鈉離子電池進(jìn)入國家重大技術(shù)裝備名單，產(chǎn)品研發(fā)、商業(yè)應(yīng)用同步推進(jìn)

“雙碳”背景下，儲能行業(yè)發(fā)展前景廣闊。受此影響，鈉離子電池一直站在風(fēng)口上。今年以來，具有更低成本儲能優(yōu)勢、更安全性能的鈉離子電池開始受到業(yè)界青睞。

5月13日，國家能源局公布了2021年度能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備(項目)名單，包括75項技術(shù)裝備，其中儲能領(lǐng)域涉及8個技術(shù)裝備(項目)，氫能涉及4個。中科海鈉研發(fā)并于2021年6月28日投運的1MWh鈉離子儲能電池系統(tǒng)成功入選。

2021年6月28日，全球首套1MWh鈉離子儲能系統(tǒng)在山西太原正式投運。該項目是中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項大規(guī)模儲能關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范項目，由中科海鈉和中科院物理所聯(lián)合打造，目前運行狀況良好。

該系統(tǒng)以鈉離子電池為儲能主體，結(jié)合市電、光伏和充電設(shè)施形成微網(wǎng)系統(tǒng)，可根據(jù)需求與公共電網(wǎng)智能互動。1MWh鈉離子儲能電池系統(tǒng)研制成功具有重大意義，標(biāo)志著我國在鈉離子電池技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化走在了世界前列，同時意味著鈉離子電池步入商業(yè)化應(yīng)用新階段。

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鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化邁出第一步

依托中科院物理所的中科海納成立于2017年，是國內(nèi)首家專注于鈉離子電池開發(fā)與制造的企業(yè)，在關(guān)鍵材料方面已獲得國內(nèi)、外專利近三十個。近年來先后推出鈉離子電池電動自行車、電動汽車和儲能電站的示范。

2018年6月，中科海鈉推出全球首輛鈉離子電池(72V·80Ah)驅(qū)動低速電動車;

2019年3月，中科海鈉發(fā)布了世界首座30 kW/100 kWh鈉離子電池儲能電站，標(biāo)志我國在鈉離子電池的應(yīng)用示范方面走在了世界前列;

2021年1月，中科海鈉推動鈉離子電池團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定;

2021年6月，中科海鈉在太原投入運行全球首套1MWh鈉離子電池光儲充智能微網(wǎng)系統(tǒng);

2021年12月，1MWh鈉離子儲能電池系統(tǒng)入選“2021年度能源領(lǐng)域首臺(套)重大技術(shù)裝備項目”，這是鈉離子電池相關(guān)項目首次入選首臺(套)名單并得到國家能源局官方認(rèn)可;

2021年12月，中科海納與三峽集團(tuán)及安徽阜陽市人民政府共同建設(shè)的全球首條鈉離子電池規(guī)模化量產(chǎn)線，總規(guī)劃產(chǎn)能為5GWh，其中一期1GWh將于2022年正式投產(chǎn)。未來還將推動建設(shè)不少于30 GWh的鈉離子電池產(chǎn)線。

此次合作標(biāo)志著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)入新階段，開啟新篇章。

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鈉離子電池VS鋰離子電池

鈉離子電池是一種二次電池(充電電池)，主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。鈉離子電池主要包括鈉硫電池、鈉鹽電池、鈉空氣電池、有機(jī)系鈉離子電池、水系鈉離子電池。

鈉離子電池的出現(xiàn)是鋰離子電池技術(shù)的補(bǔ)充，不過鈉離子電池能量密度低，只適合用在對能量密度要求不高的領(lǐng)域，比如儲能。

鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理相同、工藝類似，二者均屬于二次電池，其工作原理都是“搖椅式”。鈉離子電池與鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致，鈉離子置換鋰離子。與鋰電池一樣，鈉電池主要由正極、負(fù)極、集流體、電解液和隔膜組成。

