锂离子电池(LIB)与钠离子电池(SIB)对比有哪些优势

锂离子电池：锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，通过锂离子在正极和负极之间的移动来实现充放电。在充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，通过电解质嵌入到负极材料中;放电时则相反。这种机制使得锂离子电池具有高能量密度和长循环寿命。

钠离子电池：钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，但其电荷载体是钠离子而非锂离子。钠离子在正负极之间的嵌入和脱出过程同样实现了电池的充放电。尽管钠离子的半径大于锂离子，导致其在电极中的嵌入/脱嵌阻力较大，但钠盐原材料的丰富性和低成本使得钠离子电池具有独特的发展潜力。

钠离子电池能量密度较低，在电池制作的过程中需要更多的辅材和制造成本。这也意味着，目前来看，较之锂离子电池，钠离子电池并没有太大的价格优势。钠电池想要更具成本竞争优势，就必须发展高能量密度和低价格辅材的钠离子电池体系，进一步降低钠电池生产成本。

前段时间，宁德时代召开股东大会，董事长曾毓群透露，宁德时代将于今年7月份发布钠电池。此消息一出，钠电池便被推上了市场的风口浪尖。短短几天时间，钠离子电池概念股异军突起，多股涨停。

随即，钠离子电池能否替代锂离子电池的问题也引发大量讨论。钠离子电池并非全新的电池技术，二十世纪七十年代末，钠离子电池与锂离子电池几乎同时展开研究，然而命运却大相径庭。锂离子电池发展迅速，在市场中取得一席之地，而钠离子电池的发展却始终停滞不前，直到现在仍处于产业化初期。

统计数据显示，锂在地壳中的丰度仅有17ppm(百万分之一)，且分布极不均匀。根据美国地质调查局(USGS)数据显示，2019年全球已查明的锂资源量约为8000万吨，储量约为1700万吨，主要集中在智利、阿根廷和玻利维亚等地。

南开大学陈军院士也曾表示：“锂丰度低，资源分布不均匀，约70%集中在南美洲，我国80%的锂资源依赖进口，引发了人们对锂储量的普遍担忧。另外，锂离子电池的安全隐患也难以满足大规模储能的应用需求。”

图：全球锂资源分布

随着新能源汽车产业的迅速发展，锂电池的需求量不断增大，锂资源面临着前所未有的紧张局面。因此，寻找替代锂电池的储能技术已经势在必行。同为碱金属的钠，在地壳中储量高达2.36%，资源丰富，且成本低廉，具备大规模应用的发展潜力。钠离子电池“重出江湖”，受到多方关注和重视，成为储能市场新的风口。

图：地壳中部分化学元素丰度 [3]

图：用于电池的元素资源

如前所述，钠离子电池最大的优势，就是钠资源储量丰富，这也让钠离子电池相较于锂离子电池在成本上更具优势。然而，在化学元素周期表中，锂在第二周期，钠在第三周期。从物理化学性质来看，钠离子质量和半径更大，较之锂离子更活泼。

因此，钠离子电池能量密度较低，在电池制作的过程中需要更多的辅材和制造成本。据研究估算显示，钠离子电池所需辅材和制造成本占总成本75%。宁德时代董事长曾毓群也表示，该公司新推出的钠电池可能比锂电池更贵。这也意味着，目前来看，较之锂离子电池，钠离子电池并没有太大的价格优势。钠电池想要更具成本竞争优势，就必须发展高能量密度和低价格辅材的钠离子电池体系，进一步降低钠电池生产成本。

图：锂离子电池(LIB)与钠离子电池(SIB)成本对比 [2]

在工作原理上，钠离子电池与锂离子电池极具相似性。钠离子电池充电过程中，正极材料发生氧化反应，失去电子，同时钠离子从正极脱嵌。电子补偿电荷通过外电路到达负极，钠离子也通过电解液迁移至负极。放电时则相反。

图：钠离子电池工作原理 [3]

钠离子电池主要由正极、负极和电解液组成，正负极材料是电池的核心。正负极材料的比容量和电位差决定了电池的比能量，电极材料结构和电解液电化学性能的稳定性也影响着电池的循环寿命。电池正负极材料的选择和研究对提升钠离子电池比能量、循环寿命和倍率性能至关重要。

图：钠离子电池正、负极材料的比容量和电压

正极材料

金属氧化物成本低、合成工艺简单，包括P2层状氧化物、O3层状氧化物和三维隧道型氧化物;

聚阴离子类材料结构框架稳定、比容量适中、工作电压高;

普鲁士蓝材料的隧道结构较大，有利于钠离子充放电脱嵌。

负极材料

肽基层状氧化物具有良好的循环性能和倍率性能;

碳材料成本低、合成简单、性能稳定，且原料丰富;

图：钠离子电池系统

钠离子电池的性能跟其电极材料的电化学性能息息相关，然而早期被设计开发出来的电极材料性能不理想，这也是钠离子电池发展缓慢迟滞的原因之一。

钠离子电池储量丰富，一旦工艺成熟，必然意味着成本的降低。其次，钠离子电池安全性高，过充、过放、短路、针刺、挤压等安全测试均能顺利通过，不易起火和爆炸。虽然钠电池兼具上述优势，但其能量密度也明显低于磷酸铁锂电池与三元电池，无法适用于新能源汽车领域。随着新能源汽车市场的不断扩大，动力电池的需求量日益增加，锂电池仍然会是市场的首选。

能量密度：锂离子电池>钠离子电池

锂离子电池具有更高的能量密度。锂元素是最轻的金属元素之一，因此锂离子电池在相同体积或质量下能存储更多的能量。相比之下，钠离子电池的能量密度较低，这主要是由于钠离子的半径较大，导致在电极中的嵌入/脱嵌效率较低。同时目前主流钠离子电池正极材料的充放电电压低于锂离子电池材料，进一步导致了能量密度的降低。

循环寿命：锂离子电池≈钠离子电池

锂离子电池充放电循环寿命最高可达2000-3000次以上。而钠离子电池由于钠离子在电极中的可逆性较差等原因，前期循环寿命比较低，但近年来随着材料包覆、表面改性等技术的进步，钠离子电池循环寿命已经得到明显的提高。

安全性：锂离子电池<钠离子电池

钠离子电池在安全性方面表现出色。它具有超宽的工作温度区间(-40℃至80℃)，即使在高温下也不容易发生热失控。此外，钠离子电池的短路电流和瞬间发热量较小，更不容易引起火灾或自燃。相比之下，锂离子电池在高温或滥用条件下存在一定的安全隐患。

成本：锂离子电池<钠离子电池

钠离子电池的原材料资源储备丰富且价格低廉。钠盐作为地球上的常见元素之一，其成本远低于锂资源。因此，钠离子电池在制造成本上具有显著优势。然而，由于目前锂离子电池的技术相对成熟且市场应用广泛，其规模经济效应使得成本也在逐渐降低。

发展前景：锂离子电池=钠离子电池

锂离子电池已经广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等领域，并占据了较大的市场份额。然而，随着锂资源的日益枯竭和成本上升的问题日益凸显，锂离子电池面临着发展瓶颈。相比之下，钠离子电池作为新兴的储能技术，具有更高的安全性、更低的成本和更大的发展空间。随着技术的不断进步和市场需求的增长，钠离子电池有望在未来成为锂离子电池的有力竞争者。