中國儲能網訊：鈉離子電池與鋰離子電池相比具有資源和價格優(yōu)勢，安全性和充電速度更優(yōu)。在低溫環(huán)境下，鈉離子電池容量衰減較少，性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池，市場前景廣闊。研究機構預測，我國鈉離子電池市場將從2025年的10吉瓦時增至2034年的292吉瓦時，年均增長45%。
中國石化多年深耕鈉離子電池關鍵材料研發(fā)，近日與LG化學簽署關于聯合開發(fā)鈉離子電池關鍵材料的協議。雙方將面向我國及全球的儲能系統和低速電動車市場，聯合開發(fā)鈉離子電池正極材料和負極材料等關鍵材料，加快商業(yè)化進程，拓展鈉離子電池商業(yè)模式。本版推出專題，為您展示中國石化在鈉離子電池材料領域的研究實踐。
鈉電正極材料
■鈉離子電池正極材料
鈉離子電池正極材料的晶體結構穩(wěn)定性、離子擴散效率和電子傳導能力直接決定電池的能量輸出效率和循環(huán)穩(wěn)定性。根據晶體結構與化學組成的差異，鈉離子電池正極材料可分為層狀金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類化合物三大類，各類材料在性能、成本和應用場景上形成互補，共同支撐鈉離子電池的多元化應用需求。
■各類鈉離子電池正極材料優(yōu)劣勢
層狀金屬氧化物正極材料因其優(yōu)良的導電性、高鈉含量和適宜的鈉離子配位構型，具有高比容量和高電壓平臺等優(yōu)勢，在低速電動車、啟停電源、工商業(yè)儲能等方面優(yōu)勢顯著，但面臨兩大問題：一是在循環(huán)過程中，層狀結構易發(fā)生相轉變，降低結構穩(wěn)定性，導致容量衰減；二是使用鎳元素，資源成本較高。因此，層狀金屬氧化物正極材料的發(fā)展方向是提高結構穩(wěn)定性和降低鎳含量。
聚陰離子化合物正極材料晶體結構中磷酸根等聚陰離子基團與過渡金屬離子形成三維網狀結構，為鈉離子提供貫通的擴散通道，優(yōu)勢在于結構穩(wěn)定性、熱安全性、循環(huán)性能優(yōu)異，在儲能領域有較大的應用前景，受到廣泛關注。其主要短板包括兩點：一是電子導電性差，導致倍率性能受限；二是能量密度相對較低。針對導電性，一般采用碳包覆和納米化雙重策略，碳包覆通過在材料表面形成導電網絡提升電子傳導效率，納米化則縮短鈉離子擴散路徑。針對能量密度，一般采用高電壓反應的金屬元素摻雜改性。
普魯士藍類化合物正極材料根據含鈉量不同，分為普魯士藍和普魯士白兩種，晶體結構為立方晶系，由過渡金屬離子與氰根離子形成三維框架，內部存在納米級孔道，為鈉離子提供快速傳輸通道。該體系的最大優(yōu)勢是原料成本低、能量密度較高，主要問題集中在結晶水控制和循環(huán)穩(wěn)定性。結晶水易導致晶體結構坍塌，使循環(huán)壽命縮短；氰根離子在充放電過程中易發(fā)生水解，產生有毒的氰酸氣體。一般采用優(yōu)化工藝條件控制結晶水，通過元素摻雜抑制氰根離子水解。
■中國石化研究進展
與負極材料相比，正極材料決定鈉離子電池的性能上限，是鈉離子電池產業(yè)鏈的關鍵一環(huán)。大連院開展層狀金屬氧化物正極材料研究，從鈉離子層狀氧化物材料結構穩(wěn)定性的基礎科學問題出發(fā)，采用元素摻雜方法制備高比能高穩(wěn)定性鎳錳基正極材料，通過摻雜電化學活性金屬，在充放電過程中發(fā)生氧化還原反應，同時抑制不可逆相變反應，提高材料的空氣穩(wěn)定性，為材料提供額外容量；通過摻雜電化學非活性金屬，激發(fā)結構氧的電化學活性，且在充放電過程中發(fā)揮晶格支柱作用，有效抑制過渡金屬離子遷移和材料相變，提升材料的循環(huán)穩(wěn)定性。大連院基于層狀氧化物正極結構設計，結合催化劑制備工藝優(yōu)勢，采用低成本且環(huán)保的制備工藝路線，制備的正極材料可逆比容量大于138毫安時/克，循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電性能優(yōu)異，已完成百公斤級驗證。
