钠离子电池负极材料和预钠技术三个限制因素

钠离子电池是锂离子电池的理想替代品，具有低温性能、高安全性等优点。

2022年，钠离子电池行业“风起云涌”。美团、七彩化工、顺浩股份等企业先后跨境钠离子电池；宁德时代、中科海钠、传艺钠电等钠电先行者的好消息不断，钠离子电池轨道的热度大幅增加。

然而，尽管许多资本巨头加入，相关技术企业日夜解决问题，钠离子电池仍未能实现工业化，因为钠负极材料、钠正极材料和预钠技术三个限制因素，包括试验成本等因素。

在钠电负极材料方面，钠离子电池负极材料主要分为硬碳和软碳，其中硬碳是主流路线，分为生物质、树脂、化工原料等。

生物质硬碳，材料来源包括椰子壳、核桃壳、花生壳、棉花和动植物组织，具有成本低、来源广泛、可逆性高、碳产量低、一致性差等优点。

树脂硬碳，材料来源包括醛树脂、聚苯胺和聚丙烯腈，其优点是材料结构易于调节，原材料供应稳定；缺点是成本高。

化工原料类硬碳，材料来源包括无烟煤、沥青、石油焦等，其优点是材料多、成本低、产碳率高；缺点是可逆容量低。

此外，树脂和无烟煤混合硬碳技术等一些新兴技术也在发展，性能优异，成本低，供应稳定，潜力巨大。

制约钠离子电池产业化的负极材料有三个原因。

1.生产工艺适应性差，不同的原材料需要用不同的生产工艺生产负极产品，因此很难适应工艺。

二、原料批次一致性差，椰壳等原料的年份、产地、部位等，都会严重影响硬碳质量。

3、成本高，我国硬碳材料严重依赖进口，价格约15~20万元/吨，成本较高。

在正极材料方面，钠离子电池有数百条技术路线，各有优缺点。主流技术路线有三条：层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝化合物和聚阴离子化合物。

层状过渡金属氧化物具有制备简单、比容量高、能量密度高、可与锂电池三元材料共用的优点。缺点是大多数层状材料容易吸水或与空气反应，结构稳定性和电化学性能差。

普鲁士蓝化合物具有成本低、能量密度高的优点。其缺点是氰化物具有潜在毒性、导电性差、循环寿命短、材料结晶水不易去除、压实密度低、工业化困难。

聚阴离子化合物的优点是材料结构稳定、倍率性能好、循环性能好、循环寿命长，缺点是成本高、导电性和能量密度差。

总的来说，在三条技术路线中，层状过渡金属氧化物钠离子电池具有最好的电化学性能，理论比容量约为240mAh/g，它是磷酸铁锂电池的1.4倍左右，原料丰富，合成简单，工业路径顺畅。是中科海钠、钠创新能源等多家钠电公司的重点技术路线。

换句话说，钠离子电池行业没有钠离子电池的正极技术路线，成本低、性能高、寿命长、温度宽。

在预钠化技术方面，该技术可以补充钠离子电池在循环过程中不可逆钠的损耗，提高其能量密度、循环寿命和倍率性能，这在钠离子电池的制备过程中非常重要。

目前，预钠化技术主要分为正极预钠化和负极预钠化。正极预钠化方法有正极添加剂和富钠正极；负极预钠化方法包括物理预钠化、电化学预钠化和化学反应预钠化。

然而，不同的钠预化方法或多或少都有问题。基于金属钠粉的物理钠预化方法，由于金属钠活性高，难以大规模商业应用；电化学钠预化方法工艺繁琐，成本高；化学反应钠预化方法，溶液中阴离子有进一步调整的空间，调整后会带来不可预测的问题。

最具商业潜力的预钠化方法是预钠化正极添加剂，具有成本低、性能高、操作简单、安全性高等优点。但缺点也很明显。正极添加剂会产生“死质量”、“死体积”或释放气体等不良后果。

在试验成本方面，由于钠电技术的发展不够成熟，目前钠电池的试验成本和制造成本都很高。

就寿命而言，据不完全统计，目前主流钠电池的循环寿命为1000~1500倍，中科海钠和宁德时代钠电池的寿命可达3000倍，远低于磷酸铁锂电池。