钠离子电池——未来储能技术的重要一极
在7月29日，万众瞩目的宁德时代钠离子电池发布会终于举行，已经被大家期待许久的钠离子电池终于揭开了它工业化应用前景方面的面纱。在未来几年内，它将有希望成为储能技术中的重要一极，为中国的新能源事业发展，为双碳目标的达成实现贡献出自己的一份重要的力量。在这里笔者想简单介绍和分析一下钠离子电池的工作原理和应用前景，在未来各种储能技术的竞争中可以占据怎样的市场格局。
钠离子电池是什么：锂离子电池的表兄弟
锂离子电池和钠离子电池都是二次电池（secondary battery），之所以是二次是因为它们都是利用了在正极和负极不同电势位之前穿梭的锂/钠离子来进行能量的可逆存储——释放功能，也就是能够充电——放电。以充电为例：锂离子电池的工作原理如下图所示：
钠离子电池从工作原理上其实与锂离子区别不大：都是典型的二次电池的结构：使用的材料有不同（比如在钠电里使用的普鲁士蓝/白在锂电中没有严格对应物），但是仔细一看，很多其实都有一些联系（层状氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2VS Na-Cu-Fe-Mn-O，石墨VS硬碳，LiPF6VS NaPF6）。
锂离子电池 | 钠离子电池 | |
正极 | 磷酸铁锂 层状氧化物(LiNixCoyMn1-x-yO2) | 层状氧化物Na-Cu-Fe-Mn-O 普鲁士白Na1.92Fe[Fe(CN)6] |
正极集流体 | 铝箔 | 铝箔 |
负极 | 石墨为主 | 硬碳等炭系材料 |
负极集流体 | 铜箔 | 铝箔 |
电解液 | LiPF6溶于各种有机脂类电解液+添加剂 | NaPF6溶于一些有机脂类电解液+添加剂 |
隔膜 | 多孔聚烯烃膜 | 多孔聚烯烃膜 |
钠离子电池在资源和成本上的优势
说到这里，有人可能会问：钠离子电池其实开发也已经有很多年了，研究历史也不见得比锂电池短，那为什么到最近几年它开始更为高调的进入了人们的视线呢？
其实有一条很重要：资源和成本上的优势。
新冠疫情的冲击导致的全球经济冲击与“放水”的影响，全球受极端气候影响以及新能源的大发展可以说是近两年来让所有人都印象深刻的事情。而在这样的多重影响下：今年很多上游的重要金属原材料的的需求都在不断攀升，相应的某些带有金字旁的股票也在一路水涨船高。在资本市场上当然他们就是最靓的仔，但是如果落实到真正的制造业的发展中可能就有一些问题要思考了：
要知道在新能源行业不断发展的今天，锂电池对于这几种核心元素的需求不断上升的前景是非常确定的。那我们是否有另外一条技术路线，其性能与锂电池有相似之处，但是对这些资源又没有那么依赖呢？这在技术—经济性的方面具有战略级的意义。
所以我们有了钠电池：钠电池的正极材料不论是普鲁士白还是层状化合物一类，都不需要锂、镍、钴这三种相对贵重金属，而且负极也可以使用更便宜的铝箔（锂电是铜箔），钠电的电解液使用的盐是LiPF6的兄弟版本NaPF6（制备工艺几乎不会更复杂而且钠比锂便宜的多）。所以不难看出，锂电用的几乎所有原料/组成部分，钠电要么一样，要么有一个完全对应的更低成本成本的材料，这也使得从材料本征特性来评估（即BOM角度），钠电先天就具有更低成本——更经济的优势（如下图所示，两种钠离子电池电芯原材料成本为0.37元/Wh，明显低于磷酸铁锂0.47元/Wh），对于我们在新能源必然大发展的背景下降低对于相对贵重金属的依赖必然是一个至少可以考虑的选择。
此外，从生产工艺上，钠电几乎可以模仿/借用锂电池几乎所有的工序和设备，省去了另外专门摸索设备工艺的很多事情。更何况钠离子电池其实自己也有一些性能上的特点优势——更经济是它的优点，但是并不是唯一的优点。
摘自《室温钠离子电池技术经济性分析》，作者方铮等，储能科学与技术2016年第5卷第2期
宁德时代钠电性能简析与使用场景
所以宁德时代的钠电，性能如何，有哪些亮点可以让我们期待其优势不只在成本一个方面呢？
从官方的介绍我们可以知道：
能量密度：单体能量密度适中160wh/kg（目前磷酸铁锂的比较好的可以做到180Wh/kg），下一代在开发的产品有望达到200Wh/kg
快充性能：15分钟达到80%（应该是优于一般的非功率/快充型磷酸铁锂的）
