间内完成充电过程。这一特点使其在电动交通工具和应急电源等需要快速充电的应用中具有明显优势。

宽温域

钠离子电池在宽温度范围内表现稳定，能够在高温和低温环境下正常工作。特别是在高温条件下，钠离子电池的性能保持较好，这使其在一些极端环境应用中具有独特的优势。

主要品牌和产品

目前，多家企业和研究机构正在积极开发钠离子电池技术，市场上已经出现了一些钠离子电池产品和原型，以下为例举的部分品牌和产品。

中科海钠

2018 年 6 月，国内首家钠离子电池企业中科海钠推出了全球首辆钠离子电池(72V， 80Ah)驱动的低速电动车，并于 2019 年 3 月发布了世界首座 30kW/100kWh 钠离子电池储能电站。

 

2021 年 6 月推出 1MWh 的钠离子电池储能系统，并在山西太原投运。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，相关工作已经走在世界前列。

宁德时代

7月29日，宁德时代新能源科技股份有限公司成功举行了首场线上发布会，董事长曾毓群博士发布了宁德时代的第一代钠离子电池，同时，创新的锂钠混搭电池包也在发布会上首次亮相。

 

宁德时代多年来深耕钠离子化学体系材料的研发：在正极材料方面，宁德时代采用了克容量较高的普鲁士白材料，创新性地对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。在负极材料方面，宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。

立方新能源

4月19日，湖南立方新能源科技有限责任公司举行第一代钠离子电池发布会，第一代钠离子电池15分钟充电80%以上，有望在储能型新一代电池发展中占据先机。

 

立方第一代钠离子电池采用自主合成层状氧化物正极和商用高首效硬碳负极，具有高充放电倍率、高安全可靠以及优异的低温性能。软包单体电芯重量能量密度可到140Wh/Kg和270wh/L的体积能量密度；支持快速充电15分钟，SOC（荷电状态）大于80%；

亿纬锂能

2022年12月15日，亿纬锂能发布第一代钠离子电池，该产品选用圆柱形态，电芯以C40铝壳为载体，设计出大圆柱钠离子电池，10C下容量保持率高达90%，-40℃下仍能正常工作。

 

电芯内径为40mm，高度135mm，正极采用了层状氧化物材料，负极采用硬碳，能量密度为135 Wh/kg，循环次数达到2500次。

限于篇幅和信息收集的完整度，这里就不一一列举了，还有包括天钠、众钠、鹏辉、猛狮科技、海基新能源、星恒电源、蜂巢能源等等也都完成了钠离子电池的开发。

电池交易网总结

钠离子电池，作为能源领域的后起之秀，正以其资源丰富、成本低廉、安全性能高和环保友好等优势，迅速占领研究高地。从早期探索到技术突破，再到如今的商业化应用，钠离子电池的发展历程充满挑战与创新。随着技术的不断进步，钠离子电池在储能、电动交通和便携式设备等领域的应用前景愈发广阔，预示着一场能源存储技术的革命。

各大企业纷纷入局，推出自家钠离子电池产品，标志着钠离子电池技术已从实验室走向市场，商业化步伐加速。中科海钠、宁德时代、立方新能源、亿纬锂能等企业的积极布局，不仅加速了钠离子电池技术的研发和产业化，也为全球能源结构的转型贡献了中国智慧和中国方案。随着钠离子电池技术的持续优化和成本的进一步降低，其在未来能源市场中的作用将愈发凸显，为人类社会带来更加清洁、高效的能源解决方案。