掌中牟的永續新知／鈉電池取代鋰電池統治電動車，顛覆還是炒作？（下）

三、關於負極材料，鋰離子電池的負極材料是石墨，鈉離子由於尺寸大，無法嵌入石墨中，如果要用石墨則必須提高石墨的層間距離，此舉顯然會增加製造成本，同時降低負極的結構穩定性，而且技術可行性低。

鈉離子電池最好的負極材料是無定形碳，分為硬碳（難石墨化碳材）和軟碳（易石墨化碳材），硬碳被認為是最好的負極材料，其在鈉離子電池的單位能量密度比較高，約為200~450 mAh/g，而石墨在鋰離子電池的能量密度為375 mAh/g，性能上是可以互相媲美的。惟其價格很高，大約在10萬至20萬美元/噸之間，這是鈉離子電池往後在普及化時需要進行成本優化的一個關鍵。（請參考表3）

表3. 負極材以硬碳為主流(b)

石墨：3~7萬美元/噸；硬碳：日本進口約20萬美元/噸。

四，關於鈉離子電池的性能，它沒有「過放電」的問題，理論上可以放電到0 volts. 而鋰離子電池是不能夠被完全放電的，如果鋰離子完全脫出，那麼負極石墨的層間結構可能會坍塌影響鋰離子的二次嵌入。其次是鈉離子電池低溫性能是遠優於鋰離子電池，在零下20度依然保持90%以上的供電保持率，在零下40度依然還有70%以上的保持率，在冬天裡電動車的無法續航問題將不復見。

五、鈉離子與鋰離子電池的「電解液」相同，都是採用碳酸酯類的有機溶劑，但是「電解質」的選擇就有所區別，鈉離子電池同樣也可以採用類似於鋰離子電池的六氟磷酸鋰，採用六氟磷酸鈉。目前產業都在推行電解質的無氟化，鈉離子電池可以採用成本更低的高氯酸鈉。

氯酸鈉也一直是被視為鈉鋰離子電池的標準鹽且非常的便宜，對於大規模儲能的應用來說的是非常合適的。但是因為高氯酸鹽是強氧化劑，溶於有機物質會產生強烈的化學反應，所以無論是高氯酸鈉還是高氯酸鋰都還沒有真正成為電解質的首選。

六、前面我們提及鈉離子電池的電導率更高，擴散能力更強，此即意味著他的倍率性能越好（C-rate），現在的鈉離子電池至少具備3C的充放電倍率，功率輸出會更強，大功率快充速度也會更快。但能量密度是比較關鍵的因素，如果能量密度也低的話，為了實現同樣的續航力，可能要多增加幾個模組。

鈉是週期表第11號元素，原子量是22.9g/mole，它在氧化還原反應中只能攜帶一個電荷，與鋰元素為6.9g/mole的原子量攜帶一個電荷相比顯然不佔優勢。從實際產品來看到鈉離子電池目前能量密度普遍在100~150Wh/kg左右，鋰離子電池為120~180Wh/kg，彼此間還是有差距的。但是隨著對於正極材料的開發，鈉離子電池能量密度們也會持續提升，如果能夠做到跟磷酸鐵鋰一個水準，應該就具備了獨立驅動電動車的資格。

七、未來的策略是要把鈉離子電池與鋰離子電池集成起來，組成一個混合電池來間接降鋰離子電池的成本，在可見的一段時間內，大家應該還是不放心純粹使用鈉離子電池來驅動車輛的。再考慮安全性能這一點，鈉離子電池遭遇短路時瞬間發熱量比鋰離子要小溫升較慢，因此相對安全一點。

此外，鈉鋰離子產生枝晶的概率相對較低，所以能進一步增強安全性，但是負極上被還原出來的金屬鈉如果遇水的話也會引起起火爆炸，所以它只是相對安全一些。

整體來說鈉鋰子電池在正負極材料電解液的研究上，還有很多的節點需要進行優化，當然這個難度主要體現在動力電池的運用上。如果是大規模儲能系統的話，成本是第一要素，此時他它的競爭對手是鉛酸電池而不是鋰離子電池，筆者的結論是比較保守的，我不認為鈉離子電池能夠取代鋰離子電池，與鋰離子電池的搭配使用來降低整個電池組的成本反而較為可行。（圖2）

圖-2. 鈉電池未來應用場景，取代鉛酸電池後續切入儲能與低速輕型電動車市場

一個重要觀點是：動力電池之間競爭的核心一定是性能而不是成本，一定是先有性能再降低成本，而不是先降低成本再來提高性能。 如果僅僅為了成本而放棄性能，這就有點本末倒置了。

本文參考Youtube「大劉科普」資料，並感謝林琮祐先生提供第四屆產業論壇電「池技術發展與佈局」相關資料供參考。以下提供鈉離子產業鏈及上下游供應鏈(a)，供參考。