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突破锂电池“统治”

近年，风光等新能源发电越来多，对配套储能的需求也水涨船高，毕竟风不会一直吹、太阳也不会一直照耀。而新型大规模储能路线之中，并非只有锂电池这一种选择。

5月中旬，我国首个大容量钠离子电池储能电站“伏林钠离子电池储能电站”在广西南宁投放运营，装机规模达到2.5兆瓦（MW）/10兆瓦时（MWh）——这个数据意味着该电站可以在任意给定时间内以2.5兆瓦的功率充电或放电，同时整个电站可以存储或释放总共10兆瓦时的电量，换句话说在满电情况下，这个钠电池储能电站可以以2.5兆瓦的功率持续放电约4小时。

我国首个大容量钠离子电池储能电站近日投放运营 图源：中科海钠

而这还只是开始。据该项目主要承办单位南方电网广西电网公司负责人所言，该电站是国家重点研发计划“百兆瓦时级钠离子电池储能技术”项目示范工程的一期工程，二期项目正在规划中，“最终项目整体建成规模将达到百兆瓦时，每年能发出清洁电能7300万度，相应会减少二氧化碳排放5万吨，能够满足3.5万居民用户的用电需求”。

在之前有关“压缩空气储能”的文章中我们曾提到过，传统抽水蓄能之外的电化学储能、压缩空气储能、熔融盐储能、飞轮储能等技术都属于新型储能，而锂电池、钠电池其实都同属电化学储能这一范畴。只不过凭借成本下降、产量提升，锂电池现在在新型储能领域已经形成一家独大的态势。

据国家能源局最新数据，截至去年年底，全国新型储能项目累计装机规模已达3139万千瓦/6687万千瓦时，同比增长超260%，平均储能时长2.1小时；其中锂离子电池储能占绝对主导地位，占比达97.4%。

可在大规模储能领域，锂离子电池也并非十全十美，这就给了多元化技术布局创造了市场空间。锂电池长久以来无论是作为储能电池还是动力电池都有一定短板，比如能量密度、使用寿命、安全风险等等，坐了许久“冷板凳”的钠离子电池能得到关注，也与市场寻找锂离子电池替代品的努力密不可分。

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不易起火的钠电池

电化学储能简单来说就是通过一堆电池，先把风或光伏得到的电储存起来，电网需要的时候再支取，能做到转换效率较高地平滑输出，不会因为新能源发电的波动性和季节性让发电侧和用户侧之间产生断层，也就是业内常说的“削峰填谷”。

这种比较单纯的需求其实与动力电池关注的重点并不一致：新能源车在乎的是电池的性能和轻量化，而储能在乎的是价格和安全性，这正好是钠电池的主要优势。

先说安全性，这对大型电化学储能项目来说是重中之重。2011到2021年期间，全球公开报道的锂离子电池储能系统的起火事故超过30起，大多是因为锂电池“热失控”而导致的。“热失控”是指锂电池在过充电、短路、外部高温等异常条件下，发生自发性、不可逆的剧烈反应，导致电池温度急剧上升，引发燃烧或爆炸的现象。但是业内人士也提到，储能电站起火并不仅仅是保证电芯安全就能避免的，“电池箱、电池舱乃至整个电站都可能引发事故”。

钠离子电池会让这种安全风险大大降低，这一点可以归结于其结构和材料选择。

上世纪七十年代，科学家对钠电池和锂电池的研究几乎同时展开，且两者拥有十分相似的工作原理：均由正极、负极、隔膜和电解液这四大件组成，依靠钠离子或锂离子在电池正负极之间移动实现电能的存储和输出，可以重复充放电，统称为“摇椅式电池”。不同点在于，钠电池能量密度低、钠离子体积又比较大，所以正负极材料、隔膜和电解质都要重新选择。

两种离子型电池的材料对比

锂离子电池的材料构成我们已经比较熟悉，这里就不再赘述。从内部电化学性质来看，锂电池中的锂离子一旦因为温度降低而导致扩散和电荷转移速度放缓，那么在电芯的负极表面就很容易形成具有破坏性的锂枝晶，不仅会降低电池使用容量，一旦其尖锐端刺破隔膜就会导致内部短路，还会引发起火、爆炸。

而钠离子电池的正极一般由层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子类化合物三种构成，负极则为硬碳，替代锂电池使用的石墨。这也是因为钠离子半径比锂离子半径更大，无法在石墨中有效嵌入和脱出，所以选择了层间距更大的无定形碳作为负极材料。

这些材料大多具有宽温域的特性，在零下30℃到零上55℃的区间内都能保持良好的电化学性能。在离子型电池中，无论是钠离子还是锂离子，在正负极之间穿梭时都是被电解液中的有机溶剂成分“包裹”着运输，嵌入正负极的时候要干净的脱离有机溶剂，脱出时又要能快速跟有机溶剂成分结合。

恰好，钠离子凭借较大的体积在这个过程中能做得更好，这也是其低温性能较好的原因。同时也意味着即使在极端条件下，电池内部的化学反应也不会导致温度剧烈升高或产生易燃气体，从而避免了起火的风险。

这里还要提一下，为什么钠离子电池很少发生“热失控”，这是因为钠离子电池的内阻一般在15-60兆欧，大约是锂电池的50倍以上，哪怕遭遇短路，它的瞬间发热量相对锂离子来说还是比较小，温度也升得慢，也就更安全。

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性价比决定商业未来

钠离子电池的安全性能优势之外，其成本优势也是作为储能系统不得不提的优点之一。

钠离子电池之所以和锂离子电池研发起始点一致，却没有得到重用的主要原因之一是能量密度太低，这就又跟它本身的体积又关了：因为钠离子体积大，意味着单位体积内钠离子数量会少于锂离子，充放电过程中转移的离子数量也要少点。现在最先进的钠离子电池单体能量密度也不过160瓦时/公斤，还没能比肩磷酸铁锂电池。

另外，循环寿命其实根本就不是电化学储能系统的特长，长期关注储能领域的分析师胡馨直言，以锂电池为代表的电化学储能系统在寿命方面都不太理想，功率型储能系统实际运行寿命不足3年，能量型储能系统平均运行寿命不足8年，这都与实际的投资回报周期密切相关。

宁德时代是国内钠离子电池能量密度研发的佼佼者

而当成本足够低时，能量密度和循环寿命都显得不那么重要了。如果不考虑生产规模造成的差异，钠电池材料的理论成本能比锂电池低30%至40%，这也是为什么两年前钠电池能在锂价逼近60万元/吨的历史高位时突然获得关注。

尽管现在锂价已经回落甚至进入低谷期，但考虑到全球锂资源上限以及我国并不丰富的锂矿储备——我国本土锂资源量仅占全球7%，近七成的碳酸锂依赖进口——钠电池仍然是一个更可控的替代品。

钠电池研发制造领域“独角兽”企业中科海钠的董事长胡勇胜曾表示，钠离子电池储能进入规模化发展阶段，成本造价可降低20%至30%，这意味着一旦有电池寿命衰减直接更换即可。未来，在充分改进电池结构和工艺、提高材料利用率和循环寿命的前提下，度电成本甚至可下探至0.2元/千瓦时，作为对比，近期储能方形磷酸铁锂电芯在上游原材料大幅降价的基础上均价为0.45元/瓦时。

如果固态钠电池技术能有所突破，再配合这样的性价比，大规模新型储能领域的未来一定不会是锂电池说了算。