鈉電負極材料
■鈉離子電池負極材料
鈉離子電池負極材料作為電池核心組件之一，承擔鈉離子嵌入脫出、電子傳導和結構支撐等關鍵功能，其性能決定電池的能量密度、循環(huán)壽命、倍率性能和安全性，是影響鈉離子電池產業(yè)化落地的關鍵因素。目前，鈉離子電池負極材料主要包括碳基、鈦基、有機類和合金類等。常見的碳基材料包括石墨、石墨烯、硬碳、軟碳等，其中，硬碳是鈉離子電池的主流負極材料，其結構適配鈉離子存儲，綜合性能均衡、成本和產業(yè)化優(yōu)勢顯著，能有效彌補其他類型負極材料的性能短板，是當前兼顧技術可行性和商業(yè)化落地的最優(yōu)選擇。
■硬碳負極材料制備技術
硬碳又稱非石墨化碳，是指在2500攝氏度以上高溫仍難轉化為石墨晶體結構的碳材料。其結構與石墨的有序層狀結構截然不同，主要由彎曲的石墨烯片層和無序的納米孔隙組成，存在大量微孔、介孔和表面缺陷。這種結構賦予硬碳0.37~0.42納米的大層間距，能夠容納鈉離子嵌入。同時，豐富的孔隙還能提供吸附、填充等多種離子存儲方式。
硬碳的前驅體包括生物質、樹脂、瀝青、無煙煤等，原料易得且成本可控。生物質原料較為廣泛，具有較好性能，主要問題在于生物質來源的不穩(wěn)定性，因此在批量生產時，一致性較差。樹脂原料可控，由它制得的硬碳產品一般呈球形顆粒狀，均一度較好，純度較高，工藝設計性較強，缺點是產品收率低、成本較高，難以維持鈉離子電池產業(yè)持續(xù)發(fā)展。瀝青、無煙煤原料來源穩(wěn)定，且價格低，不足之處在于產品性能較差。因此，開發(fā)低成本、高性能且來源穩(wěn)定的硬碳負極材料制備技術成為主要目標。
■中國石化研究進展
為滿足產業(yè)發(fā)展需求，大連院堅持可商業(yè)化路線，利用石化行業(yè)石油焦資源優(yōu)勢，基于多年的石油焦利用技術研究基礎，提出“軟碳硬化”策略，從納米層級改變石油焦精細結構和表面性質，抑制石油焦易石墨化特性，既保留軟碳的電子傳輸特性，又兼具硬碳的離子傳輸和儲鈉特性，開發(fā)出獨有的高性能鈉離子電池負極材料制備技術。大連院首次實現以石油焦為原料合成低成本高比能鈉離子電池負極材料，可逆比容量達到360毫安時/克以上，首周庫倫效率超過93%，振實密度大于0.8毫升/克，性能超過目前普遍使用的生物質基、樹脂基硬碳負極材料，來源穩(wěn)定、成本低等競爭優(yōu)勢顯著，已完成百公斤級驗證。
鈉電電解液
■鈉離子電池電解液
鈉電電解液是鈉離子電池中實現鈉離子遷移的關鍵材料，通常由六氟磷酸鈉鈉鹽與碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等碳酸酯類溶劑體系組成，并配合成膜、耐高壓、抑制副反應等功能添加劑，以滿足不同電池體系的性能需求。
相比鋰電體系，鈉離子半徑更大，溶劑化結構不同。因此，鈉電電解液的體系設計必須在電化學穩(wěn)定性、電導率與整體電化學性能之間取得新的平衡。合理設計的電解液，可使鈉離子電池具備良好的循環(huán)性能與倍率能力，以適用儲能、電動兩輪車、電網調頻及備用電源等應用場景，是推動鈉電池產業(yè)化的核心技術之一。
■鈉離子電池電解液功能
鈉電電解液在鈉離子電池中承擔著構建穩(wěn)定界面膜、傳輸鈉離子、提升高低溫性能及抑制副反應等多重功能。通過調控鈉鹽濃度與溶劑體系比例，可在硬碳負極上形成致密穩(wěn)定的固體電解質界面(SEI)膜，延長循環(huán)壽命，同時降低極化，提升倍率性能。對于高電壓正極材料，電解液中的抗氧化添加劑更是確保其電化學穩(wěn)定性的關鍵。
作為電池制造過程中的重要成本項之一，電解液成本通常占鈉離子電池總成本的15%~25%，但其性能對電芯安全性和壽命的影響卻產生倍增效應，是鈉電體系最具“性價比”的技術杠桿。
■中國石化研究進展
2025年，全球鈉電池產業(yè)進入加速發(fā)展階段，電解液作為關鍵基礎材料的需求量顯著上升。1~9月，全球鈉電池電解液出貨量達0.9萬噸，同比增長201%，預計2030年出貨量將達157.7萬噸。在儲能、電網調節(jié)及啟停電源等多元化應用場景驅動下，鈉電憑借成本優(yōu)勢與安全特性逐漸應用于各類終端市場，從而帶動電解液需求持續(xù)增長。
