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酷玩實(shí)驗(yàn)室作品

首發(fā)于微信號(hào) 酷玩實(shí)驗(yàn)室

微信ID：coollabs

在今年下半年的世界動(dòng)力電池大會(huì)上，出現(xiàn)了戲劇性的一幕——

廣汽集團(tuán)董事長(zhǎng)曾慶洪在會(huì)上公開炮轟寧德時(shí)代：“我現(xiàn)在不是給寧德時(shí)代打工嗎？”

寧德時(shí)代的老總曾毓群上臺(tái)以后則表示委屈：“我們也在盈利邊緣掙扎，非常痛苦?！?/p>

他們?yōu)槭裁赐纯嗄兀?strong>因?yàn)殇嚒?/strong>

大家都知道中國(guó)在搞“碳中和”和能源轉(zhuǎn)型，街上的電動(dòng)車也越來越多，但在這其中要用到的一種最重要的金屬礦物——鋰，已經(jīng)成為新能源產(chǎn)業(yè)最為頭疼的“成本刺客”。

碳酸鋰作為制作新能源汽車動(dòng)力電池的重要原材料，它的價(jià)格從2020年下半年的4萬元/噸漲到了2022年9月底的51萬元/噸。

2021年以來碳酸鋰價(jià)格持續(xù)上漲

資料來源：Wind，中金公司研究部

為什么鋰價(jià)會(huì)瘋漲呢？

首先國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)已全面爆發(fā)，今年每個(gè)月的銷量幾乎都超過去年同月份的200%，單月銷量達(dá)到50萬輛以上。到2022年8月，每100輛新車售出，有28輛都是新能源。而鋰電池作為新能源汽車最主要的動(dòng)力電池，需求的旺盛程度不斷刷新歷史紀(jì)錄。

圖片來源：乘聯(lián)會(huì)

但是另一方面，中國(guó)并不是一個(gè)鋰資源豐富的國(guó)家，沒辦法，老天爺不賞咱們飯吃。

從總體來看，鋰元素在地殼中的豐度就很低，只有0.0065%。

就這么一點(diǎn)鋰，在全球的分布還極為不均勻，全球77.7%的儲(chǔ)量在南半球的智利、澳大利亞和阿根廷三國(guó)，81%的產(chǎn)量在澳大利亞和智利兩國(guó)。

中國(guó)雖然在全球可開發(fā)鋰資源國(guó)家中排名第四，但是只占到6.8%的儲(chǔ)量和14%的產(chǎn)量，而且我們的鋰礦資源質(zhì)量比較差，低品位礦石多，含鎂量比較多，加工難度更高，而南半球的鋰礦資源更優(yōu)質(zhì)。這導(dǎo)致中國(guó)80%的鋰礦資源依賴進(jìn)口——比2021年中國(guó)石油對(duì)外依賴度還要高。

按照目前的電動(dòng)車銷量增速，僅僅依靠國(guó)內(nèi)的鋰礦資源是無法支撐我們完成“汽車電動(dòng)化”轉(zhuǎn)型的。

中金公司測(cè)算，2022~2025年，全球?qū)︿嚨男枨罂赡軓?6.9萬噸碳酸鋰當(dāng)量（LCE）增長(zhǎng)到163.3萬噸，但是截至2022年初，全球可開發(fā)的鋰資源儲(chǔ)量只有約2200萬噸，中國(guó)只有150萬噸。

換句話說，再過幾年，中國(guó)現(xiàn)有的全部鋰資源可能只夠全世界用1年的。SNE Research預(yù)測(cè)到2025年，全球電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力電池的需求缺口將擴(kuò)大到40%左右。

在這種“窘境”之下，很多人開始思考能不能用其他電池來替代鋰電池。

于是一種叫做“鈉電池”的技術(shù)成為熱門種子選手。

鋰電池除了鋰以外，當(dāng)中還要用到一些價(jià)格比較貴的金屬材料和非金屬材料，比如電池負(fù)極要用石墨。雖然國(guó)內(nèi)可以生產(chǎn)石墨負(fù)極材料，但是面對(duì)新能源汽車旺盛的需求，供應(yīng)缺口達(dá)到30萬噸，石墨負(fù)極也開始漲價(jià)。