相比于鋰資源，鈉資源更加豐富，且容易獲得。鈉離子電池的原材料不會像鋰電池一樣有儲量不足的擔(dān)憂。再加上目前碳酸鋰價格穩(wěn)定在高位，相較于鋰離子電池，鈉離子電池更具成本優(yōu)勢。

另外，鈉離子電池倍率性能更好、電池壽命更長、安全性能更高，未來發(fā)展前景廣闊。

·更低成本優(yōu)勢：

與鋰相比，我國鈉資源儲量豐富、分布廣泛。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，鈉資源的地殼豐度為2.75%，是鋰資源的423倍，并且遍布全球，提煉技術(shù)簡單。

鈉離子電池使用的電極材料主要是鈉鹽，具有較大成本優(yōu)勢。這是因為鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料。相較于鋰離子電池采用的三元正極材料，原料成本降低一半。

鋰是一種不可再生的戰(zhàn)略資源，而我國作為鋰資源消費大國，絕大多數(shù)鋰資源供給都依賴進(jìn)口。鋰礦供給不足與需求過快增長的矛盾日益突出。因此，鈉離子電池若能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，將減少我國對于鋰資源的依賴，從而保障能源安全。

·安全性較高：鈉離子電池電化學(xué)性能相對穩(wěn)定，具有相對較低的能量密度和放熱焓值，安全性較高。因此，鈉離子電池不會過充、過放、短路，針刺不起火，擠壓均無起火和爆炸現(xiàn)象。

·低溫性能優(yōu)異：在-20℃低溫環(huán)境中，鈉離子電池也擁有90%以上的放電保持率，-40℃約80%放電保持率。

·快充性能優(yōu)：鈉離子電池相同濃度的鈉鹽電解液比鋰鹽電解液離子電導(dǎo)率更高，第一電離能更小，常溫下充電15分鐘電量可達(dá)80%以上。

另外，鈉離子的密度、安全性、充電速度都完勝鉛酸電池。目前鉛酸電池僅在成本上具有優(yōu)勢，未來鈉離子電池規(guī)模化后成本可接近鉛酸電池。

鈉離子電池優(yōu)勢 來源: 錦緞研究院

鈉離子電池的待解問題：

鈉離子電池雖然具有多種優(yōu)勢，其劣勢仍然是影響其大規(guī)模投產(chǎn)的重要因素。

·能量密度：在儲能電池中，鈉離子電池的能量密度并不高。相較于鋰離子電池存在能量密度劣勢，鈉離子電池的能量密度比鋰離子電池低20%，在新能源汽車動力電池和手機(jī)等電子產(chǎn)品電池方面很難取代鋰離子電池。但是鈉離子電池有望逐步取代鉛酸電池(鈉離子電池能量密度是鉛酸電池的4倍左右)。

·產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展：目前鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，尚未實現(xiàn)大規(guī)模投產(chǎn)。鈉離子電池的潛在性能缺陷還比較多。以目前的研發(fā)進(jìn)展來看，鈉離子電池應(yīng)更多聚焦于技術(shù)研發(fā)攻堅。

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寧德時代布局鈉離子電池進(jìn)程

2022年3月30日，寧德時代入選美國《時代》周刊(TIME)“最有影響力的100家企業(yè)”榜單。上榜理由是，寧德時代革命性地推出了鈉離子電池，并表示將于2023年形成基本的鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈。

早在2020年6月寧德時代成立21C實驗室時，就把鈉離子電池作為中短期的三個主要研究方向之一。

2021年7月29日，寧德時代發(fā)布了第一代鈉離子電池，能量密度160Wh/kg，略低于磷酸鐵鋰電池，但低溫性能和快充具有明顯優(yōu)勢，常溫下15分鐘可充滿80%的電量，在-20℃的低溫環(huán)境，可實現(xiàn)90%以上的放電保持率，系統(tǒng)集成效率可達(dá)80%以上。

2022年寧德時代已布局無負(fù)極金屬電池技術(shù)，并申請專利，據(jù)悉或?qū)?yīng)用于下一代鈉離子電池。這意味著將實現(xiàn)此前寧德時代在鈉離子電池發(fā)布會上公布的下一代鈉離子電池能量密度超過200Wh/kg的目標(biāo)。

