宁德时代、比亚迪率先入局：钠会成为下一代电池主角吗？

本文来自微信公众号： 自然系列 ，作者：Nature Portfolio

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原文作者：Davide Castelvecchi

基于钠离子的电池正在进入量产阶段。有些研究者认为，在电动汽车其他能源应用领域，它将成为比锂更便宜、更安全的替代方案。

锂离子电池是现代世界跃动的心脏。它驱动着80亿部手机，几亿台笔记本电脑，以及快速增长的电动汽车和储能系统。但已有一个新的竞争者踏入了电池市场。

钠的电池有望比锂离子电池更便宜、更安全，而且环境友好得多。而今年或许就是钠时代的开端。

4月，中国企业宁德时代（CATL）——世界领先的电池制造商——宣布它将于2026年底之前开始量产钠离子电池。这家总部位于宁德的企业宣布已与一家汽车制造商和一家电网储能供应站签订了销售这些电池的协议。

钠离子电池于20世纪80年代开发，大约与锂离子电池同时。但早期原型有一些重大缺点：它们能存储的能量不及锂电池，而且耐久性差，充电能力会快速衰退。因此，几十年来研究者一直聚焦于锂离子的技术。但过去五年间，对钠离子的兴趣和投入明显提升。中国公司已经将钠离子电池摩托车和小型汽车推向市场，并建成了钠离子电池的生产设施。宁德时代的量产计划有望推动这一技术大规模普及。据分析师称，另一家中国公司，全球销量第一的电车制造商，位于深圳的比亚迪（BYD），也在钠离子领域大举投入。

企业宣布改进钠离子缺陷的速度之快，令许多观察人士感到惊讶。荷兰埃因霍温理工大学的能源分析师Auke Hoekstra说，他惊奇于这一技术的进展速度。“我真的没想到会这么快——通常人家还都觉得我是个乐观主义者呢。”他说。

Hoekstra以对可再生能源的乐观预测闻名，不过他经常是对的。如今他对钠离子设备也很看好。尽管另一些分析家和研究者还不确定这一技术能与锂离子设备形成多强的竞争，但他认为这是一项推动电池价格下降的创新，从而能加速世界经济的电气化进程。“它对能源的未来确实是一项变革。”他说。

电池价格：持续下降

钠离子技术能促使电池价格下降的预测，很大程度上是因为其原材料比锂电池要便宜和丰富得多。

电芯价格从2010年至今已经下降超过90%（见“锂离子电池的价格下降”）。这一降幅主要得益于工业流程效率提升，以及电池生产量的增加。这意味着相比过去，电池生产的原材料在总成本中所占的比例更高了。

来源：改编自Our World in Data/BloombergNEF

对锂离子电池而言，原材料不仅是锂——通常以离子形态存储在石墨和铜电极（负极）中——还有另一电极（正极）的成分，它们在电池放电时吸引锂离子通过。

为了提高能量密度，材料科学家和工程师开发了使用重金属元素镍、锰和钴（NMC）的电池，在正极中形成能存储锂离子的“层状氧化物”微晶体。由于锂离子在这些晶体中能紧密有力地封装，商用NMC电池能量密度已经达到每公斤300瓦时（Wh kg−1）——这使一些高端电动汽车能够在充电前行驶达800公里。

然而，有些正极元素储量稀少、价格昂贵，意味着NMC下跌趋势将趋于平稳。但在过去大约五年时间，许多汽车制造商，尤其是中国的厂商，已经采用了替代性层状氧化物正极材料，能将锂离子与便宜的铁和磷酸盐相结合（称为LFP）。

尽管LFP电池的能量存储能力仅为先进NMC的约2/3，但仍然能为电车提供可观的续航——尤其是对大多在城市中使用的汽车、货车和摩托车而言。而且它们已经在全球大型固定型电池市场占据了主导地位，这种电池用于存储电网中过剩的可再生能源（见“能源格局变化”）。在此，单位重量的能量较低不构成太大问题。

来源：BNEF(global view)/IEA Global EV Outlook 2026(electric vehicles)

Hoekstra说，LFP推动锂离子电池价格持续下跌，意味着在廉价电池中，原材料成本大多来自锂。

钠的崛起

疫情期间，电动汽车需求上升与供应链中断两个因素相撞了，锂市场开始经历一系列繁荣与萧条。忽然之间，世界意识到这种宝贵资源的供应有多不灵活——大多数都采自澳大利亚和少数其他国家。分析师指出，尽管驱动如今世界经济电气化的锂储备尚未面临短缺，但锂价的波动性（以及矿业能否快速扩张以满足需求激增的不确定性），是中国企业投资钠技术的一个主要原因。“他们希望能确保拥有稳定供应链。”伦敦帝国理工学院的研究者Yun Zhao说。

电池用的钠可以很容易地从工业化学品纯碱（或碳酸钠）中提取，这种物质储量丰富，而且开采起来比大多数形式的锂都简单。“钠几乎是一种取之不尽的资源。”CATL的发言人Zhang Yizhi说。它在地壳中的储量是锂的一千多倍，在海洋中高达锂的6万倍。6月工业级碳酸钠每吨价格仅200-280美元，而电池级碳酸锂价格高达每吨2万至2.5万美元。

钠离子电池在其层状氧化物电极中也使用了不同的原材料（见“钠离子电池的工作原理”）。和LFP电池一样，钠离子电池通常不含有NMC电池中大量存在的有毒重金属。宁德时代的首批量产电池采用了一种称为“普鲁士白”的层状氧化物，由钠、氮、铁和碳组成，和颜料“普鲁士蓝”相近。