但是鈉電池不僅正極不用貴金屬，負(fù)極也可以不用石墨。可以用很多常見的材料和廢料來制作鈉電池負(fù)極，比如你絕對(duì)想不到的——核桃隔膜，也就是我們平時(shí)剝核桃，夾在核桃仁中間不吃的那個(gè)片片，可以用來制作鈉電池負(fù)極硬碳材料。

核桃隔膜制備N摻雜硬碳

圖片來源：《High performance potassium-ion battery anode based on biomorphic N-doped carbon derived from walnut septum》，Chenglin Gao等，2019，中金公司研究部

換句話說，這是一個(gè)非常有趣、便宜又很環(huán)保的新賽道。我們用一些生活中隨處可見的東西，就能做出一種綜合性能比肩鋰電池的新電池。

面對(duì)“缺鋰”的困境，鈉離子電池已經(jīng)引起了全球主要經(jīng)濟(jì)體的高度關(guān)注。

2019年，歐盟儲(chǔ)能計(jì)劃“電池2030”強(qiáng)鈉電池列在非鋰電池的第一位；2020年，美國(guó)能源部明確把鈉電池納入儲(chǔ)能電池的發(fā)展體系；2021年，國(guó)家發(fā)改委和能源局印發(fā)了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2022年初在這份意見的實(shí)施方案中，鈉離子電池就已經(jīng)提升到了多元化儲(chǔ)能技術(shù)的首位。

現(xiàn)在社會(huì)上有很多聲音，說鈉電池的出現(xiàn)就是要替代鋰電池，來“干死”鋰電池的。

但很多人不知道的是，中國(guó)最早支持搞鈉電池研發(fā)的人，是中國(guó)的“鋰電第一人”陳立泉院士。

中國(guó)最早實(shí)現(xiàn)鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)中科海鈉，兩位創(chuàng)始人胡勇勝、唐堃都是陳院士的嫡傳弟子。

他們到底想用鈉電池來做些什么呢？難道真的是搬起“鈉電池”砸自己的飯碗嗎？

01

吾師愛真“鋰”

陳立泉院士對(duì)鈉電池的關(guān)注，恰恰來自于他對(duì)鋰電池特性的深刻理解。

從20世紀(jì)60年代開始，陳立泉就在中科院從事電池研究工作，中國(guó)第一塊鋰電池就來自中科院物理所。1976~1978年，中科院派陳立泉到德國(guó)的馬克斯·普朗克協(xié)會(huì)的固體所進(jìn)修，陳立泉發(fā)現(xiàn)在馬普固體所里，不管是搞理論研究的，還是搞實(shí)驗(yàn)的人，全都在研究一種無機(jī)材料——氮化鋰，認(rèn)為這種材料未來有望用在汽車電池上。

當(dāng)時(shí)固體所有個(gè)對(duì)外開放日活動(dòng)，陳立泉看到研究人員展示了一顆紐扣大小的鋰電池，竟然比旁邊大塊頭鉛酸電池的能量還要大。

陳立泉回想起自己初中的時(shí)候，為了做物理實(shí)驗(yàn)，從南充市買了一塊鉛酸電池背回學(xué)校，道路崎嶇難走，電池里的溶液不慎泄露，把搬運(yùn)工的衣服都給燒壞了。所以能量密度更大的鋰電池激發(fā)了他極大的研究興趣。

1976年，他向中科院申請(qǐng)轉(zhuǎn)攻研究方向，院里同意了。他花5個(gè)月完成了導(dǎo)師留下的生長(zhǎng)晶體研究任務(wù)，馬上轉(zhuǎn)去做超離子導(dǎo)體研究，一轉(zhuǎn)就是30多年。超離子導(dǎo)體就是與鋰電池相關(guān)的固體離子學(xué)研究。

但是他1978年回國(guó)以后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室沒有相關(guān)的設(shè)備，他那點(diǎn)科研經(jīng)費(fèi)也不夠買新設(shè)備，他就只能跑到中科院物理所的北院去借設(shè)備，搬到自己實(shí)驗(yàn)室，用完再搬回去。

在艱難的研究環(huán)境中，他憑著執(zhí)著的精神，在1987年中國(guó)的第一個(gè)“863”計(jì)劃中成為固態(tài)鋰電池專題的負(fù)責(zé)人，這個(gè)項(xiàng)目為整個(gè)中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