2022年5月5日，寧德時代在2021年度業(yè)績網(wǎng)上說明會上表示，公司正致力于推進(jìn)鈉離子電池在2023年實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

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眾企業(yè)積極布局鈉離子電池

隨著儲能市場需求不斷擴(kuò)張，儲能技術(shù)發(fā)展迎來難得機(jī)遇。鈉離子電池技術(shù)在中國的商業(yè)化進(jìn)程勢不可擋，除了處于行業(yè)領(lǐng)先地位的中科海鈉、寧德時代，國內(nèi)已有多家企業(yè)正積極進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的相關(guān)布局，并取得重要進(jìn)展。

欣旺達(dá)

截至2021年年末，欣旺達(dá)的鈉離子電池技術(shù)還在開發(fā)中。欣旺達(dá)公開表示，公司擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉方法、鈉離子電池及其制備方法等多項專利。

2021年度，欣旺達(dá)營收373.59億。但是欣旺達(dá)生產(chǎn)的產(chǎn)品，主要是消費型鋰離子電池，下游主要應(yīng)用于手機(jī)數(shù)碼、筆記本電腦，以及一些智能硬件設(shè)備上。這三類營收占比高達(dá)80%以上。

鵬輝能源

截至2021年年末，鵬輝能源實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，向?qū)嶋H應(yīng)用邁近了一步。根據(jù)鵬輝能源董秘介紹，目前公司還無法量產(chǎn)。因為現(xiàn)在生產(chǎn)出來的鈉離子電池，根本不具備成本優(yōu)勢。

2021年度，鵬輝能源營收只有56.93億。別看鵬輝能源業(yè)務(wù)總規(guī)模不大，但其儲能電池營收占比高達(dá)31%(2021年度數(shù)據(jù))。2021年度，鵬輝能源儲能電池出貨量，在TOP10中國企業(yè)中已排名第二。

中國石油

2022年4月1日，中國石油連發(fā)三項儲能招標(biāo)，分別為：《高功率電化學(xué)儲能電池管理系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)開發(fā)》、《鈉離子電池及儲能裝置開發(fā)與應(yīng)用》。在儲能電池技術(shù)路線選擇上，中國石油明顯青睞鈉離子電池和鈦酸鋰電池。

中石油對鈉離子電池的布局重點，一是在滿足循環(huán)5000次以上、-20℃~60℃耐溫寬的正負(fù)極電極材料研發(fā)，二是在電芯產(chǎn)品研發(fā)、實現(xiàn)鈉電電芯批量制備，第三要開發(fā)電池管理系統(tǒng)與能量管理系統(tǒng)、電池模組集成技術(shù)等，最終要開發(fā)出安全穩(wěn)定運行的低成本百千瓦級鈉電儲能裝備，實現(xiàn)50kW/100kWh的鈉離子集裝箱式儲能裝備在油田場景下的應(yīng)用示范。

山西新陽清潔能源

2022年3月，山西新陽清潔能源全國最大鈉離子電池規(guī)劃項目成功送電，該項目第一條鈉離子電池生產(chǎn)線進(jìn)入設(shè)備調(diào)試最后階段，于3月底試生產(chǎn)。

山西新陽清潔能源是華陽集團(tuán)旗下子公司，項目由華陽集團(tuán)與中科海鈉、開源資產(chǎn)合作建設(shè)，擬投資2.8億元，建設(shè)年產(chǎn)圓柱鋼殼鈉離子電芯4000萬只、方形鋁殼鈉離子電芯400萬只的兩條生產(chǎn)線。這也是華陽集團(tuán)繼與中科海鈉合作打造全球首套1GW鈉離子電池儲能系統(tǒng)后，再次涉足鈉離子電池。

江蘇眾鈉能源科技有限公司

江蘇眾鈉能源成立于2021年1月，是國內(nèi)最早推進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的硬科技企業(yè)之一，也是全球第一款硫酸鐵鈉電池的生產(chǎn)者。

