钠离子电池是一种依靠正极和负极之间移动来工作的二次电池，其工作原理与锂离子电池类似，被称为“摇椅式”电池。在充电时，钠离子从正极脱出，经过电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态。而放电过程则相反，钠离子从负极脱出，再由电解液穿过隔膜重新嵌入到正极材料中，使正极恢复到富钠态。为保持电荷平衡，充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递，与钠离子在一起在正负极间迁移，使正负极发生氧化和还原反应。按照分类，钠离子可以分成三大类：钠硫电池、钠盐电池和钠-空气电池。
钠离子电池发展历程
钠离子电池理论自提出起至今曲折发展，经历了理论建构期、产业复苏期以及产业爆发期三大阶段。钠离电池的研究可以追溯到20世纪70年代，与锂离子电池研究几乎同步起步。在这一时期，科学家们发现了TiS2等材料能够与钠离子发生可逆的电化学嵌入/脱出反应，这标志着钠离子电池的诞生。
图：钠离子电池工作原理（图源：前瞻研究院）
到了20世纪80年代，随着层状金属氧化物作为电池正极材料的提出，钠离子电池的研究取得了一定的进展。但由于钠离子电池的能量密度较低，其发展速度相较于锂离子电池较慢。在这一时期，钠硫电池和钠-氯化镍电池等高温钠离子系统得到了一定的发展。2000年，硬碳负极材料被发现，这种材料具有优秀的钠离子嵌脱性能，钠离子电池领域的研究迎来转折。此后，钠离子电池正极材料的研究取得了显著进展，包括层状金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物等新型正极材料的开发。2017年中科海钠成立铜铁锰正基材料和无烟煤基负极材料开始商业化生产，2018年中科海纳实现钠离子于电池在全球首量低速电动汽车和全球首座100kWh 储能电站上的示范应用。全球首款钠离子电池量产车正式下线。2023年被视为钠离子电池产业化的元年，多家企业布局钠离子电池领域，资源储量丰富且成本低廉是其重要的驱动力。
图：钠离子电池发展历程
钠离子电池产业结构
钠离子电池产业链体系与锂电有所相似，钠离子电池的制造和锂离子电池的制造有所兼容，可以沿用锂离子电池设备。钠离子电池的产业结构可以分为上游原材料、中游电池制造和下游应用领域三个部分。
上游原材料：包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体等。由于钠元素资源丰富，广泛分布于海洋和陆地中。
中游电池制造：涉及电池的制造环节，包括方形电池、圆柱形电池、软包电池、刀片电池等不同封装形式。钠离子电池的生产工艺与锂离子电池类似，可利用现有的锂离子电池生产线进行改造，以适应锂离子电池的生产。目前，钠离子电池的产业化进程正在加速，多家企业已经布局钠离子电池领域，包括宁德时代、中科海纳、欣望达等。
下游应用领域：钠离子电池可应用于低速电动车、AGV（自动引导车）、电动摩托车、电动自行车、智能电网储能和家用储能系统多个领域。由于钠离子电池在安全性、成本等方面具有独特优势，其在储能等领域的市场前景被广泛看好。随着技术的成熟和产业化的推进，钠离子电池有望在更多领域得到应用，推动相关产业的快速发展。
目前，钠离子电池的产业化进程正在加速，产业链各环节的企业布局也在逐步完善。随着技术的突破和市场需求的增长，钠离子电池有望在未来的电池产业中扮演重要角色。
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