就在陳立泉著手研究鋰電池的時(shí)候，國(guó)際上已經(jīng)同步開展了鋰電池和鈉電池的研究工作。早在20世紀(jì)70年代，由于中東戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)了石油危機(jī)，電池相關(guān)的基礎(chǔ)研究就已經(jīng)開始。但是此后由于石油危機(jī)解除，電池相關(guān)的研究就不再成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。

不光是鈉電池，包括鋰電池也經(jīng)歷了近10年的“被邊緣化”，陳立泉沒有放棄，而是堅(jiān)持選擇鋰電池作為主攻方向。

到20世紀(jì)90年代初，日本消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)興起，索尼公司通過“鈷酸鋰+石墨”的技術(shù)路線成功將鋰電池推向了20世紀(jì)商業(yè)化的巔峰，鋰電池循環(huán)壽命達(dá)到鈉電池的10倍左右，導(dǎo)致鈉電池又被打入冷宮，從此少人問津。

到1997年，陳院士開始探索鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建設(shè)了中國(guó)第一條鋰電池中試生產(chǎn)線，也就是從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模量產(chǎn)之間最重要的一個(gè)產(chǎn)業(yè)化環(huán)節(jié)。他在這條線上又當(dāng)科學(xué)家，又當(dāng)工程師，又當(dāng)一線工人。

有一次他帶著幾個(gè)人去搬設(shè)備，結(jié)果拉設(shè)備的粗鋼繩突然斷裂，幾噸重的設(shè)備順著樓梯滑下去，幸好跑偏了方向撞在墻上，所有科研人員一起撲過去用力頂住，才沒有造成事故。通過這個(gè)中試線項(xiàng)目，陳院士摸清了鋰電生產(chǎn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。

2000年，中國(guó)啟動(dòng)十五“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重點(diǎn)專項(xiàng)，當(dāng)時(shí)中國(guó)正在大力開發(fā)氫鎳電池，結(jié)果這個(gè)專項(xiàng)中鋰電池被排除在外。陳院士?jī)?nèi)心十分焦灼，他鼓足勇氣去拜見了萬鋼：“希望你能給鋰電池一個(gè)機(jī)會(huì)?！?/p>

經(jīng)過他的不斷勸說和游說，萬鋼考察了中國(guó)鋰電池的研究能力，最終采納了他的意見，把車用鋰電池納入到電動(dòng)汽車的課題當(dāng)中。陳院士說：“感謝萬鋼，當(dāng)時(shí)這個(gè)機(jī)會(huì)太寶貴了?！?/p>

但在之后的十年當(dāng)中，陳院士不再在鋰電池方向上“孤注一擲”，而是開始了不同技術(shù)路線的深入探索。

他把希望寄托在了一個(gè)年輕人的身上。

02

弟子“鈉”些事兒

2001年，一個(gè)叫胡勇勝的學(xué)生來到中科院物理所報(bào)道，隨后他成為陳立泉院士門下的一名博士生，攻讀固態(tài)電池方向。

胡勇勝博士畢業(yè)以后，陳院士給他寫了一封推薦信，讓他到德國(guó)馬克斯·普朗克固體研究所繼續(xù)深造，隨后胡勇勝又前往美國(guó)加州大學(xué)圣芭芭拉分校做了博士后。

然而長(zhǎng)期海外留學(xué)的經(jīng)歷沒有擋住他歸國(guó)的腳步。2009年胡勇勝博士后出站以后，陳院士邀請(qǐng)他回到中科院物理所來工作。胡勇勝說當(dāng)時(shí)他“毫不猶豫”，因?yàn)椤瓣惱蠋熜南祰?guó)家能源安全，從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)推動(dòng)電動(dòng)中國(guó)夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)，這種精神讓我敬佩”。

面對(duì)如日中天的鋰電池研究，胡勇勝把主要精力放在了冷門的鈉電池上，他說：“如果大家都在觀望一個(gè)領(lǐng)域，它可能是機(jī)會(huì)；如果大家都已經(jīng)開始做了，可能就不是機(jī)會(huì)了?！?/strong>