針對快速增長的市場需求與技術升級壓力，上海院研發(fā)團隊構建了鈉電電解液核心技術體系，重點突破新型溶劑體系設計和特種添加劑開發(fā)等關鍵技術瓶頸。通過研制高安全性、成本可控的新型溶劑體系，顯著提升電解液的電化學穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性，從根本上提升鈉離子電池在復雜工況下的安全性能。同時，該團隊開發(fā)的適用于高溫、低溫及阻燃條件的特種功能添加劑，可在多類型鈉電體系中快速構建致密、穩(wěn)定的界面膜，有效抑制副反應及過充風險，從而延長電池的循環(huán)壽命并提升整體安全性。
依托上述自主技術成果，上海院研發(fā)團隊于2025年首次實現鈉離子電解液噸級銷售，產品質量穩(wěn)定可靠，具備規(guī)?；芰?。新型高倍率電解液及基于高安全溶劑體系的電解液均順利完成小試驗證，表現出優(yōu)良的界面穩(wěn)定性和寬溫適應能力?；谧灾麟娊庖后w系研發(fā)的方殼鈉電電芯成功實現小批量生產下線，相關產品通過國家鈉電單體標準測試CNAS（中國合格評定國家認可委員會）認證，各項性能指標達到國內先進水平，為其后續(xù)產業(yè)化應用及大規(guī)模推廣奠定了堅實基礎。
鈉離子電池產業(yè)加速邁向規(guī)?；?/strong>
□大連院多孔碳材料專家 張舒冬
隨著社會發(fā)展和技術進步，小型化、高能量密度的電池深刻改變了人們的生活方式。智能手機、筆記本電腦、平板電腦、智能手表等便攜式電子設備，滿足了移動辦公、在線社交、數字娛樂等多樣化需求；新能源汽車（EV）、電動二輪車（E-Bike）的規(guī)?；占敖档土顺鲂谐杀?，提高了駕駛體驗；家用儲能設備可在停電、戶外露營等場景下提供穩(wěn)定供電，保障生活便利。
在全球能源轉型的背景下，電池作為儲能系統的核心組件，成為銜接可再生能源發(fā)電與電網消納的關鍵橋梁，能夠平抑風光等可再生能源的間歇性和波動性?？沙潆婋姵匾褟膯我坏摹澳芰看鎯d體”，升級為支撐現代社會高效運行、綠色發(fā)展、安全保障的核心基礎設施。
鋰離子電池長期占據可充電電池的主流市場，支撐我國新能源產業(yè)快速發(fā)展，形成了萬億級的產業(yè)規(guī)模。鋰資源的稀缺性和分布不均已成為我國新能源產業(yè)高質量發(fā)展的制約因素，而鈉資源在地殼中儲量極為豐富，廣泛存在于鹽湖、海洋等天然資源中，可徹底擺脫對稀缺資源的依賴。未來，隨著生產成本進一步降低和應用場景多元化拓展，鈉離子電池有望成為新型電力系統和新能源領域的重要組成部分，在實現“雙碳”目標進程中發(fā)揮不可替代的作用。
近年來，國家密集發(fā)布各類政策文件，從國家頂層設計到地方配套舉措，構建全方位的政策支持體系，為鈉離子電池從技術研發(fā)邁向規(guī)模化商業(yè)化打好基礎。同時，資本也強勢進入鈉離子電池產業(yè)鏈，通過資金注入、資源整合、產業(yè)布局等多種方式，加速鈉離子電池技術突破、產能落地和市場拓展，推動技術研發(fā)向規(guī)?；虡I(yè)化邁進。
在政策和資本的雙輪驅動下，我國鈉離子電池產業(yè)在核心技術方面已掌握生產鈉離子軟包電芯、提高鈉離子電池能量密度、研發(fā)具備良好低溫性能的鈉離子電池等技術。在電池系統方面，制定鋰鈉混搭方案，將鈉離子電池與鋰離子電池按照一定比例混搭集成到同一個電池系統，發(fā)揮鈉離子電池在功率、性能等方面的優(yōu)勢，彌補鈉離子電池在能量密度方面的劣勢。在技術應用方面，已將鈉離子電池應用在兩輪電動車、低速電動車、規(guī)模化儲能、啟停電源等領域。2025年，寧德時代、中科海鈉等龍頭企業(yè)發(fā)布性能更優(yōu)的鈉離子電池，在能量密度、安全性、低溫性能、充放電速率等方面已經具備和磷酸鐵鋰電池正面競爭的實力。總體來看，我國鈉離子電池產業(yè)呈現出標準政策引領、技術路線清晰、應用場景聚焦、商業(yè)化曙光初現的強勁發(fā)展勢頭，走在了全球鈉離子電池研發(fā)應用前列。
