中国储能网讯：20世纪70年代至80年代，钠离子电池技术与锂离子电池技术曾经同时受到业界的关注。此后，后者率先实现商业化，并在消费电子、电动汽车等领域得到广泛应用，这主要得益于软碳、石墨等碳材料拥有优良的嵌锂特性，这种特性能有效提高电池的充放电效率，使锂离子电池的能量密度大幅提升，嵌锂过程的可逆性和稳定性也能增加电池的循环寿命。

近年来，随着材料科学的进步，电池的技术水平显著提升。凭借资源丰富、价格低廉、安全性高的特点，钠离子电池技术被加速研发和应用。不久前，大容量钠离子电池储能系统入选国家能源局发布的2024年度能源行业十大科技创新成果，该项成果突破了大容量钠离子电池储能技术和工艺难题，在核心材料体系、系统集成、安全防控等方面具有完全自主知识产权，并在位于广西南宁、湖北潜江等地的钠离子储能电站项目中得到应用。

中国工程院院士、中国科学院物理研究所研究员陈立泉认为，钠离子电池的规模化应用对于我国实现“双碳”目标意义重大，其将支撑规模储能技术的可持续发展，保障国家能源安全，还可为短程电动汽车、智慧城市、智慧乡村、智慧矿山的发展和建设提供动力。

钠离子技术为何备受关注

在储能行业，钠离子电池技术之所以被关注，主要源于其具备的以下特点：较低的原料成本、较高的循环稳定性和良好的温度适应性。

原料成本低主要因为我国钠矿资源丰富。根据自然资源部高原荒漠区战略性矿产勘查开发技术创新中心的测算，仅青海柴达木盆地盐湖的纳资源可采储量就达到2823.6亿吨。另据《青海建设世界级盐湖产业基地行动方案（2021—2035）》的预测，如果按照两碱产能500万吨折合成氯化钠约为900万吨/年计算，钠资源的静态保障年限为30745年，资源保障程度很高。

较高的循环稳定性取决于钠离子电池的正极材料。目前，主流钠离子电池的正极材料包括三类：层状氧化物、普鲁士蓝/白和聚阴离子等。其中，层状氧化物的能量密度高，以铜铁锰氧化物为例，这类正极材料的循环寿命一般为3000～4000次。聚阴离子同样具有长寿命、高温稳定性和高安全性的特点，循环寿命可达4000次左右，高于磷酸铁锂的3000次以及三元锂电池的2000次左右。

中国科学院物理研究所研究员胡勇胜认为，钠离子电池凭借长寿命、宽温区、高功率等突出性能，在储能和动力领域展现出巨大的应用潜力。

钠离子电池的电解液设计在温度适应性方面发挥了重要作用。通过构建低温自适应电解液，钠离子电池可以在低温下实现更高的离子电导率，且受温度影响较小。研究证明，钠离子电池在零下20摄氏度的环境下容量保持率接近90%，在高温环境下，钠离子电池也不容易发生热失控。近期，西安交通大学化学工程与技术学院唐伟教授团队通过溶剂分子间的相互作用设计了一种新的电解质，使钠电池的工作温度范围拓宽至零下40～45摄氏度，并且在低温下具有优异的快充性能。

除了上述技术特点外，钠离子电池技术在安全性上有不可替代的价值。

首先是资源赋存。根据中国科学院过程工程研究所研究员李会泉的研究，如果以碳酸锂计算，我国锂资源约占全球总储量的5.7%，但资源品位较低、组成复杂。目前，虽然退役锂电池回收产业已形成规模，但在废旧锂电池全组分资源化利用效率、生产工艺绿色化方面仍有较大的提升空间。2022年，我国锂资源的对外依存度高达60%。与之相比，我国的钠资源丰富，发展钠离子电池有助于在保障能源安全的同时推动电力系统转型。

其次是技术路线安全。锂离子电池技术是将国外的技术专利引入国内，借助庞大的国内市场规模实现产业化。而钠离子电池的基础材料研究和核心专利均来自中国科学院物理研究所，基于铜的化学机理，我国团队开发了钠离子电池的正极材料，并在全球主要国家申请了专利，这正是我国钠离子电池的核心技术之一。

在规模储能项目中将更具潜力

自主可控、较高的安全性和深度充放电的能力，让钠离子电池技术受到业内关注，并已在多个项目中实现应用。大唐湖北100兆瓦/200兆瓦时钠离子新型储能电站科技创新示范项目一期工程（以下简称“大唐湖北项目”）就是其中之一。该项目是钠离子新型储能技术在全球的首次大规模商业化应用，实现了关键核心技术装备的100%国产化。根据大唐湖北能源公司2月初发布的信息，自2024年6月30日投产至当年年底，电站共实现充放电147次。根据测算，项目每年可充放电300次以上，在电网运行高峰期，可满足约2万户家庭的日常用电需求，同时实现年减排二氧化碳3万吨。