2010年左右，當(dāng)時(shí)一些經(jīng)濟(jì)學(xué)家和科學(xué)家預(yù)見了鋰資源短缺的問題，各國(guó)開始重啟鈉電池研發(fā)。2011年，英國(guó)Faradion公司成立，這是全球第一家從事鈉電池工程化研究的企業(yè)。

但回到國(guó)內(nèi)，胡勇勝聽到最多的聲音就是：“鈉電池能量密度低，有必要投入大量經(jīng)費(fèi)和人力去研發(fā)嗎？”陳立泉院士堅(jiān)定支持他。中科院物理所給予了充足的科研經(jīng)費(fèi)，同時(shí)規(guī)定新入所的研究院6年內(nèi)都不用接受任何考核，工資是年薪制。

胡勇勝回國(guó)當(dāng)年，物理所廢止了論文獎(jiǎng)勵(lì)辦法，不再像過去一樣把論文看做唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。用陳立泉的話說：“好文章不一定有好技術(shù)，好技術(shù)不一定有好產(chǎn)品，好產(chǎn)品不一定有好市場(chǎng)。”

物理所副所長(zhǎng)胡江平則直言：“就是以‘成果’論英雄。考核不數(shù)文章、不看影響因子、不看經(jīng)費(fèi)數(shù)量，而是重視成果質(zhì)量和價(jià)值，看是不是做到了國(guó)際前沿、是不是解決了重要學(xué)術(shù)難題、是不是具有重大原創(chuàng)性突破、是不是符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求?！?/p>

在這樣的學(xué)術(shù)氛圍中，胡勇勝團(tuán)隊(duì)可以心無旁騖地進(jìn)行鉆研。由于物理所提倡百花齊放，所以不同研究領(lǐng)域、不同學(xué)術(shù)地位的科研人員，都可以坐在一起喝上一杯咖啡，交流思想，展開學(xué)術(shù)碰撞，某一個(gè)組里的學(xué)生可以向物理所任何一個(gè)老師請(qǐng)教，老師們也都樂意解答。

物理所的咖啡館

2013年，一家全球知名的鋰電企業(yè)來評(píng)估過胡勇勝的技術(shù)，結(jié)論是并不看好。

“如果失敗了呢？”

胡勇勝說：“從來沒想過這個(gè)問題。成與不成，我這輩子只干這一件事！”

歷經(jīng)5年時(shí)間，胡勇勝團(tuán)隊(duì)研發(fā)出低成本的鈉電池正負(fù)極材料，并申請(qǐng)了專利，電池循環(huán)次數(shù)達(dá)到上千次。他說：“那是一段幸福時(shí)光，全身心投入科研，不用為任何事情分心?！彼o自己定下的目標(biāo)就是要給老百姓做能買得起的低成本、高安全的電池。

2015年底到2016年初，碳酸鋰價(jià)格第一次大漲，業(yè)界開始熱議新型電池技術(shù)路線的儲(chǔ)備計(jì)劃。當(dāng)時(shí)國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人來到中科院物理所，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新要面向“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，要依托“雙創(chuàng)”，推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，讓科研界的意識(shí)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)向。也是2015年，《促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化法》修訂實(shí)施，要求提取技術(shù)轉(zhuǎn)讓取得的凈收入，或者技術(shù)入股作價(jià)的不低于50%用來獎(jiǎng)勵(lì)科研人員。

2016年，胡勇勝他們研發(fā)出一款可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的低成本鈉電池，并完成了中試試驗(yàn)。在這樣的背景下，陳立泉院士、胡勇勝和李泓三人決定創(chuàng)辦一家企業(yè)，將鈉電池產(chǎn)業(yè)化落地。

但是當(dāng)時(shí)中科院體系內(nèi)的投資公司國(guó)科嘉和，作為他們的天使投資人提出了一個(gè)要求：必須找一個(gè)擁有產(chǎn)業(yè)背景的人全職來做公司的CEO，而不能主要職位全由科學(xué)家兼職——因?yàn)殛惲⑷热硕荚谖锢硭温殹Ｋ麄兩塘苛艘幌?，陳院士想到了他課題組的學(xué)生唐堃。

