一、基本概述

定義：鈉電池，即鈉離子電池（sodium?ion battery，常縮寫為 SIB 或 Na?ion Battery），是一種可逆充放電的“搖椅式”二次電池體系。其工作原理是依賴鈉離子（Na?）在正極與負極間的嵌入與脫嵌，實現電能的儲存與釋放。鈉電池的核心結構與鋰離子電池高度相似，僅用鈉替代鋰。

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圖：搖椅式發電原理示意圖

屬性特點：相較于鋰電池，鈉電池具有成本低廉、資源豐富、熱穩定性高等優勢，且有望通過技術迭代，在2030年實現與低成本鋰電的價格競爭。

二、分類信息

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三、詳細解釋

隨著全球能源轉型的加速和新能源汽車市場的蓬勃發展，鋰離子電池的生產制造規模顯著增長，但鋰資源的短缺問題日益凸顯。

相較于鋰，鈉在地殼中具有更高的豐度，成本優勢顯著，且鈉電的綜合性能與鋰電最為接近、鈉離子電池的架構、封裝工藝與鋰電池高度相似，中長期較鋰電池均有一定的成本優勢，使得鈉電池成為近年來備受關注的新型能源存儲技術。

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圖：鈉離子電池成本優勢

然而，相較于鋰離子，鈉離子的離子半徑較大，這一特性成為影響鈉電池性能的關鍵因素。較大的離子半徑導致鈉離子在電極材料中的擴散速度較慢，從而影響了鈉電池的倍率性能和循環穩定性，可能縮短電池的使用壽命。

為攻克上述性能難題，研究人員圍繞鈉電池的核心組成部分展開了大量研究與優化工作，以提高其性能。如在正負極材料方面，開發具有特殊晶體結構、高比容量和良好結構穩定性的正極材料，以及尋找低成本、儲鈉性能優異的負極材料；在電解質方面，開發新型的電解質體系，如固態電解質和離子液體，以提高鈉電池的性能和安全性。

近年來，鈉離子電池受到我國政府的高度重視和重點扶持。有關部門陸續出臺了多項政策，支持鈉離子電池加速創新成果轉化，支持先進產品量產能力建設，加快助力鈉離子電池產業化應用推進。2023年1月工業和信息化部等六部門聯合發布《關于推動能源電子產業發展的指導意見》，指導意見指出，“聚焦電池低成本和高安全性，加強硬碳負極材料等正負極材料、電解液等主材和相關輔材的研究，開發高效模塊化系統集成技術，加快鈉離子電池技術突破和規模化應用。”

四、應用價值/發展前景

鈉離子電池由于其成本低廉、資源豐富等優勢，在大規模儲能系統、電動交通工具和通信基站備用電源等領域具有廣闊的應用前景。

在大規模儲能系統中，鈉離子電池可以用于電網調峰、負荷平衡和可再生能源的儲存與調度。與鋰離子電池相比，鈉離子電池的成本更低，適合于大規模部署。

在電動交通工具領域，鈉離子電池由于其較低的成本和較長的循環壽命，適用于低速電動車、物流車和城市公共交通等領域。盡管其能量密度較鋰離子電池低，但在對成本敏感的應用場景中具有競爭力。

在通信基站備用電源領域，鈉離子電池由于其較長的使用壽命和較低的維護成本，適用于通信基站的備用電源系統。隨著通信網絡的不斷發展，對備用電源的需求不斷增加，鈉離子電池在這一領域的應用前景廣闊。

隨著鈉離子電池技術的不斷發展，其能量密度、循環壽命和低溫性能等方面取得了顯著進展。未來，隨著材料科學、電化學和工程技術的不斷進步，鈉離子電池有望在更多領域得到應用，成為鋰離子電池的有力補充。

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圖：20Ah固態鈉離子軟包電池（左）；18650固態鈉離子圓柱電池（右）

五、綠色應用難點

鈉電池作為替代鋰電的綠色儲能技術，其發展過程中仍面臨多重環境與可持續性挑戰。

鈉資源的開采和提煉過程可能會對土壤、水源等造成污染，同時電池生產環節若缺乏有效管控，也會產生廢水、廢氣等污染物；電池報廢后的回收處理若不規范，還可能導致重金屬等有害物質泄漏，造成二次污染。

此外，鈉電池的安全性和可靠性仍需進一步驗證。雖然鈉電池在理論上具有較好的安全性，但其在實際應用中的表現仍需通過大量的測試和驗證。因此，在鈉電池的研發和應用過程中，需要加強安全性和可靠性的研究，確保其在各個領域的安全應用。

現階段，國內鈉電池產業正處于快速發展時期。依托豐富原材料和政策驅動，中國的鈉電池產業已進入量產階段，并逐步推廣至兩輪車、微型電動車及儲能市場。然而存在的問題依舊明顯：能量密度仍落后于LFP鋰電，首次效率低及冷啟動性能需優化，產業鏈核心材料與回收體系仍不完善，技術標準和評估平臺亟待建立。這些挑戰在一定程度上制約了其在高端市場的突破。

本詞條貢獻者：

劉語，中國科學院工程熱物理所，研究員、長時規模儲能重點實驗室，副主任。

本詞條審核專家：

路瑞剛，中國汽車工程學會科普文化與傳播部部長

參考資料：

[1]鈉電池深度：吐故“鈉”新，分庭抗“鋰”

https://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP202303061584062989_1.pdf

[2] 胡英瑛,溫兆銀,芮琨,等.鈉電池的研究與開發現狀[J].儲能科學與技術, 2013(2):10.DOI:10.3969/j.issn.2095-4239.2013.02.001.

[3] ]中國科學院. 青島能源所在低成本高安全鈉離子電池領域獲進展[EB/OL]. (2023-10-08).

https://www.cas.cn/syky/202310/t20231008_4973368.shtml

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來源: 科普中國

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