不用钴不用锂 钠离子电池为什么变成研究新方向

目前，中科院物理所在国际上首次发明了钠离子电池正极材料，不用钴，不用锂，用的是相对比较便宜的钠铜铁锰。负极材料开创性地用无烟煤来做材料，无烟煤是能够取得高碳比最便宜的原材料。这样，在核心的正负极材料、电压体系和电池设计中，实现了综合的全体系创新，从而降低电池成本和提升性能。

目前，我国在锂电池领域已经做到了世界级的突破，去年锂电池在电动汽车领域的渗透率已经超过20%。但是这也带来一个很大的问题，如果实现全面电动化之后，我国80%锂电池的锂元素-碳酸锂都要靠进口。

实现电动化的初衷是为了破解进口石油依赖问题，现在又遇到了一个新的资源依赖问题——锂资源80%在南美，跟石油一样面临着成本、战略安全等问题。科学家及经济分析师在十几年前就预见到，如果全世界的汽油车都变成锂电池驱动，南美洲可能就会成为新的中东。

除了电动汽车产业外，风电光伏也可能成为未来能源的重要供给路线，但新能源发电的间歇性与波动性对储能提出了很高的要求。电网的发输配用必须是联动的，所以对储能电池的需求会更大。如果未来储能或者新能源发电占到50%，配套5-10%的储能电池，那对电池的消耗量就非常大，甚至超过目前对动力电池的需求。

一般来说，电池成本等于原料成本加上制造费用，分析目前锂电池里面用的几种元素，钴是最贵的，所以有团队在研制无钴电池。镍也是相对比较贵的，过去几个月镍价格波动很大。锂也成了影响价格的重要因素，在过去1-2年内，碳酸锂价格每吨从4万元，最高涨到50万元，涨了10多倍。所以元素成本对于电池成本影响是非常明显的。

发展钠离子电池，就是希望在新的电池体系中降低元素成本，不用钴，不用锂，把它替换成更廉价的钠离子电池，从而实现电池成本大幅度降低。

钠离子电池在原理上跟锂离子电池是完全相同的，在制造工艺上也是类似的，目前和锂电池生产线设备是兼容的。把锂电池的正极材料、负极材料与电解液中的盐替换成含钠的材料即可，负极材料替换成无烟煤制备的负极，正极材料不用磷酸铁锂，用含铜的过渡金属氧化物。

这在战略上这是非常可行的，目前锂电池所有核心技术，包括工艺设备都可以借鉴。在第一性原理下实现降成本，1吨碳酸锂价格最高的时候是40-50万元，1吨碳酸钠的价格大概是2000-3000元，成本差距是巨大的。

对比钠离子电池跟锂离子电池，前者能量密度稍微低一些，能量密度目前最高超过160瓦时每公斤，但在低温充电、低温放电安全性与环保性上都有很大的优势，对比铅酸电池是碾压性优势，所以钠离子电池是一种高性价比电池体系。

钠离子电池能量密度不如锂离子电池，不适合用在手机、笔记本，包括一些长巡航无人机等产品，但在低速电动车，包括目前的A0级的车是它的用武之地。另外，规模储能是钠离子电池一个核心战场，未来在双碳战略目标下对储能要求非常高，这是个千亿到万亿级的新市场，是一个巨大的增量市场。

全世界已有多家公司做钠离子产品，尤其宁德时代宣布做钠离子电池之后，国内也有很多新的钠电池创业公司出现。初创企业领跑，大企业开始布局，钠离子电池共识逐步确立，国家对钠离子电池是产业支持的新兴方向，希望钠离子电池真正实现从梦想到现实。

(作者系中科海钠执行董事长，本文摘编自其在INNOCHINA中国产业创新大会-北大创新评论春季论坛上的发言)