可是唐堃當(dāng)時(shí)已經(jīng)是國(guó)家能源投資集團(tuán)（前身之一是神華集團(tuán)）北京低碳清潔能源研究院電池材料部門經(jīng)理，換句話說，陳院士這是要人家砸了自己在央企的鐵飯碗出來創(chuàng)業(yè)。

2016年的一天，陳院士帶著胡勇勝和李泓，一起請(qǐng)?zhí)茍页粤祟D飯，他看出唐堃有所顧慮，對(duì)他說：“你不用擔(dān)心，物理所已經(jīng)孵化出了三四家創(chuàng)業(yè)公司，即便你在這創(chuàng)業(yè)失敗了，還可以去別的企業(yè)繼續(xù)創(chuàng)業(yè)?！?/strong>最終說服了唐堃加入。

一般來說，科學(xué)家創(chuàng)業(yè)都是由老師擔(dān)任董事長(zhǎng)，學(xué)生擔(dān)任CEO。但陳院士沒有這樣做，而是讓他們師兄弟分別擔(dān)任董事長(zhǎng)和CEO，整個(gè)團(tuán)隊(duì)彼此信任，有話直說。胡勇勝負(fù)責(zé)公司技術(shù)和戰(zhàn)略，唐堃負(fù)責(zé)具體運(yùn)營(yíng)細(xì)節(jié)，陳院士擔(dān)任首席顧問。直到今天，中科院的創(chuàng)業(yè)氛圍也十分濃厚，師兄弟之間經(jīng)?；ハ喾龀?、鼓勵(lì)創(chuàng)業(yè)。

2017年，中科海鈉正式成立，成為國(guó)內(nèi)第一家鈉離子電池公司，公司創(chuàng)始人全部來自中科院物理所。當(dāng)年，他們第一次把鋰電池組應(yīng)用在電動(dòng)自行車上。

從那時(shí)起，胡勇勝不再是一個(gè)整天悶在實(shí)驗(yàn)室里的科研工作者，而是要作報(bào)告、談合作、找廠家，滿世界地跑，他成為了一個(gè)“科學(xué)企業(yè)家”。

2018年，中科海鈉成立一年多，就推出了第一輛鈉電池低速電動(dòng)車，坐在小車上試駕的正是陳院士本人。

早年間，中科海鈉也走過一些彎路，因?yàn)榭茖W(xué)家追求完美，總是希望把產(chǎn)品做到盡善盡美再推向市場(chǎng)，但對(duì)于快速變化的新興行業(yè)來說，這樣的打法是有問題的。

于是后來他們作出調(diào)整，讓一些產(chǎn)品更快問世，隨后以月為單位對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速迭代。

2019年，他們推出了全球第一座30千瓦/100千瓦時(shí)的鈉電池儲(chǔ)能電站。

2020年，鈉電池產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，電芯產(chǎn)能30萬只/月，海外訂單第一期10萬只。同年胡勇勝課題組的鈉電池材料論文發(fā)表在了《科學(xué)》（Science）雜志上，這是《科學(xué)》創(chuàng)刊100多年以來，第一次刊登鈉電池領(lǐng)域的文章。

2021年，全球第一座1兆瓦時(shí)（能存儲(chǔ)1000度電）的鈉電池光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)正式落成。當(dāng)年中科海鈉獲得了數(shù)億元的A輪融資，用來搭建年產(chǎn)能2000噸的電池正負(fù)極材料產(chǎn)線。

2022年4月，華為哈勃旗下深圳哈勃科技投資合伙企業(yè)（有限合伙）投資中科海鈉，持股比例約為13.33%。此時(shí)中科海鈉估值超過50億元，與2021年3月相比上漲800%以上。

2022年7月，全球第一條1吉瓦時(shí)（100萬度電）的鈉電池規(guī)模化量產(chǎn)線正式投產(chǎn)，總規(guī)劃產(chǎn)能5吉瓦時(shí)。項(xiàng)目滿產(chǎn)以后，一年可以生產(chǎn)4000萬只圓柱鋼殼的鈉離子電芯，98萬只方形鋁殼的鈉離子電芯。

