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攻克四大制造瓶颈,钠电池开启正式量产
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(来源:电子发烧友网 Elecfans)

电子发烧友网报道(文 / 黄山明)如果说锂电池是目前追求高性能、长续航的首选,那么钠电池就是锂电池的最佳互补者。并且钠电池原材料丰富、极寒环境下稳定运行、热稳定性更好等特点,都让其已经在一些领域开始创造价值。

近期,宁德时代、比亚迪等头部企业都已经确认,钠离子电池即将实现大规模交付,这意味着新能源产业正在迎来一场深刻的变革。

钠电池将大规模量产

前不久,宁德时代首席科学家吴凯公开发声,公司已经解决了钠离子电池制造瓶颈,将于 2026 年推出系列量产产品。这些电池将应用于乘用车、商用车、换电网络及储能场景,未来版本目标实现 600 公里单次充电续航。

同一时期,比亚迪旗下弗迪电池也公开表示,其第二代刀片电池、钠离子电池及全固态电池已进入量产交付阶段,面向欧洲、北美及东南亚的储能与特种车辆客户,交付周期稳定在 6 – 8 周。

从产能布局上看,宁德时代的福鼎基地规划了 40GWh 钠电产线,山东济宁基地规划总产能 160GWh。截至 2025 年,宁德时代在钠电池研发上已累计投入近百亿元。宁德时代董事长曾毓群预计,钠离子电池未来将替代 30%-40% 的现有电池市场份额。

从性能来看,锂电池在冬天(尤其是北方低温环境)续航会大幅缩水。而钠电池在 -20 ℃时容量保持率可达 85% 以上,甚至在 -40 ℃的极寒环境下仍能放出 70%-90% 以上的电量并正常充电,完美解决了电动车冬季 " 趴窝 " 的痛点。

成本上,钠电池正负极集流体都可以使用便宜的铝箔,而锂电池负极必须用昂贵的铜箔,且钠电池不需要依赖钴、镍等稀有贵金属。这使得它在对成本极其敏感的领域,例如两轮电动车、低速车、大规模储能电站等方面,具有极强的竞争力,有望大规模替代传统的铅酸电池。

同时,钠电池的热稳定性更好,不易发生热失控,且支持超高速快充,部分产品可以实现 8-15 分钟充入 80% 以上的电量,在日常使用中更加安全可靠。

目前宁德时代与海博思创签署了 3 年 60GWh 钠电储能订单,这是目前全球最大钠电订单。并且已通过新国标认证,成为全球首款通过新国标的钠离子动力电池。

而之所以选择在当前的时间点进行量产,一方面在于材料体系和工艺路线上,如层状氧化物 / 聚阴离子、硬碳等开始成熟,良率和一致性已经可以达到车规或者储能级别。

加上碳酸锂价格在高位反复,钠电成本已经降至 0.35-0.45 元 /Wh,逼近甚至低于部分铁锂,在储能、A00 级车等场景开始算得过来账。

当然需要明确的是,目前的钠电能量密度仍低于主流锂电,供应链规模效应尚未完全显现,初期成本可能不具绝对优势。量产爬坡需验证良率、稳定性,全面普及预计 2027 年后提速。

钠电池虽然原理和锂电池相似,但在实际制造中,材料特性的不同带来了巨大的工程化挑战。从实验室中的产品走到工厂生产线,中间还隔着巨大的鸿沟。

而量产的主要难题主要有四个,一个是需要极致控水。钠离子电池的负极材料,也就是硬碳比锂离子常用的石墨更加 " 亲水 ",极其容易吸收空气中的水分,如果生产环境或材料中的水分控制不到位,残留的水分会与电解液发生副反应,导致电池内部产生大量气体,也就是鼓包,将严重破坏电池的寿命和安全性。

宁德时代是通过全流程干燥体系,加上疏水涂层以及动态湿度控制,将生产环境的水分控制在 200ppm 以下,比行业标准再严一倍,实现了手术室级别的控水。

第二个是硬碳产气,钠离子半径大,嵌不进石墨,只能用硬碳负极;但硬碳孔隙多、表面复杂,首次充电时电解液在孔内分解,大量产气,电芯鼓包、失效,早期很多钠电样件循环几百次就鼓包,基本都是因为这个问题没解决。

企业主要通过埃米级别孔径调控,加上表面分子锁水技术,将硬碳的孔隙打通,抑制电解液过度嵌入和副反应,从源头减少产气。这样一来,例如储能专用钠电循环寿命就可以做到 15000 次以上,远超早期几百次的水平。

第三个则是铝箔粘接,钠电负极集流体一般可以用铝箔替代铜箔,这会让成本明显下降。但问题在于铝在低电位下容易发生腐蚀,且传统的涂布工艺很难让活性物质牢固地粘在铝箔上,容易导致掉粉、接触不良,影响导电性和寿命。

怎么解决呢,企业研发了一种高介电水性粘结剂体系,粘接力比常规体系高 40%+,这相当于在铝箔和活性物质之间加了一层特殊的胶水以及防腐剂,不仅解决了金属铝容易被腐蚀的问题,还大幅提升了涂层的粘接强度,让电流传输更顺畅。

极片的良率从过去的小于 85% 提升到了 95% 以上,接近了锂电的水平。并且让单 GWh 产线每年可以减少数百万元报废损失,体现出极大的成本优势。

最后一个问题在于自生成负极的规模化量产,自生成负极的思路是不预先涂好负极材料,而是在首次充放电时,让钠金属在集流体上原位沉积出一层负极,界面更好、工艺更简、成本更低。

但钠金属本身沉积极易不均匀,长枝晶、造成短路,且成千上万电芯的一致性极难控制,一旦沉积不均匀(长出枝晶),就可能刺穿隔膜引发短路,因此过去基本停留在实验室。

那么是如何攻克这一难点的呢,主要是引入了自适应动态化成策略,这是一套高度智能化的电化学控制算法,能在生产过程中实时监控并动态调整电流电压,引导钠金属乖乖地、均匀地沉积,从而保障了大批量生产下每一颗电芯的安全性和一致性。

随着钠电池的正式量产,不仅帮助中国产业链构筑了能源安全的 " 护城河 ",同时锂钠互补的产业格局也正式确立,并且也意味着铅酸电池将正式被淘汰。它不仅解决了资源焦虑和成本痛点,更为我们在极寒出行、大规模储能等特定场景提供了完美产业新方案。

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