钠离子电池汽车发布了，靠谱吗？

6月20日，中国科学院物理研究所发布新闻称，（全球）首辆钠离子电池低速电动车在物理所园区内示范演示，目前钠离子电池的能量密度已达到120 Wh/kg，是铅酸电池的3倍左右。“低成本钠离子电池有望在低速电动车、电动船、家庭储能、电网储能等领域获得应用。”中科院物理所的官方报道这样写。

钠离子电池的前世今生

听惯了锂离子电动车的吃瓜群众不禁要问，什么是钠离子电池？

认识钠离子电池，首先要知道碱金属。按照百度百科的解释，碱金属是指在元素周期表中ⅠA族除氢（H）外的六个金属元素，即锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）和钫（Fr），而钠和锂都是碱金属。由于二者的化学性质相似，在锂离子电池占据电动汽车市场主导地位的今天，钠离子电池的问世应该算不上是稀奇事。

早期的钠离子电池主要以Na/S为主，即钠硫电池，化学反应式为：

2Na+xS=Na2Sx

钠硫电池中的电解质是熔融状态的钠，所以要求运行温度达到300度以上。一些业内人士介绍，仅钠硫电池的预热就需要三天时间。

另外，钠硫电池的安全性偏低。钠的化学性质非常活泼，熔融状态的金属钠遇到空气或水都会剧烈反应，钠硫电池导致的火灾通常只能用沙子覆盖扑灭，但在清理燃烧灰烬时，钠一旦接触空气又会死灰复燃。这是钠硫电池无法大规模推广的原因之一。

常温下钠离子电池的研究，可以追溯到上世纪80年代，但是由于正负极材料难以匹配，钠离子电池的研究一度停滞不前。

进入21世纪，新能源行业的兴起带活了上游产业，各种新兴电池技术开始冒尖，常温钠离子电池也获得了新生。这一时期，钠离子相关的论文发表数量和新闻报道数量显著增加——钠离子电池开始获得更多人的关注。

1994年至今，钠离子电池相关的学术论文发表数量。

钠离子电池能套用锂离子电池的结构吗？

讨论常温下钠离子电池的研究，不得不提到锂离子电池，因为二者的工作原理十分相似，而锂离子电池已经在电动汽车市场上大获成功。

钠离子电池和锂离子电池都属于浓差电池。浓差电池是由于电池中存在浓度差而产生电势的电池，具体到钠离子电池上，在充放电过程中，钠离子不停脱、嵌于正、负极，在隔膜两侧形成浓度差，进而产生电势。打个比方，钠离子电池中电势产生的过程，就像是离子要钻到电极的“洞”里的过程。锂离子电池也是如此。

基于此，在一些业内人士看来，钠离子电池可以直接套用锂离子电池的结构和原理——反正都是“离子钻洞”，而且，锂离子电池技术已经十分成熟，直接套用可以缩短研发周期，何乐而不为呢。

但是，我对这种看法持保留意见。我认为，钠离子电池可以套用锂离子电池的结构，但是难度较大。虽然钠和锂的化学性质相似，但是物理性质相差不少。

上图为锂的半径，下图为钠的半径。

借用刚才解释浓差电池时打的比方，既然离子要往洞里钻，它的尺寸就不能过大，否则不但离子迁移的动作迟缓，还增大了“进洞”难度，即便硬挤进去，往复多次，就很有可能导致“山洞塌方”，锂离子电池业内称之为“坍塌”或“崩塌”。

上表显示，钠离子的半径比锂离子大30%左右，如果套用锂离子的电池结构，很容易使电池的循环性能大打折扣，运行几十次之后可能就彻底报废了。

另外，要谈钠离子电池套用锂离子电池的结构，必须先找到便宜好用的电极材料等。没有这个大前提，套用是不现实的。

钠离子电池成本有优势吗？

钠的地壳储量巨大（在所有元素中排第6位），受资源限制较小，因此，价格比较稳定。显然，钠的成本优势远超锂。

左图为钠离子电池常见的正极材料，右图为常见的负极材料（横坐标为克容量，纵坐标为标准电势）

但是，事实远比表格中的数据复杂。

在自然界中，钠并不是独立存在的，而是通常以盐的形式呈现出来，最常见的是NaxMO2（M一般是钴、镍、铁、锰、钒，或这几种元素的混合）。因此，对电池成本影响最大的是材料中最贵（单价x含量）的元素，而不一定是价格较低的钠。

同时，制造钠离子电池的电极材料也都不是天然存在的，必须靠后期提炼、加工和合成。因此，加工成本也是影响钠离子电池价格的重要因素。

目前，锂离子电池的规模已经十分庞大。亚化咨询的研究表明， 2017年，中国锂离子电池产量约为88.7GWh。那么，钠离子电池是否能实现类似的规模化发展呢？

我认为，在可预见的时期内，很难。

第一，钠离子电池没有价格优势。虽然钠离子的成本低于锂离子，但在短期内，钠离子电池不太可能撼动已经形成规模的锂离子电池，有限的市场需求不足以拉低钠离子电池的价格。

第二，钠离子电池的安全性较差。现阶段，钠离子电池比锂离子电池的循环寿命短，因此故障率较高、安全系数也比较低。再加上其标称容量过高，一旦发生事故，后果更加严重。

第三，钠离子电池的回收难度大。如果钠离子电池的材料成本低廉的假设成立，那么，材料可回收残值也很低，这样一来，就无法形成自循环的商业模式，而必须由额外的成本来驱动。

当然，钠离子电池的竞争力较弱，并不意味着我们要放弃研发。毕竟，新电化学体系的探索，是从0到1的突破，比在原体系去修正结构的意义更大。研究人员遵循科学的客观规律，稳步推进，钠离子电池也有希望获得重大突破。

但是，如果忽视客观规律，单纯为追逐利润，用商业化和资本化方式运作钠离子电池系统，势必对技术本身造成负担。就像幼年的孩子被寄予过高期望，反倒会影响他未来的发展。

我倒希望，有企业家或有识之士，可以不计回报地为这项新技术投入研发资金，不急不躁，悉心照料，或许钠离子电池会在不久的将来给我们带来惊喜。（完）