但是現(xiàn)在鋰電池技術(shù)已經(jīng)如此成熟了，生產(chǎn)規(guī)模巨大，鈉電池真的能夠逆襲成王嗎？他們到底看中了鈉電池什么呢？

03

鋰鈉雙人舞

鈉電池最核心的優(yōu)勢(shì)，是它可以做到很便宜。它之所以能很便宜，是因?yàn)樗玫降暮芏鄸|西都能在我們國(guó)內(nèi)搞定。

相比于鋰元素，鈉在地殼中的儲(chǔ)量十分豐富，占到2.74%，排名第六，存量比鋰大三個(gè)數(shù)量級(jí)。而且鈉元素地域分布十分廣泛，海水里就有氯化鈉（NaCl），也是食用鹽的主要成分，所以一般來說鈉元素的常見化合物價(jià)格都比較便宜。

比如2022年8月，當(dāng)1噸碳酸鋰價(jià)格漲到48萬元的時(shí)候，1噸碳酸鈉（純堿）的價(jià)格只有0.2萬元，而純堿正是將大規(guī)模應(yīng)用于鈉離子電池生產(chǎn)的一種大宗化工原料。

我們知道電池分正負(fù)極，無論是鋰電池還是鈉電池，電池的正極材料都會(huì)用到金屬，一般來說，三元鋰電池會(huì)用到鈷和鎳。你可能聽說過“鈷奶奶”和“妖鎳”，說明這兩種金屬都不是地殼中大規(guī)模存在的（鈷的地殼豐度0.002%，鎳0.009%），一旦它們的產(chǎn)量供不應(yīng)求，價(jià)格就會(huì)飛漲，達(dá)到數(shù)十萬元/噸。

胡勇勝等人希望找到像鈷和錳一樣有活性，但是成本又低的元素來替代，最終中科海鈉團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了銅、鐵、錳這三種金屬組成的正極材料，這在國(guó)際上是首創(chuàng)，其中不含任何貴金屬，幾種金屬的價(jià)格價(jià)格只有幾萬元/噸，都是非常容易獲取到的材料，使得正極銅鐵錳氧化物成本只有磷酸鐵鋰正極的一半。

胡勇勝說，這種新材料最大的優(yōu)點(diǎn)是在電化學(xué)脫嵌鈉的過程中，也就是鈉從正極材料中出來的時(shí)候，體積變化不到5%，結(jié)構(gòu)保持不變，體積變化小能讓電池實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)的性能。

搞定了正極，還得攻克負(fù)極。在選取電池負(fù)極材料時(shí)，鋰電池一般會(huì)選用石墨，也就是鉛筆芯的主要成分碳。但鋰電池所需石墨需要滿足一定的結(jié)構(gòu)，這種石墨的平均價(jià)格達(dá)到5萬元/噸，且?guī)缀醪痪邆鋬?chǔ)鈉的能力。

國(guó)內(nèi)外很多研究團(tuán)隊(duì)主要都被鋰電池的研發(fā)思路牽著鼻子走，所以遲遲沒有突破性進(jìn)展。如果只是單純地把鋰電池里的鋰元素替換成鈉元素，那么電池成本只能降低5~10%，鈉電池能量密度還更低，商業(yè)化量產(chǎn)根本沒戲。

所以胡勇勝團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，決定對(duì)鋰電池里面的多種材料進(jìn)行“換血”。經(jīng)過大量的基礎(chǔ)研究，他決定開發(fā)一款低成本、無定型的碳負(fù)極材料來替代石墨。

一般來說，他們可以有很多種選擇，比如瀝青、小麥淀粉、牛皮紙、煤粉、樹脂，還有核桃隔膜、秸稈、玉米芯、棗核、花生殼等作為生物質(zhì)基原料，這些都是我們生活中常見的材料和廢料。

高粱桿自摻雜N/O原子顯著增加硬碳缺陷和電化學(xué)活性位點(diǎn)

圖片來源：《N/O Dual-Doped Environment-Friendly Hard Carbon as Advanced Anode for Potassium-Ion Batteries》，Cui, R. C.等，2020，中金公司研究部

最后經(jīng)過對(duì)比，胡勇勝團(tuán)隊(duì)選中的是無煙煤，也就是可以用來發(fā)電的一種煤炭，通過簡(jiǎn)單的粉碎和一步碳化得到無煙煤基負(fù)極材料，他們發(fā)現(xiàn)無煙煤成本平均1800元/噸，儲(chǔ)鈉容量達(dá)到220毫安時(shí)/克，可以直接把負(fù)極材料成本干到1萬元/噸，在所有碳基負(fù)極材料中性價(jià)比最高。

