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什么是钠离子电池

钠离子电池是一种主要依靠钠离子在正负电极之间移动的二次电池。它的工作原理与锂离子电池相似，两者都被称为“摇椅”电池。

钠离子电池如何工作

钠离子（Na+）在正负电极材料之间的可逆脱嵌用于实现充电和放电。

当充电时，Na+从正极出来，并通过电池隔板通过电解质插入负极，使得正极处于高电位贫钠状态，而负极处于低电位富钠状态。放电过程相反。Na+从负极释放，并通过隔板通过电解质重新嵌入阳极材料中，从而使正极返回到富钠状态。为了保持电荷平衡，相同数量的电子在充电和放电期间通过外部电路转移，并与Na+一起在正负电极之间迁移，从而正负电极发生氧化和还原反应。钠离子电池的工作原理与锂离子电池基本相似。

钠离子电池的组成

钠离子电池的主要部件是正极、负极、隔板、电解质和集电器。正极和负极材料的结构和性能决定了整个电池的钠储存性能。正电极和负电极由隔膜隔开以防止短路，电解质渗透正电极和负极作为离子循环的介质，集电器起到收集和传输电子的作用。

阴极材料

正极材料主要为电池提供离子源，这决定了电池的能量密度。目前，正极材料主要有三种途径，即层状过渡金属氧化物、普鲁士化合物和聚阴离子化合物。前两者在商业应用中应用更为广泛，典型代表是中科和CATL。

负极材料

在钠离子电池的充电和放电过程中，负极材料是离子和电子的载体，这决定了能量的储存和释放，优选碳基材料。

电解质

电解质是输送离子的载体，由电解质、溶剂和添加剂组成。钠离子电池的电解质与锂离子电池非常相似。使用钠盐代替锂盐，如高氯酸钠，其成本低于锂盐。溶剂分为水性溶剂和非水性溶剂，大多数溶剂继续使用锂电池中使用的酯类有机溶剂。在添加剂方面，与锂离子电池相比几乎没有差别。

膈膜

隔膜用于分离正负电极，另一方面，它形成充放电电路，允许离子通过。钠离子电池和锂离子电池隔膜的技术相似。锂电池中广泛使用的PP/PE隔膜可以重复使用，但钠离子电池使用更多的玻璃纤维隔膜，成本更低。

集电器

钠电的集电体使用铝箔，成本远低于锂电。集电器用于连接粉末状活性材料，收集并输出由活性材料产生的电流，并将电极电流输入到活性材料。在石墨基锂电池中，由于锂与铝反应形成合金，铜箔必须用作负极的集电体。在钠离子电池中，钠和铝不会反应形成合金，因此正极和负极集电器都可以使用铝箔，成本比锂电池低得多。

钠离子电池的好处是什么

钠离子电池的技术可行性可以从以下几个方面考虑。

 

钠资源丰富，成本低

钠和锂都是碱金属元素，具有相似的物理和化学性质。两者都可以用作电池金属离子的载体。近年来，随着锂离子电池的大规模应用，锂资源已进入供不应求的供需格局。钠资源在地壳中具有较高的元素丰度和较低的成本。

钠离子电池具有优异的性能

从电池性能来看，钠离子电池也很出色。钠离子的溶剂化能低于锂离子，即具有更好的界面离子扩散能力。同时，钠离子的斯托克斯直径小于锂离子，相同浓度的电解质比锂盐电解质具有更高的离子电导率。较高的离子扩散能力和较高的离子电导率意味着钠离子电池的倍率性能更好，功率输出和接受能力更强。所公开的钠离子电池具有3C及以上的充放电率，以及大规模的能量存储。当应用于FM时，它可以很好地应用。

高低温性能更好

超过70%的容量可以在-40°C的低温下释放，并且可以在80°C的高温下进行充放电，这将减少空调系统在能量存储系统（如Powerwall、家庭电力存储等）级别的功率配额。它还可以减少温度控制系统的在线时间，从而降低能量存储系统的主要输入成本和操作成本。

钠离子电池比锂电池更安全

钠离子电池的内阻略高于三元锂和磷酸铁锂电池。一旦发生热失控短路，钠离子电池的短路电流相对较低，瞬时发热相对较弱。此外，钠离子电池可以放电到0V。如果锂电池过度放电，会导致负极吸收铜，并且容易刺穿隔膜，造成内部短路和热失控。针灸时，钠电池不会起火或爆炸，因此根本没有问题。

在环境保护方面具有强大的竞争优势

铝箔用于钠电池的正极和负极，电池的结构和组件更简单，更易于回收和再利用，使钠电池绿色环保。相比之下，铅酸蓄电池中所含的铅和酸成分会污染环境，因此对环境不太友好。

尽管钠电池的核心能量密度和循环寿命指标弱于锂电池，但其成本优势仍使其在储能等下游应用场景中更加经济。

以铅酸电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池和钠离子电池储能为例，利用该模型计算了各种电池在调峰应用场景下的全生命周期电能成本，考虑到功率损耗，钠电池的电能成本上限分别为52.2%、32.4%，分别比铅酸电池、磷酸铁锂电池和三元锂电池低54.3%。

钠离子电池的未来发展

中国的相关政策明确了未来几年大力发展商业储能的政策方针。与抽水蓄能和压缩空气储能相比，电化学储能完全不需要考虑地理条件。它可以在几乎任何位置配置任何容量的储能装置，并且具有高充电和放电效率。这是中国接下来的几年。近年来大力发展电化学储能的重要原因之一。同时，为了实现能源转型，减少或避免风力和光的削减，中国的风力光伏产业必须配备储能设备。

电化学储能的市场政策为钠离子电池带来了发展机遇。钠离子电池的理论成本更低，工作温度更宽，性能更符合储能环境。其在-20°C下的容量保持率大于88%，这意味着与锂离子电池相比，钠离子电池可以有效解决高山地区储能电站效率低的问题。

由于储能市场规模巨大，即使锂离子电池目前用于各种储能项目，其覆盖范围也很小。也就是说，即使钠离子电池能够在几年后真正应用于储能行业，其市场空间也不会被锂离子电池占据太多，仍然可以大规模装载和应用。