公司依托來自蘇州大學(xué)、南京大學(xué)、廈門大學(xué)、福州大學(xué)、浙江大學(xué)及中科院納米所等國內(nèi)6所雙一流高校的聯(lián)席科學(xué)家團(tuán)隊，圍繞聚陰離子技術(shù)路線進(jìn)行電化學(xué)材料體系及工藝路線深度攻關(guān)，并已成功制備出具有明顯價格和性能優(yōu)勢的單體鈉離子電芯。

中國長城

中國長城科技集團(tuán)股份有限公司從事的主要業(yè)務(wù)包括：高新電子、網(wǎng)絡(luò)安全與信息化、電源、園區(qū)與物業(yè)服務(wù)及其他業(yè)務(wù)。

旗下公司于2016 年開始進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)布局，目前已經(jīng)突破了鈉離子電池正極材料合成與處理技術(shù)、鈉離子電池制造工藝技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，取得發(fā)明專利授權(quán)4項。

上海奧威科技開發(fā)有限公司

上海奧威科技開發(fā)有限公司成立于1998年，專業(yè)從事雙電層電容器及超級電容器的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售，上海奧威科技開發(fā)有限公司一直在做鈉離子電容器的研發(fā)工作，該項工作也是奧威科技2021年計劃的前瞻研發(fā)的重要內(nèi)容。

四川長虹新能源科技股份有限公司

四川長虹新能源科技股份有限公司是四川長虹控股集團(tuán)旗下子公司，是集一次堿錳電池、二次鋰離子電池等產(chǎn)品研發(fā)、制造、銷售為一體的國家級高新技術(shù)企業(yè)。

2021年底，長虹新能源材料實驗室發(fā)布消息指出，實驗室與電子科技大學(xué)聯(lián)合研發(fā)，在鈉離子電池領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，該新型技術(shù)可使鈉離子電池實現(xiàn)超級穩(wěn)定、超長壽命、超高倍率。

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鈉離子電池潛力巨大

在“雙碳”背景加持下，大規(guī)模發(fā)展儲能已成定局，國家層面已經(jīng)出臺了多個支持鈉離子電池發(fā)展的相關(guān)政策：

2021年7月15日，國家能源局官網(wǎng)發(fā)布的《國家發(fā)展改革委 國家能源局關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確提到加快鈉離子電池等技術(shù)開展規(guī)?；囼炇痉丁?/p>

2021年8月25日，工信部在回復(fù)全國政協(xié)委員《關(guān)于在我國大力發(fā)展鈉離子電池的提案》時表示，高性價比的鈉離子電池有望成為鋰離子電池的重要補(bǔ)充，尤其是在固定式儲能領(lǐng)域?qū)⒕哂辛己冒l(fā)展前景。

《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》和《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》均提出要研發(fā)及優(yōu)化鈉離子電池的儲能技術(shù)。

科技部也將在“十四五”期間實施“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項，并將鈉離子電池技術(shù)列為子任務(wù)，以進(jìn)一步推動鈉離子電池的規(guī)?；?、低成本化，提升綜合性能。

目前，鈉離子電池尚處于產(chǎn)業(yè)化初期，但在技術(shù)路線和功能場景等方面已經(jīng)具備了巨大的發(fā)展?jié)摿?。鈉離子電池并不是鋰離子電池的競爭者，而是互補(bǔ)、合作關(guān)系，二者可以完美地適用于儲能和新能源汽車(消費電池)領(lǐng)域，是我國未來新型電力系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分。

我國在鈉離子電池產(chǎn)品研發(fā)制造、標(biāo)準(zhǔn)制定以及市場推廣應(yīng)用等方面的工作正在全面展開，寧德時代、中科海鈉等相關(guān)企業(yè)的相繼入局，正在為鈉離子電池在中國的商業(yè)化打下堅實的基礎(chǔ)。

來源：中國能源網(wǎng)

文：李穎