然而，當前鈉離子電池產業(yè)鏈尚不完善。一是產線規(guī)模小、規(guī)模效應不足，專用設備適配、工藝參數優(yōu)化仍需投入，進一步推高初期生產成本；二是核心材料供應受限，硬碳負極高端產品依賴進口，價格超10萬元/噸，而國內良品率低、量產不足，無法進行穩(wěn)定供應；三是鋁基集流體、定制化隔膜和電解液等配套材料未形成批量化供應網絡，需專線定制，增加采購成本與供應風險；四是關鍵標準制定進度滯后，安全要求、性能測試、回收利用等10余項國家標準仍在制定中，導致企業(yè)生產參數缺乏統一依據。
未來3年是鈉離子電池在細分市場站穩(wěn)腳跟、實現規(guī)?；虡I(yè)化的關鍵窗口期。面對產業(yè)化挑戰(zhàn)，強化上中下游、產學研用協同創(chuàng)新攻關，形成正負極材料、電芯制造、系統集成等閉環(huán)，是有效的突破之道。目前，商用的鈉離子電池負極材料主要為碳材料。因此，煉化行業(yè)以流程工業(yè)優(yōu)勢切入電池材料領域，進一步形成新能源產業(yè)鏈條，具有明顯優(yōu)勢。中國石化已打造具有先進水平的碳材料產業(yè)，與電池材料制備工業(yè)結合，可以憑借規(guī)?；a、精準過程控制和產業(yè)鏈協同創(chuàng)新能力，成為電池材料產業(yè)化的核心支撐。
2025年10月，中國石化和LG化學簽署關于聯合開發(fā)鈉離子電池關鍵材料的協議，雙方將面向中國及全球的儲能系統和低速電動車市場，聯合開發(fā)鈉離子電池正極材料和負極材料等關鍵材料，加快商業(yè)化進程，拓展鈉離子電池商業(yè)模式，未來還將擴大新能源和高附加值材料領域的合作。本次合作是能源化工龍頭和全球電池材料巨頭的戰(zhàn)略協同，將實現雙方資源、技術和市場優(yōu)勢互補，推動鈉離子電池產業(yè)突破發(fā)展瓶頸、實現商業(yè)化落地，為傳統石化企業(yè)向新能源領域轉型、國際企業(yè)參與我國新能源市場提供借鑒。
知識課堂
什么是鈉離子電池？
鈉離子電池是一種可充放電的二次儲能電池，工作原理與鋰離子電池高度相似。充電時，電池正極釋放出的鈉離子通過電解液到達負極材料上，電子通過外部電路進入負極，確保正負電荷平衡。放電時，情況則相反，電子通過外部電路從負極進入正極，產生電流驅動用電裝置。
鈉離子電池與鋰離子電池有什么區(qū)別？
鈉的離子半徑和原子量均大于鋰，二者攜帶電荷數量均為1，儲存相同的電量，儲鈉電極的體積和質量都大于儲鋰電極。因此，無論是體積能量密度還是質量能量密度，鈉離子電池都低于鋰離子電池。在負極材料的選擇上，電化學性能優(yōu)異的石墨通常被用作鋰離子電池的負極，但由于鈉離子的半徑大，無法在石墨片層中進行可逆脫嵌，因此通常選用具有更大層間距的硬碳作為負極材料。
相較鋰離子電池，鈉離子電池的優(yōu)勢是什么？
從成本上看，鈉元素在自然界儲量豐富，資源量約為鋰元素的450倍，成本更低。從低溫性能看，鈉離子電池在零下40攝氏度環(huán)境下容量保持率達90%以上，可滿足北方寒冷地區(qū)、戶外移動設備等場景需求。從安全性上看，鈉的本征化學特性、電極材料本質屬性和電池體系熱力學穩(wěn)定性的協同作用，降低了熱失控、起火爆炸等風險，鈉離子電池在過充、短路、高溫、擠壓等極端條件下的安全性顯著優(yōu)于鋰離子電池。從充放電速率上看，雖然鈉離子半徑大，但溶劑化離子半徑小，去溶劑化能低，因此移動速度更快，主流鈉離子電池倍率性能在5C~10C（6~12分鐘充滿電），能有效緩解用戶的續(xù)航焦慮。
鈉離子電池能否替代鋰離子電池？
鈉離子電池憑借資源豐富、成本低和安全性高等優(yōu)勢，有望逐步取代鉛酸電池，并在儲能、低速電動車和啟停電源等領域對鋰離子電池形成部分替代。然而，受限于較低的能量密度和尚未完全成熟的產業(yè)鏈，鈉離子電池短期內難以撼動鋰離子電池在高端電動汽車、消費電子等領域的主導地位，未來更可能呈現“鋰鈉互補”的格局。
