宁德时代发布第一代钠离子电池，能量密度达全球最高水平

8 月 6 日，宁德时代取得钠离子电池的专利。根据企查查资料，该专利包括正极极片、负极极片、隔离膜及电解液。至此，宁德时代与钠离子电池 “深度绑定”。

“第一代钠离子电池实现 160Wh/kg 的能量密度，已经处于当前全球最高水平。”宁德时代董事长曾毓群表示。7 月 29 日，宁德时代用一场 10 分钟的线上发布会，为我们揭开其第一代钠离子电池的 “神秘面纱”。

图丨宁德时代钠离子电池发布会（来源：宁德时代）

那么，钠离子电池是否将成为动力电池市场的主流？它的性能优势适用于哪些应用场景？动力电池是否将提前进入 Twh 时代？

能量密度达钠离子电池全球最高水平

据宁德时代的发布数据，第一代钠离子电池电芯单体能量密度可达 160Wh/kg；常温下充电 15 分钟，电量可达 80% 以上；在 - 20°C 低温环境中，拥有 90% 以上的放电保持率；系统集成效率可达 80% 以上；热稳定性远超国家强标的安全要求。

总体来看，第一代钠离子电池的能量密度略低于磷酸铁锂电池（180Wh/kg），但是，在低温性能和快充方面具有优势，特别是在高寒地区高功率应用场景。

图丨第一代钠离子电池与磷酸铁离子电池性能对比（来源：宁德时代）

钠离子的 “个头” 比锂离子大很多，所以，在正负电极之间的传递比较困难，这就在理论上决定了钠离子的能量密度比锂离子低及倍率性能弱。

美国国家发明家科学院院士、宾夕法尼亚州立大学电化学发动机中心主任王朝阳教授对 DeepTech 表示，衡量电池快充指标，要同时看 “三个要素”，即充电时间、充电后所获能量、快充产生的循环次数。

王朝阳解释道，“几乎所有的电池都可以快充，性能的衡量关键点就在于其使用寿命。快充有没有损害到电池寿命，具体有多少循环次数，这是很重要的参数。”

据了解，目前世界上动力电池的最佳快充水平，是 10 分钟获得 220Wh/kg，同时可进行 1000 次以上循环。

动图丨钠离子工作原理（来源：宁德时代）

王朝阳指出，从宁德时代已发布的性能指标看，其所透露的信息量还不够大，比如 - 20°C 低温环境中，拥有 90% 以上的放电保持率，具体是在多少的放电倍率上实现的。在低温环境中，从 0-100 公里 / 小时加速时间是一个重要的性能指标。

“另外，钠离子电池的快充水平待进一步信息披露后，再进行性能指数对比衡量。” 王朝阳说。

图丨王朝阳（来源：受访者）

那么，动力电池是否可以同时具备高性能、高能量密度、高功率、高快充能力，又高安全呢？

王朝阳表示，动力电池的安全性或稳定性与高性能是相互冲突的，单纯靠改变电池材料没办法同时做到高能量密度、高功率、高快充能力，又高安全。

钠离子电池的安全性基本上来源于它的低能量密度，像铅酸电池、镍氢电池这些能量密度都比锂离子电池小，安全性自然相对高。所以，如何实现高性能、高能量密度的基础上又能达到高安全性好，这也是科学领域的挑战。

“要解决这个问题，相信需要一场电池基本结构百年以来的革命，然后才能同时实现动力电池的高能量密度、高性能、高功率，又安全性高。” 王朝阳说。

与锂离子电池兼容互补，某些应用场景下可替代锂离子电池

不同化学材料体系的电池各有不同的 “天生优势”，如磷酸铁锂电池、钠离子电池热稳定性和长寿命性能更优，钠离子电池、三元锂的低温性能、快充性能则更突出，而三元锂电池的能量密度明显高于其它两者。

锂钠混搭电池包在宁德时代钠离子电池发布会中首次亮相，在一个电池包中搭载了锂离子电池和钠离子电池 “合二为一”，实现了锂钠电池的集成混合共用。

动图丨锂钠混搭电池（来源：宁德时代）

锂钠混搭电池包既弥补了钠离子电池现阶段的能量密度短板，也发挥了高功率、低温性能的优势。

宁德时代对 DeepTech 表示，通过 AB 电池系统解决方案将不同材料体系的电池混合共用，达到取长补短、1+1＞2 的效果，突破单一电池材料体系的适用边界，拓展更多应用场景。

