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充电十分钟，电量就能升至90%的电池你见过吗？若是商业化产出，价格低廉能够甩掉昂贵锂电池一条街的电池你又了解过吗？一辆电动车40%的价格都来源于电池，若是未来发展态势好，电动车的价格将大幅下降，你知道吗？而这一切，都源于最近大火的钠离子电池。
钠离子电池是什么？钠离子电池是一种充电电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动从而完成电流的收集、储存和释放。充电时，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则是钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌回正极。可能大家对钠离子不太熟悉，但实际上，在上世纪70年代钠离子电池与锂离子电池同步研究，但90年代索尼成功将锂电池商用化，当时商用的锂离子电池循环寿命能够达到钠离子电池的10倍左右，使得锂离子电池成为消费领域的绝对主流，从而抑制了钠离子电池的发展使得其逐渐边缘化。而最近十来年，由于地球上锂资源的缺乏，加上钠元素含量的丰富，钠离子电池成为了科学家们的新宠，各种研究成果如雨后春笋，层出不穷，使得钠离子电池成为一个大热点。
那么，钠离子是凭借什么优势成为科学家的新宠？主要可以从以下三个方面来进行分析。第一、钠元素含量丰富，取之不尽用之不竭。地球上锂元素的丰富度只有0.0065%，大约有不到7000万吨，而钠元素大概比锂多三个数量级，元素丰度占整个地球的2.3%。因此，在锂资源日渐匮乏的现如今，研究钠离子电池能够为未来寻找另一条出路。第二、价格便宜。目前，世界主流的电池有两种，锂电池和铅酸电池，锂电池性能好，但造价昂贵；铅酸电池价格一半，但使用寿命基本为1-1.5年，最长不超过三年，同时重金属还对环境人体有害。而钠离子电池被誉为有“锂电池的性能，铅酸的价格”，即价格对标铅酸电池，性能对标锂电池。第三、充电时间明显短于现有主流电池。目前，如果将电量由20%提升到80%，铅酸电池充电时间约为45分钟，锂电池加上直流快充后需要30分钟，但钠离子电池只需要10分钟，因为就原理而言，钠离子电池的充电速度能够缩短为锂电池的1/5。第四，安全性更强。锂电池过放电一次即可使得整个电池报废，而铅酸电池过放电不仅会损毁电池，还会有产气、产热、极板硫化等危害。而钠离子电池没有过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。因此，钠离子电池使用更加安全。
既然有这么多优势，为何之前会被锂离子电池压制发展呢？最主要的原因是它“胖”。在元素周期表中，锂和钠位于同一列，因此有相同的性能，从而使得钠离子电池有替代锂电池的可能，但美中不足的是，钠位于锂之后，具有比锂更大的原子半径，生动点讲，就是更“胖”。钠离子半径为0.102nm，锂离子半径为0.076nm，因此，锂离子电池所用的石墨就不能套用在钠离子电池上，因为其承受不住钠离子的多次脱嵌，从而导致钠离子电池一个致命的缺陷，循环充电的次数极大地低于锂电池。而有正是由于钠离子的“胖”，钠离子电池单位储能量就低，锂离子电池的储能密度能够达到250Wh/kg，但钠离子电池的储能密度只有120-150Wh/kg，因此，在需要自然便携和动力强劲电池方面如手机、智能家电等就不占优势。
那目前我国钠离子电池现状如何呢？但由于锂元素的可预见缺乏、钠元素的丰富和钠离子电池的便宜环保，近十来年科学家们不断投入研发钠离子电池，我国钠离子电池研发的国家队就是中科海钠，成立于2017年，其成员大多是中科院物理研究所的研究人员，专注钠离子电池研发与生产。2017-1018年，中科海钠研究的钠离子电池循环寿命已经能够达到2000次，能量密度也能够达到140Wh/kg，并且在2020年，量产了全球首款具有自主知识产权的产品化钠离子电池，同时目前钠离子电池所用电芯产能达到30万只/月，还出口到了印度。在动力电池方面，漂亮国美国这次怕是又要落后了！
想必朋友们看了前面讲述的内容后，应该能意识到钠离子电池最大的优势就是便宜。那么，它为什么这么便宜呢？首先，就是含量丰富，钠元素成本低廉。其次，就是钠离子不与铝等便宜金属形成合金，因此可以采用便宜金属做负极，从而进一步降低8%左右的成本。我国的中科海钠采用的是基于无烟煤材料制成的负极材料，成本低于2万元/吨，而生产锂电池所用石墨的硬碳却达到了20万元一吨，是无烟煤制成的负极的10倍。再者，由于钠盐的特性，允许使用低浓度的电解液进行导电，也可以进一步降低成本。在同样浓度的电解液中，钠盐电导率高出锂电解液20%左右，因此相比之下，钠离子电池可以采用浓度较低的电解液进行导电，从而节省电解液的溶剂投入，进而节约成本。最后，就是钠离子电池的正极材料也能选用的如铁、锰、镍等材料，比锂电池所用的三元正极材料价格便宜一半。中科海钠选择的正极材料是更加便宜的铜、锰、铁等金属，而不是镍、钴等高价金属，进一步降低价格。综上，我们可以看到，钠离子电池正极、负极、电解液三个方面成本的降低，共同使得钠离子电池体系价格比锂离子电池便宜。
那未来极具性价比的钠离子电池能够应用到电动车上使得价格大幅下降吗？就目前研究来看，还有困难，因为钠离子电池的能量密度比不上锂电池，相同体积下，钠离子电池的容量大约只有锂电池的60%，同时钠还比锂重，所以注定钠电池会比较笨重，而电动车对电池重量和体积都比较敏感，所以钠离子电池商用到电动车上还有更长的路要走，还有更多的缺陷有待突破。钠离子的市场定位目前应该是对能量密度要求不高的大型储能电站，因为便宜是储能站一个重要考量因素。相信在不久的未来，经过科学家和企业的共同努力，便宜充电又快的钠离子电池一定会在电动车领域大放异彩。
钠离子电池拥有无与伦比的优点，而科学家也正在努力攻克其缺点，相信在未来，打破了桎梏的钠离子电池一定会腾飞在电池市场。
