芯耀
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自20世纪90年代问世以来，锂离子电池一直是电动汽车（EV）、手机和笔记本电脑等"绿色"应用的首选解决方案。凭借高能量密度、高效率以及在小巧轻便的封装中存储大量能量的特性，锂离子电池一直扮演着重要的角色。
锂材料的环保问题
随着电动汽车消费量的增长，我们有必要审视电池利用的方方面面，比如矿物开采、资源利用、环境问题，甚至是地缘政治现实。例如，电动汽车生产仅电池部分就排放超过七吨二氧化碳当量（CO2e）。麦肯锡《电动汽车电池脱碳竞赛》报告指出，生产用于为电动汽车提供动力的大型锂离子电池是电动汽车和卡车主要的隐含排放源，约占总生产排放量的40%至60%[1]。
虽然锂仍然是一种可利用的资源，但开采过程面临环境挑战。《大众机械》（Popular Mechanics）通过数据分析指出，已知锂储量足以生产约110亿辆电动汽车[2]。因此，虽然地球可以提供我们所需的所有锂资源，但"从地球中提取锂却是另一回事"。建立能够从地下提取锂和其他材料并进行加工的基础设施将是一项挑战。从开采有限资源（包括锂、钴和镍）对环境造成的影响，到阴极、阳极、粘合剂、集电器和大量电池废料所需的复杂回收流程，锂的“绿色”属性似乎受到了质疑。
据欧洲新闻社报道，南美洲的“锂矿区”凸显了电力未来的阴暗面。在智利的阿塔卡马盐湖，生产一吨锂大约需要220万升水[3]。锂矿开采占用了当地社区宝贵的水资源，而用于锂生产的蒸发池每天消耗2,100万升水。据BBC报道，提取一吨锂所需的水量是提取一吨钠的682倍[4]。
除了环境挑战之外，锂在中国等地的生产还面临地缘政治风险和全球制造产能问题[5]。
钠离子电池的吸引力
钠离子电池（SIB）的发展仍然落后于其前身锂离子电池。不过，人们对钠离子电池的兴趣正在上升。钠的储量是锂的1,000倍，而且钠离子电池具有高功率、快速充电和低温运行的特点。
钠离子电池受到重视的原因有很多，其中包括：
钠的提取和提纯成本较低
SIB的毒性较低，因为它们不使用锂、钴、铜或镍，而已知这些物质在火灾中会释放有毒气体（热失控风险较低）。
SIB集快速充电、高功率、极端温度下的稳定性和超过50,000次循环寿命于一身
SIB可使用可近岸获取的材料制造，支持清洁能源供应链
SIB适用于多种应用场景，包括固定和移动应用
SIB已实现商业化，人们对它的兴趣与日俱增
然而，钠离子电池仍然存在缺点。虽然其消耗的资源较少，但能量密度通常低于锂离子电池，而且在生产过程中产生的温室气体也多于同等能量的锂离子电池。
Natron的成功案例
2024年第二季度，Natron Energy宣布其位于密歇根州荷兰市的生产设施首次在美国实现了钠离子电池的商业化规模生产。Natron声称其钠离子电池具有更高的功率密度、更高的循环次数和独特的安全性，美国国内供应链，同时也是市场上唯一获得UL认证的钠离子电池[6]。
要实现如此规模的钠离子电池生产，Natron公司需要投入大量资金，对其价值3 亿美元的工厂进行升级，并将现有的锂离子电池生产线改造为钠离子电池生产线。此外，美国能源部高级研究计划局（ARPA-E）还通过"具有未开发潜力的领先能源技术关键进展种子计划"（SCALEUP）为Natron提供了1,980万美元。该公司的电池已开始陆续投放市场，初期主要面向数据中心客户，以满足日益增长的人工智能领域对于储能设备的需求。
Natron的努力还解决了锂离子电池面临的一些环境和安全问题，因为他们的供应链中没有锂、钴、镍或其他难以获得的矿物质。取而代之的是铝、铁、锰和钠电解质等常见材料，这意味着电池具有不可燃性。
Natron能源公司将其技术向前推进了一步，宣布将在北卡罗来纳州建造一座耗资 14亿美元的千兆级钠离子电池制造厂。该公司预计每年将生产24GW的SIB，将公司目前的产能提高40倍。北卡罗来纳州就业发展投资补助金（JDIG）提供了为期12年的补助。该项目预计将为该地区创造1,000余个高质量的本地工作岗位，同时预计还将为该州经济带来34亿美元的增长。Natron声称，其获得专利的普鲁士蓝电极存储和传输钠离子的速度比目前任何其他商用电池都要快，内阻也更低。
竞争的序幕已拉开
钠基电池无疑正在迅速发展。到2022年，钠离子电池的能量密度已达到十年前低端锂离子电池的水平。
近期，中国多家电池企业和汽车制造商宣布推出新型钠离子电池，有望降低固定存储和电动汽车的成本。例如，江淮汽车发布了其声称采用中科海钠钠离子电池的全球首款量产车照片，续航里程可达245公里（155英里）[7]。一个月后，中国主要的电动汽车电池制造商——宁德时代也宣布计划推出钠离子电池[8]。与Natron不同的是，这两家公司没有公布电池的生产时间表或性能指标。
尽管锂离子电池在短期内不会被淘汰，但钠离子技术在电池寿命、电解液改进和电极材料优化方面也取得了显著进展。锂矿开采和加工设施的现实情况促使人们加快寻找替代方案，以满足正努力跟上需求增长的行业需求。
参考资料
[1]https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/the-race-to-decarbonize-electric-vehicle-batteries
[2]https://www.popularmechanics.com/science/energy/a42417327/lithium-supply-batteries-electric-vehicles/
[3]https://www.euronews.com/green/2022/02/01/south-america-s-lithium-fields-reveal-the-dark-side-of-our-electric-future
[4]https://www.bbc.com/future/article/20240319-the-most-sustainable-alternatives-to-lithium-batteries
[5]https://orcasia.org/article/602/chinas-monopoly-over-lithiums-upstream-and-downstream-supply-chain
[6]https://www.businesswire.com/news/home/20240428240613/en/Natron-Energy-Achieves-First-Ever-Commercial-Scale-Production-of-Sodium-Ion-Batteries-in-the-U.S
[7]https://jacmotors.co.za/jac-motors-unveils-worlds-first-sodium-ion-battery-vehicle/
[8]https://www.catl.com/en/news/6013.html.
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