AB 电池系统解决方案，主要通过电池管理系统（BMS）的精准算法进行不同电池体系的均衡控制。通过 BMS 对不同电芯的电压、温度、SOC（state of charge）分别进行监控保护，根据不同材料的衰减曲线调整整个电池系统的 SOH（state of health）状态。

宁德时代称，下一代钠离子电池能量密度将突破至 200wh/kg。“而能量密度突破的实现路径主要通过继续优化正极材料，攻克容量更高的负极材料和相关的电解液体系。”

动图丨钠离子电池的创新材料（来源：宁德时代）

第一代钠离子电池负极材料采用硬炭并改进了相关技术，其克容量可达 350mAh/g 以上，整体性能指标与现有的石墨相当。而正极则是普鲁士白，其克容量已达 160mAh/g，与现有的锂离子电池正极材料相当。

业内人士对 DeepTech 表示，目前来看，钠离子电池的充放电区间的电压较大，如果要发挥它所有的容量，那么，在电压稳定性方面将可能受限，尤其是要求比较严苛的消费者电子产品（如手机）以及高能量密度产品（如电动车）。但是，在低续驶里程以及不要求能量密度特别高的市场，如两轮车、低成本乘用车等，钠离子电池在价格上具有非常明显的优势。

王朝阳认为，钠离子电池具有能量密度相对较低、成本较低、安全性高、资源丰富的特点，其最大意义是电池产品和原材料供应的多元化。钠离子电池比较适用于储能，若想用在电动汽车的动力电池上，最大的竞争来自磷酸铁锂。

另外，据《华尔街日报》年初报道，磷酸铁锂已有成熟的技术解决低温和快充问题。目前，市场上最佳的磷酸铁锂能量密度能达到 200Wh/kg 以上，而且，有进一步向 300Wh/kg 进军的趋势，成本有望向 0.35 元 / Wh 下探。

“磷酸铁锂的安全性非常好，而且它的原料的供应量比三元锂大，供应链完善、规模大。所以，这些也是对钠离子电池的巨大挑战。” 王朝阳说。

图丨宁德时代第一代钠离子电池（来源：宁德时代）

从整个动力电池产业来看，各类电池有各自的 “烦恼”，固态电池的发展被寄予厚望却 “任重道远”，锂离子电池在 30 多年的发展中，其能量密度已达到理论极限并且原料供应紧缺，钠离子电池目前面临能量密度低等问题。

王朝阳认为，能量密度并不是动力电池行业追求的唯一目标，现在已有多种技术路线解决续航的焦虑，未来发展方向之一是快充电池。它可以让车载电池变得更小、成本更低，并且可以随时随地便捷补能。

他举例称，比如在跑完 300 到 400 公里以后，动力电池只需要 10 分钟的补能，就又可以续航 300 到 400 公里。所以，它不会构成续航焦虑的问题。

此外，如何降低电池的单位成本是另一关键指标。除了钠离子电池，目前市场上其他电池情况如何呢？

王朝阳表示，在储能电池方面，铁空气电池现在也非常热门，它的最大的优点是成本极低，估算每小于 0.15 元 / Wh，目前已有初创公司及大量的资本投入到该技术。

总的来说，钠离子电池与锂离子电池、铅酸电池可相互兼容互补，甚至在某些应用场景下可以替代锂离子电池，起到多元化的作用。

“期待未来看到钠离子电池产品的出现”

钠离子电池体具有产业化的天然优势，它可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容，产线可 “无缝” 切换，完成产能的快速布局。

凭借锂钠之间的兼容性、在锂离子电池产业构建经验和现有产业基础，发展钠离子电池所需的资源投入和时间将大大缩短。

宁德时代对 DeepTech 表示，在钠离子电池回收方面，依托子公司邦普循环在全球废旧电池回收领域率先破解了 “废料还原” 的行业难题。“我们构建了资源有效循环利用的绿色闭环，实现了产品‘从哪里来到哪里去’的定向路径。”

动图丨宁德时代钠离子产业链规划（来源：宁德时代）

据悉，宁德时代的第一代钠离子电池已开始与车企和储能客户进行商业化合作，并将于 2023 年形成钠离子电池产业链。

谈及钠离子电池的产业化发展，王朝阳认为，“电池行业的头部企业参与钠离子电池的研发，对于整个行业研发的进程会有很大的促进作用，这能让钠离子电池与储能技术得以多元化发展。”

王朝阳预测，从现在的信息来看，钠离子电池可能于 2025 年开始出产品在市场，刚开始的时候产量会比较少，可能更侧重于储能的应用。

“我期待在不久的将来，能在合适的应用场景下，看到钠离子电池产品的出现。” 王朝阳说。