中国科学院院士、清华大学教授李景虹认为，钠离子混合电容器具有高功率密度、长寿命且能量密度可观的特点，未来可以替代铅酸电池，并填补超级电容器和锂离子电池性能之间的空白。开发低成本、高安全的钠离子混合电容器在规模储能领域更具发展潜力。

当前，随着电力现货市场和辅助服务市场的发展，市场对峰谷套利、需求响应等模式的需求不断增加。钠离子电池的充放电倍率性能优异，能够快速响应功率需求，适合在电力系统中进行短时储能和调频应用。大唐湖北项目的钠离子电芯供货方——中科海钠科技有限责任公司总经理李树军以工商业储能项目为例指出，电力系统目前每天需要经历“两峰两谷”，峰谷调节至少需要充电两次，一年累计约700次，这对电池寿命的要求极高，钠离子电池可以发挥更好的作用。

“锂钠协同”也是储能业内多位专家指出的技术应用方向。当前，兼容锂离子电池高能量密度、钠离子电池高安全性及良好低温性能的钠锂离子联合储能系统已经试点应用。

2023年11月，位于浙江宁波前湾新区的银湾东路台区储能项目投入运营，项目装机容量为110千瓦/200千瓦时。这个项目所在地的负荷主要以充电桩负荷为主，商铺商业用电为辅，负荷特性呈现出集中性、临时性的特点。系统接入后，可依据电网运行状态，自主判定钠离子电池或锂离子电池的放电顺序及模式。当光伏出力不足且充电处于高峰期时，储能电站对外放电支撑供能，调节台区，避免重过载情况发生；在低谷时段，储能电站充电储蓄电能，实现储能电站的主动削峰填谷。联合应用钠离子和锂离子两类电池的运行模式，将钠离子储能的高能量转换效率、超长循环寿命的特点与锂离子电池的传统优势相结合，可以在防范潜在风险的同时提升储能电站的运行寿命。

新材料和人工智能正助推研发

2月17日，工业和信息化部等八部门联合印发《新型储能制造业高质量发展行动方案》（以下简称“《行动方案》”），提出要发展多元化新型储能本体技术。对于钠离子电池，《行动方案》明确要研发高性能硬碳、筛分型碳等负极材料以及高容量正极材料，聚焦长寿命、高比能、宽温域、高功率发展方向，推动大规模钠电池储能系统集成及应用技术攻关，服务新型电力系统建设。

钠离子的离子半径比锂离子大，且钠的相对质量比锂大，导致钠离子电池在能量密度上存在天然劣势——在相同体积或重量的情况下，钠电池储存的能量比锂电池少，其能量密度更小。

因此，正负极材料是当前钠离子电池技术研究的重点。胡勇胜及其团队在研究钠离子电池正极预钠化技术后发现，这项技术通过在电池的正极、负极等位置引入额外的钠源，可有效抵消首周钠离子的不可逆消耗。这一过程不仅能显著提升电池的容量和能量密度，还能优化其循环性能。因此，可以借助预钠化技术提升钠离子电池的能量密度，延长其循环寿命。

人工智能技术也在被引入新材料的发现和材料性能优化中。近期，华中科技大学、武汉大学和浙江大学联合研究团队提出了一种基于瞬态高温的动力学解耦碳化策略。这种策略通过机器学习智能优化，精确控制碳化过程，增加了钠离子电池硬碳负极的容量，增强其倍率性能和循环稳定性，突破了传统碳化方法的局限，为高性能钠离子电池负极材料的开发提供了新思路。

未来，固态化将成为钠离子电池技术的发展方向，这一趋势已得到政策支持且形成行业共识。据李树军介绍，固态钠离子电池的研发已取得重大进展。自2016年起，中国科学院物理研究所便开始固态钠离子电池的研究，并已发现了一类在室温下具有聚合物黏弹性的无机玻璃材料。这种物理性能更好、电导率更高的新型材料，将推动钠离子电池固态化的进程。

《行动方案》明确提出，支持锂电池和钠电池固态化发展，以提升电池的本征安全性能。

可以说，固态化代表了新型储能技术的趋势，不仅为电池产业的下一个阶段奠定了基础，也有望推动这项技术在更多领域实现应用。