电池知识
锂离子、磷酸铁锂、锰酸锂、新能源
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钠离子电池的前世今生
听惯了锂离子电动车的吃瓜群众不禁要问，什么是钠离子电池？
认识钠离子电池，首先要知道碱金属。按照百度百科的解释，碱金属是指在元素周期表中ⅠA族除氢（H）外的六个金属元素，即锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）、铯（Cs）和钫（Fr），而钠和锂都是碱金属。由于二者的化学性质相近，在锂电池占据电动车市场主导地位的今天，钠离子电池的问世应当算不上是出奇事。
早期的钠离子电池紧要以Na/S为主，即钠硫电池，化学反应式为：
2Na+xS=Na2Sx
钠硫电池中的电解质是熔融状态的钠，所以要求运行温度达到300度以上。一些业内人士解析，仅钠硫电池的预热就要三天时间。
另外，钠硫电池的安全性偏低。钠的化学性质非常活泼，熔融状态的金属钠遇到空气或水都会剧烈反应，钠硫电池导致的火灾通常只能用沙子倾覆扑灭，但在清理燃烧灰烬时，钠一旦接触空气又会死灰复燃。这是钠硫电池无法大规模推广的原由之一。
常温下钠离子电池的研究，可以追溯到上世纪80年代，但是由于正负极材料难以匹配，钠离子电池的研究一度停滞不前。
进入21世纪，新能源行业的兴起带活了上游产业，各种新兴电池技术开始冒尖，常温钠离子电池也获得了新生。这一时期，钠离子相关的论文发表数量和新闻报道数量显著新增钠离子电池开始获得更多人的关注。
1994年至今，钠离子电池相关的学术论文发表数量。
钠离子电池能套用锂电池的结构吗？
讨论常温下钠离子电池的研究，不得不提到锂电池，因为二者的工作原理十分相近，而锂电池已经在电动车市场上大获成功。
钠离子电池和锂电池都属于浓差电池。浓差电池是由于电池中存在浓度差而出现电势的电池，详尽到钠离子电池上，在充放电过程中，钠离子不停脱、嵌于正、负极，在隔膜两侧形成浓度差，进而出现电势。打个比方，钠离子电池中电势出现的过程，就像是离子要钻到电极的洞里的过程。锂电池也是如此。
基于此，在一些业内人士看来，钠离子电池可以笔直套用锂电池的结构和原理反正都是离子钻洞，而且，锂电池技术已经十分成熟，笔直套用可以缩短研发周期，何乐而不为呢。
但是，我对这种看法持保注意见。我认为，钠离子电池可以套用锂电池的结构，但是难度较大。虽然钠和锂的化学性质相近，但是物理性质相差不少。
上图为锂的半径，下图为钠的半径。
借用刚才解释浓差电池时打的比方，既然离子要往洞里钻，它的尺寸就不能过大，否则不但离子迁移的动作迟钝，还增大了进洞难度，即便硬挤进去，往复多次，就很有可能导致山洞塌方，锂电池业内称之为坍塌或崩塌。
上表显示，钠离子的半径比锂离子大30%左右，倘若套用锂离子的电池结构，很容易使电池的循环性能大打折扣，运行几十次之后可能就彻底报废了。
另外，要谈钠离子电池套用锂电池的结构，非得先找到便宜好用的电极材料等。没有这个大前提，套用是不实际的。
钠离子电池成本有优点吗？
钠的地壳储量巨大（在所有元素中排第6位），受资源限制较小，因此，价格比较稳定。显然，钠的成本优点远超锂。
左图为钠离子电池常见的正极材料，右图为常见的负极材料（横坐标为克容量，纵坐标为标准电势）
但是，事实远比表格中的数据复杂。
在自然界中，钠并不是独立存在的，而是通常以盐的形式呈现出来，最常见的是NaxMO2（M一般是钴、镍、铁、锰、钒，或这几种元素的混合）。因此，对电池成本影响最大的是材料中最贵（单价x含量）的元素，而不一定是价格较低的钠。
同时，制造钠离子电池的电极材料也都不是天然存在的，非得靠后期提炼、出产和合成。因此，出产成本也是影响钠离子电池价格的紧要因素。
目前，锂电池的规模已经十分庞大。亚化咨询的研究声明，2017年，我国锂电池产量约为88.7GWh。那么，钠离子电池是不是能实现类似的规模化发展呢？
我认为，在可预见的时期内，很难。
第一，钠离子电池没有价格优点。虽然钠离子的成本低于锂离子，但在短时间内，钠离子电池不太可能撼动已经形成规模的锂电池，有限的市场需求不足以拉低钠离子电池的价格。
第二，钠离子电池的安全性较差。现阶段，钠离子电池比锂电池的循环寿命短，因此故障率较高、安全系数也比较低。再加上其标称容量过高，一旦发生事故，后果更加严重。
第三，钠离子电池的回收难度大。倘若钠离子电池的材料成本低廉的假设成立，那么，材料可回收残值也很低，这样一来，就无法形成自循环的商业模式，而非得由额外的成本来驱动。
当然，钠离子电池的竞争力较弱，并不意味着我们要放弃研发。毕竟，新电化学体系的探索，是从0到1的冲破，比在原体系去修正结构的意义更大。研究人员遵循科学的客观规律，稳步推进，钠离子电池也有希望获得重大冲破。
但是，倘若忽视客观规律，单纯为追逐利润，用商业化和资本化方式运作钠离子电池系统，势必对技术本身造成负担。就像幼年的孩子被寄予过高期待，反倒会影响他将来的发展。
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