乍一聽上去，用煤炭做新能源電池材料似乎也不是非常低碳環(huán)保，但與中科海鈉在這方面進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)的華陽新材料，本身就是山西大型煤炭企業(yè)華陽股份的子公司，他們的無煙煤來自于煤炭洗選加工過程中的副產(chǎn)品——煤泥，這些煤泥除了用來制造鈉電池負(fù)極，也可以制造鈉米碳管、活性炭、碳素等產(chǎn)品，屬于廢物再利用。

除了負(fù)極材料，電池里還有一個(gè)部件叫“集流體”，用來收集電子并承載電池正負(fù)極。鋰電池里的負(fù)極集流體一般用銅箔，而鈉電池可以用更便宜的鋁箔，使得鈉電池正負(fù)極集流體成本只有鋰電池的1/3。

換句話說，曾經(jīng)困擾新能源電池領(lǐng)域的“貴金屬元素”問題和“中國(guó)缺鋰”的問題，可以一并在鈉電池身上得到解決。各種手段用上去以后，可以讓鈉電池在材料方面的成本在理論上做到鋰電池的60~70%。

對(duì)于電池生產(chǎn)企業(yè)來說，還有兩個(gè)好消息：一是儲(chǔ)能電芯的生產(chǎn)設(shè)備跟動(dòng)力電池電芯的設(shè)備基本通用；二是鈉電池的生產(chǎn)設(shè)備與工藝流程與鋰電池的設(shè)備和流程基本一致，互相兼容。中科海鈉就用鋰電池產(chǎn)線成功生產(chǎn)了8萬只鈉電池。所以企業(yè)切換產(chǎn)品用途、切換技術(shù)路線幾乎不需要進(jìn)行額外投資。

在冬天開過電動(dòng)車的人都知道，低溫環(huán)境中鋰電池的衰減是很明顯的，但是鈉電池的低溫表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于鋰電池，在零下20℃的環(huán)境里，鋰電池容量保持率小于70%，而鈉電池可以超過90%，在零下40度鈉電池依然可以正常工作。

而且鈉電池還支持快充，中科海鈉表示12分鐘可以充到90%，寧德時(shí)代表示常溫充電15分鐘電量能超過80%，而三元鋰電池通過直流快充從20%充到80%需要30分鐘，磷酸鐵鋰需要45分鐘。

但是鈉離子電池并不是沒有缺點(diǎn)，它的能量密度要比鋰離子電池低一點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池能量密度在120~180Wh/kg，鈉電池為100~150Wh/kg，大約是前者的80%。這就決定了按照目前的技術(shù)水平，鈉電池還不能率先大規(guī)模用在新能源汽車的動(dòng)力電池和手機(jī)這種電子消費(fèi)品，因?yàn)檫@些使用場(chǎng)景都對(duì)能量密度和續(xù)航有較高的要求。

而且鈉電池在量產(chǎn)前成本達(dá)到1.07元/Wh，也就是1070元/度電，比磷酸鐵鋰電池更高，但是做到大規(guī)模量產(chǎn)之后，鈉電池材料成本可以降低到0.3~0.4元/Wh的水平，低于各種類型的鋰電池。

所以與鋰電池相比，鈉電池稱得上是只缺一角的“六邊形戰(zhàn)士”。

如果能量密度拼不過，是不是鈉電池就沒有用武之地了呢？并不是。

鈉電池可能率先從兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的替代：低速交通和規(guī)模儲(chǔ)能。

低速交通包括電動(dòng)自行車、微型電動(dòng)車和園區(qū)觀光車等。

比如觀光車用鈉電池，儲(chǔ)存8度電，可以行駛100公里左右。

而更主要的場(chǎng)景是兩輪電動(dòng)車。現(xiàn)在在中國(guó)，兩輪電動(dòng)車的保有量已經(jīng)達(dá)到了3.2億輛，其中鋰電池27%，鉛酸電池73%。