来源：据G.Offer et al.Nature 582,485–487(2020)修改

在负极方面，钠离子电池用便宜的铝替代铜也能有效工作。而且，易于制造的碳基材料比石墨更能存储钠离子。中国主导着全球石墨供应，此前曾因石墨开采相关的污染和环境风险遭受批评。

宁德时代称，基于钠的电池相比锂电池（特别是NMC型）更不易燃，因此更加安全。而且钠离子电池可工作的环境温度范围更低，可达−40°C。

价格竞争

但钠离子电池汽车目前还无法达到NMC锂离子电车的能量密度和续航里程。宁德时代宣称，面向大众市场的钠离子产品能量密度为175 Wh kg−1，该公司正在研发中的新技术能将之提升至200 Wh kg−1。这让钠离子电池能与LFP电池相媲美，但仍仅为先进锂离子电池的2/3。

因此，目前钠离子电池的竞争对手是LFP电池。Zhang说，宁德时代预计钠离子电池成本到2026年底会与LFP持平。但一些分析师认为还需要几年时间。大多数咨询公司认为，钠离子电池目前价格高于最廉价的锂离子电池，而且对于钠离子产能提升或价格下降的速度，目前尚无共识。英国能源研究企业Wood Mackenzie认为，钠离子电池到2035年才能与LFP价格持平。

“这是个新技术，也没有广泛部署，因此相关估算误差范围很大。”美国能源研究企业BloombergNEF领导电池技术分析团队的Evelina Stoikou说。

锂电池和钠离子电池的成本很难比较，因为钠离子产业才刚开始规模化。这类比较也需要分析师对锂和LFP的制造成本（还将持续下降）做出假设。但归根结底，由于原材料更便宜，“钠离子电池在量产后将比LFP价格更低廉。”美国一家钠离子电池初创公司的首席执行官Mukesh Chatter预测道。

电动汽车或储能系统

目前很难判断钠离子电池是否能占据西方市场。美国和欧盟目前的大部分电车用的是多种长续航、高容量的锂离子电池；更便宜、容量较小的磷酸铁锂电池主要在中国和新兴经济体中普及。钠离子电池或许（至少在一开始）会遵循同样的路径。

另一个潜在问题是，虽然钠离子电池能和锂电池一样回收，但根据Zhao团队的计算，由于它们太便宜了，如果没有政府补贴，回收可能会亏损。

Hoekstra等专家认为，钠离子技术或许更有利于降低大规模固定式电池的价格。在这方面，LFP的成功已经表明，将大量能量压缩到小空间里不是重点。Hoekstra认为钠离子电池非常适合用于存储太阳能和风能电网中的储能。

这项技术或许能降低储能系统的成本，不仅因为实现大规模生产能极大降低单个电池成本，也因为钠离子电池的起火风险较低，因此不需要像锂电池结构那样复杂，Stoikou说。例如，调节电池温度所需的组件会变得更少。

国际能源署（International Energy Agency）在《全球电动汽车展望2026》（Global EV Outlook 2026）报告中指出，几乎所有钠离子电池生产能力都集中在中国，这一局面预计将持续到2030年。Zhang说，自2016年起，仅宁德时代就在钠离子电池的研发中投入近100亿元（约14亿美元）。

但在美国，政府为减少对中国的依赖，已将研发钠离子电池列为优先事项，包括在基础研究层面加大力度。美国能源部（DoE）于2024年开始一项为期5年、5000万美元经费的项目。这一举措称为“低成本地球丰度钠离子存储（LENS）”，协调多所美国大学和DoE国家实验室开展研究。

追赶锂电池

全球研究人员仍在努力改进钠离子电池的能量密度，希望能进一步缩小它们与锂电池之间的差距。

钠离子电池能量存储量较小，部分是因为它们通常工作电压更低，而且钠离子比锂离子的体积更大。但实际可达到的电压取决于材料选择。钠离子设备的未来充满可能性，其中一些理论上能与锂离子产品一较高下，领导LENS联盟的电化学家Venkat Srinivasan说。

在Srinivasan看来，有一类材料（由氧化镍和氧化锰组成）格外前景可期。和NMC相似，这些材料有层状结构，所占的体积比普鲁士白更小。虽然还是要用到镍和锰，但用量要比常规锂离子电池少。“我们表明，镍的比例可以从33%降至25%。”Srinivasan说。

专攻电池研究的分子工程师Shirley Meng说，对设计进行进一步重大调整，还能改进钠离子电池的储能能力。（Meng在芝加哥大学时接受过《自然》采访；她目前就职于新加坡的南洋理工大学。）

一个方法是完全去除负极材料，让钠在充电时以块状金属的形态堆积，而不是作为离子存储在海绵状的碳负极中。这种“无负极”方案（在一次性电池中常见）长期以来被视为增加锂离子电池储量的方法之一，但受限于反复充放电时会形成锂晶体（树枝状细丝），这些晶体容易造成短路。但Meng说她的研究表明，钠形成的晶体“很可能具有良好可逆性”。但Srinivasan担心金属钠块的起火风险。

尽管如此，Meng认为钠不太可能在大多数应用中替代锂，它可能被用作一种应对供应链风险的“缓解策略”。

然而，正因为钠技术尚未完全成熟，Srinivasan等人认为，它还有充分的改进空间。若是如此，钠将有望成为全球能源未来前景中的重要参与者。

原文以Beyond lithium:how sodium-ion batteries could change the world标题发表在2026年7月15日《自然》的新闻特写版块上

©nature

Doi：10.1038/d41586-026-02150-y