原標題：在50年後，鋰離子電池的難兄難弟鈉離子電池終於實現量產！
9月15日，中科海鈉的鈉離子電池產品已於今年實現量產，該電池為全球首款具備自主知識產權的鈉離子電池，目前電芯產能可達30萬隻/月。
中科海鈉CEO唐堃表示，在大規模化生產後，海鈉的鈉電池成本優勢將更明顯。
中科海鈉是一家專注於新一代儲能體系 - 鈉離子電池研發與生產的高新技術型企業，企業擁有多項鈉離子電池材料組成、結構、製造和應用的核心專利，是國際少有擁有鈉離子電池核心專利與技術的電池企業之一。公司聚集領先的技術開發團隊，現擁有以中國科學院物理研究所陳立泉院士、胡勇勝研究員為技術帶頭人的研究開發團隊。
什麼是鈉離子電池？
要解釋什麼是鈉離子電池，我們首先說一下什麼是鋰離子電池。
電池指盛有電解質溶液和金屬電極以產生電流的杯、槽或其他容器或複合容器的部分空間，能將化學能轉化成電能的裝置。
鋰離子電池，則是一種二次電池(充電電池)，由正極、隔膜、負極、集流體(極耳)、電解液組成，以圓柱形的電芯為例，正極，隔膜和負極會像一個三明治一樣疊在一起，隨後整個浸泡在電解質液中，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。
鋰離子電池在放電時是原電池的一種，而在原電池反應中，還原劑在負極上失電子發生氧化反應，電子通過外電路輸送到正極上，氧化劑在正極上得電子發生還原反應，從而完成還原劑和氧化劑之間電子的轉移。
而在充電時，鋰離子電池運用的則是電解池原理，電流會通過電解質溶液或熔融的電解質，然後在陰、陽兩極上引起還原氧化反應。
鋰離子電池的負極多採用石墨，而碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。而當放電時，負極固相材料中會發生電化學反應，釋放出鋰離子和電子，鋰離子會進入電解質，穿過隔膜到達正極，電子則通過外部電路到達正極；而在充電時，鋰離子從正極脫嵌，經過電解質穿過隔膜，嵌入負極，負極處於富鋰狀態。
其實在二十世紀七十年代末期，鈉離子電池與鋰離子電池幾乎是同時開展研究的，但由於當時研究條件的限制和研究者對鋰離子電池研究的熱情，鈉離子電池研究曾一度處於緩慢和停滯狀態，因此，鋰離子電池也就把握住了發展機會，在今天的多數電子產品中都佔有一席之地。
而和鋰離子電池一樣，鈉離子電池(Sodium-ion battery)也是一種二次電池(充電電池)，它與鋰離子電池工作原理相似，不過它主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作，而不是鋰離子。
從元素周期表中來看，要想成為好的能量載體，就要以儘可能小的體積和重量，存儲和搬運更多的能量，原子相對質量要小，得失電子能力要強，電子轉移比例要高。而鈉與鋰屬於同一族元素，它們的化學性質相似，因此理論上鈉也可以像鋰相同用來做電池。
但是鈉的原子半徑比鋰要大很多，因為鈉原子比鋰原子要多8個電子，所以鈉原子自然要大得多，而且它比鋰要重很多，使得單位質量的電池儲能就要比鋰少。
鋰離子的負極可以使用石墨，但是鈉離子幾乎不能在石墨中脫嵌/嵌入，因此容量很小；其他碳材料經過處理最多可以達到差不多300多毫安時；離子在正極中的容量也很小，只有一百多毫安時；鈉離子的半徑大，導致鈉離子在正負極中嵌入/脫嵌時阻力很大，反覆進出正負極材料的微孔對微孔的破壞也更大；可逆性差，不可逆容量損失大。
但相比於鋰元素，鈉離子電池的優勢在於資源豐富。鋰離子電池受到了鋰資源儲量(~17ppm)和分布不均勻(~70%在南美洲)的限制(特別是我國目前80%鋰資源依賴進口)，所以鋰離子電池難以同時支撐起電動汽車和電網儲能兩大產業的發展。
而鈉資源約佔地殼元素儲量的2.64%，獲得鈉元素的方法也十分簡單，因此相比於鋰離子電池，鈉離子電池在成本上將更加具有優勢。在市場上，作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸要幾萬元；而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸只要幾千元。
除了資源豐富之外，與鋰離子電池相比，鈉離子電池由於其鈉鹽的特性，允許使用低濃度電解液。電解液負責在正負極之間傳輸離子，溶液中至少有一種離子為正極或負極的組分，而鈉離子電池採用鈉鹽電解液，在同樣濃度下，鈉鹽電解液的電導率高於鋰電解液20%左右。
此外，使用鈉離子電池還可以降低成本；鈉離子不與鋁形成合金，所以負極可採用鋁箔作為集流體，可以進一步降低成本8%左右，降低重量10%左右；鈉離子電池無過放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。以鋰電池為例，電池如果被不受保護的過度充電和過度放電，將對鋰電池的正負極造成永久的損壞。
從分子層面看，可以直觀的理解，過度放電將導致負極碳過度釋放出鋰離子而使得其片層結構出現塌陷，過度充電將把太多的鋰離子硬塞進負極碳結構裡去，而使得其中一些鋰離子再也無法釋放出來，過度放電會使負極板的銅電鍍到正極上，破壞正極的微觀結構。鈉離子電池能量密度大於100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但是其成本優勢明顯，有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。
鈉離子電池的技術難點
鈉離子電池最重要的特點就是利用鈉離子代替了價格昂貴的鋰離子，但為了適應鈉離子電池，電池的三個基本組成部分，正極材料、負極材料和電解液等都要做相應的改變。
正如上文所說，電解質溶液中至少有一種離子為正極或負極的組分，而鈉離子電池利用的是鈉離子，鈉離子電池採用的是鈉鹽電解液，因此，鋰離子電池的正負極並不一定都適用於鈉離子電池。
而自2010年以來，研究人員根據鈉離子電池特點設計開發了一系列正負極材料，在容量和循環壽命方面有很大提升，如作為正極的聚陰離子類、普魯士藍類、氧化物類材料。
中科院物理所胡勇勝研究員帶領團隊自2011年起致力於安全保、低成本、高性能鈉離子電池技術研發，開發出低成本銅基正極材料、煤基碳負極材料、低鹽濃度電解液，其核心專利獲得中國、美國、日本及歐盟授權。
上海交通大學馬紫峰教授研究小組在國家自然科學基金委和國家973計劃支持下製備了高電導特性的柔性電極，該研究小組還採用廉價的普魯士藍類材料(NaMFe(CN)6)，構築了高容量、長循環壽命的鈉離子電池正極材料。
2018年12月，南京理工大學夏暉教授與中外團隊合作，首創結構設計和調控方法，在錳基正極材料研究方面取得重要進展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關成果發表在《自然·通訊》上。
目前，我國鈉離子電池在基礎研究、技術水平和產業化推進速度方面都處於國際領先地位，在面對中國如此大的市場，相信未來鈉離子電池的研究將會獲得長足發展，鈉離子電池也能早日走進千家萬戶。
（文章來源：前瞻網）
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