低温性能：零下20度有90%的放电保持率（明显优于磷酸铁锂电池）：
安全性能：热稳定性超过国家安全要求（从图上的描述看应该与磷酸铁锂相当）
寿命性能：可以达到3000次，（与磷酸铁锂相当）
所以总体来说，相比于磷酸铁锂，钠电虽然能量密度略低，但是其在低温性能和快充方面有明显优势，因此可以说在性能上各有千秋，因此有理由相信其可以在磷酸铁锂的应用领域大展拳脚：
在储能方面：钠电的更优异的快充能力将可能是很大的优势——储能常常需要在瞬时高倍率进行能量存储——充电。
在商用车/乘用车方面：钠电的综合性能应该是可以和磷酸铁锂电池一较高下的，不过尤其是在偏中高端的乘用车上使用，体积能量密度、工化业的成熟度等更多要考虑的因素都是需要关注的重点。相信钠离子电池在接下来的几年中能够不断的提升性能，把其性能的全貌带给我们，并在汽车领域中的使用不断给我们带来惊喜。
在A00级车/两轮车/小动力方面：在这个赛道上，成本有时可能会是最为重要的，此时，钠电池可能会获得比起商用车/乘用车领域中更大的优势。
但是说句实话：磷酸铁锂未来面临的会是一个非常走量的市场，盘子整个是很大的，所以如果钠电哪怕是和磷酸铁锂分庭抗礼了，大家共同面对的是一个增量更大的大蛋糕，因此也没有必要因此就对磷酸铁锂的未来抱特别悲观的态度——大家都是节能减排战壕里的战友：）
宁德钠电技术路线对于现有锂电池技术路线/其它竞争储能技术的影响？
在刚才说到了钠电池相比于磷酸铁锂技术路线的竞争力，那么在此，笔者也想扩展一下，综合比较一下钠电池路线相比于其它几种主要电池/储能路线的优劣，大胆猜测一下它可能怎样影响市场格局：
1）锂离子电池——三元电池。大概率影响不太大——因为钠电与磷酸铁锂电池有一定的相似度，而磷酸铁锂和三元电池目前在市场的竞争中其实已经达到了一个微妙的近平衡态，分别瓜分了不同的市场部分。所以钠电大概率与磷酸铁锂一起去消化相应的市场份额，而不是去与三元竞争。
2）锂离子电池——锰酸锂。可能竞争不小——目前锰酸锂主要还是依靠其成本优势在小动力方面占有一席之地，但是在成本方面钠电会比之前磷酸铁锂对锰酸锂形成更大的成本上的接近，而其循环又大概率优于锰酸锂，因此还一直执着于锰酸锂电池的企业接下来可能要小心了。
3）锂离子电池——钛酸锂。我是说不清楚了哈哈——看看这几年的钛酸锂的装机量，在哪个方向实现突破其实一直还没太搞明白，技术的存在其定位很重要。钛酸锂最大的敌人我都怀疑不是其它几个技术，其实是它自己。
4）铅酸电池。影响较大——铅酸目前形势不妙，在动力领域的锂电化已经成为了公认的全球趋势，铅酸已经受磷酸铁锂挤压很严重了，这不又冒出一个动力也行储能似乎更好成本还可能更低的锂电的兄弟，铅酸恐怕压力更大了。
5）超级电容器。可能有那么点影响？其实本来电容和电池的应用领域总体来说重叠度并不高，一个偏极瞬时功率，一个偏时间更长些功率与能量结合。不过看起来钠电成本不高，倍率性能也不错，有那么点电容电池（hybrid battery）的意思，一定程度上向一些更偏功率应用的场景去使用似乎也不是没可能。
6）抽水储能。参考磷酸铁锂？可能有一些——我觉得钠电/锂电储能相对于抽水储能的关系是可以放成一个整体来看的，可能钠电成本的优势会让电化学相比于抽水的比例有一些提高。
7）其它电化学储能体系——如液流？不太好说。与其去探究钠电如何，不如多想想液流电池自己目前的情况，实际的优劣在哪里。还是那句话，很多技术是要互相比，但是某种意义上可能还是需要多自己和自己比比——提高优点，补齐短板，找准定位很重要。
小结
绿色发展是人类的发展的目标，而我国作为负责任发展的大国，双碳愿景的达成已经成为国策，大力发展高新制造业的决心更是空前坚定。对于中国这样的大国来说，在一个技术领域（储能）中的多个赛道做全面布局本身就是再天经地义不过（大国有这个实力和战略考量）。
因此，发展钠电池最少也有全面布局技术赛道的战略意义，更何况其在资源安全、成本优势、倍率等方面还有一些自己独特的优势，所以我们有理由相信钠电池作为一种重要的技术方向，其未来一定最少可以找到适应自己的一块细分市场，为中国的高新技术制造业贡献力量，为人类绿色发展愿景的达成尽一份力。
向勇于开发新技术，不断进取的宁德时代致敬；向在钠电池赛道中一直默默努力耕耘的钠电池研究、技术人员致敬！
