鈉離子電池基本原理與鋰離子電池類似,被稱作“搖椅式電池”。鈉離子電池的結構和工作原理基本與鋰離子電池相同,鈉離子電池也主要由正極、負極、隔膜、電解液和集流體組成,正負極之間由隔膜隔開以防止短路,電解液負責充放電的時候離子在正負極之間的傳導,集流體則起到收集和傳輸電子的作用。鈉離子電池的工作原理為:充電時,Na+從正極脫出,經過電解液傳導進入到負極,使正極處于高電勢的貧鈉態,負極處于低電勢的富鈉態。同時,有相同帶電量的電子通過外電路從負極流入到正極以保持電荷的平衡。放電過程則與充電過程完全相反,Na+從負極脫嵌,經由電解液穿過隔膜重回正極材料中,電子則通過外電路從正極流回到負極。由于鈉離子電池的充放電過程完全對稱,均是由鈉離子和電子在正負極之間的傳導而完成,因此鈉離子電池同鋰離子電池一樣被稱作“搖椅式電池”。
鈉離子電池技術不斷成熟,大規模量產在即。鈉離子電池起源于 1976 年,Whittingham 報導了 TiS2的可逆嵌鋰機制,并制作了 Li||TiS2 電池,Na+在 TiS2 中的可逆脫嵌機制也被發現。到 19 世紀 80 年代,Delmas 和 Goodenough 相繼發現了層狀氧化物材料 NaMeO2 (Me = Co,Ni,Cr,Mn,or Fe)可作為鈉離子電池正極材料,此發現奠定了鈉離子電池的商業化基礎。隨后,Stevens 和 Dahn 發現硬碳材料具有優秀的鈉離子脫嵌性能,該研究成為鈉離子電池領城的重大轉折點。至此,鈉離子電池兩大關鍵材料得到確定,也為后續鈉離子電池商業化應用打下基礎。2015 年,全球首顆 18650圓柱型鈉離子電池誕生,該電芯能量密度達到 90Wh/kg,循環壽命超過 2000 次,再一次推進了鈉離子的商業化進程。隨后,我國在鈉離子電池領域取得了十足的進步,2021 年,中科海納推出了全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲充智能微網系統,并成功投入運行;隨后,寧德時代推出能量密度達到 160Wh/kg,15 分鐘可充滿 80%的電量,-20℃可放出 90%電量的鈉離子電池。至此,鈉離子電池即將邁入到商業化階段,大規模量產在即。
碳酸鋰價格高企,鋰電池成本居高不下推動鈉電池加速產業化。根據安泰科披露的數據,截止至 2022.10.13,工業級碳酸鋰平均報價為 50 萬元/噸,電池級碳酸鋰平均報價為 52.5 萬元/噸,價格創歷史新高。在碳酸鋰價格高企的背景下,鋰電正極材料成本亦是水漲船高,價格也是保持持續上漲的態勢。根據安泰科披露的數據,截止至 2022.10.13,磷酸鐵鋰(動力型)平均報價為 16.32 萬元/噸,價格處于歷史高位。正極材料價格的上漲,勢必造成鋰離子電池的大幅上升。而且,從原料端來看,鈉離子電池原材料碳酸鈉的價格遠遠低于鋰離子電池原材料碳酸鋰的價格。根據 iFinD 數據,截止至 2022.10.13,碳酸鈉的價格僅 2791.67 元/噸,與碳酸鋰 52.5萬元/噸的價格相差甚遠,鈉離子電池的原材料成本相對于鋰離子電池具有天然的優勢,尤其是在碳酸鋰價格處于高位的情況更為顯著,鋰離子電池成本居高不下將推動鈉離子電池產業化進程的加速。