買過兩輪車的人都知道，便宜的車用的是鉛酸電池，續(xù)航短，回收不好還有污染；想要續(xù)航長(zhǎng)的，就要買鋰電池的，但是價(jià)格貴一些。

實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)以后，鈉電池的性價(jià)比正好夾在這兩種電池中間，而鈉電池的循環(huán)壽命是鉛酸電池的10倍，能量密度是鉛酸的3倍，未來將可能率先替代鉛酸蓄電池。

2021年，愛瑪就與鈉創(chuàng)新能源推出了全球第一批鈉電池驅(qū)動(dòng)的兩輪電動(dòng)車。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，雅迪正在協(xié)助中科海鈉廠參與電池的打樣。再過幾年，可能你的外賣就是小哥騎著鈉電池電動(dòng)車給你送過來的。

而在儲(chǔ)能領(lǐng)域，鈉電池的市場(chǎng)空間同樣非常廣闊。

我們知道，“碳中和”和能源轉(zhuǎn)型過程中，用光伏、風(fēng)電替代火電燒煤的過程是確定的，但是它們有一個(gè)缺點(diǎn)，就是間歇性、波動(dòng)性較大，比如晚上光伏就沒法發(fā)電，這時(shí)候只能靠其他方式出力，來保障夜間的穩(wěn)定供電，比如風(fēng)電（晚上風(fēng)大）、水電、火電，以及儲(chǔ)能。

2021年，中國(guó)光伏平均上網(wǎng)電價(jià)，也就是光伏電站賣給電網(wǎng)的每度電價(jià)格是0.38元，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平價(jià)上網(wǎng)——跟火電的上網(wǎng)電價(jià)打平。但打平只是第一步，如果一種電時(shí)有時(shí)無，另一種電隨時(shí)穩(wěn)定供應(yīng)，二者價(jià)格一樣，你選哪個(gè)？

所以這時(shí)候，儲(chǔ)能就成為與光伏、風(fēng)電打配合的一個(gè)必選項(xiàng)。

儲(chǔ)能的技術(shù)路線有很多種，比方說抽水蓄能，山上山下兩個(gè)水池子，電便宜的時(shí)候用電把水抽上去，電貴的時(shí)候把水放下來發(fā)電，抽水蓄能的（每）度電成本比較低，可以做到0.2~0.3元/度電，但缺點(diǎn)就是很多地方?jīng)]有適合的地形地貌，建不了抽水蓄能電站。

鋰電池也可以用來做儲(chǔ)能，比如放在光伏電站旁邊的儲(chǔ)能電站，長(zhǎng)得就像集裝箱一樣，里面有很多電池包。光伏發(fā)的電，如果電網(wǎng)現(xiàn)在用不了，就先發(fā)給儲(chǔ)能電站存起來，等電網(wǎng)需要的時(shí)候再發(fā)出去，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了用煤發(fā)電一樣的效果。

但碳酸鋰價(jià)格暴漲，鋰電池儲(chǔ)能行業(yè)也直呼受不了，導(dǎo)致現(xiàn)在“光伏+鋰電池儲(chǔ)能”一度電的價(jià)格遠(yuǎn)高于火電價(jià)格。

這時(shí)候儲(chǔ)能行業(yè)就需要想辦法，比如切換技術(shù)路線，不用鋰，用其他電池來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，這其中鈉電池就成為最被看好的路線之一。

雖然鈉電池能量密度沒有鋰電池高，但儲(chǔ)能電站很多都建在荒無人煙的開闊地帶，比如沙漠、戈壁，這些地方的土地租金很便宜，電池體積大小不太重要，不像新能源汽車的底盤一樣“寸土寸金”，所以儲(chǔ)能電站對(duì)能量密度沒有那么敏感，它更在意度電成本、充放電循環(huán)次數(shù)、安全性等其他一些要求。這就是鈉電池可以施展拳腳的舞臺(tái)了。

比如在安全性方面，你或許聽說過一些電動(dòng)車和儲(chǔ)能電站中鋰電池起火的事故新聞。2011~2021年全球發(fā)生的32起儲(chǔ)能電站起火爆炸事故中，涉事電站用的全都是鋰電池。

而鈉電池經(jīng)過中汽中心的檢測(cè)，可以在短路、過充、過放、擠壓等實(shí)驗(yàn)中做到不起火燃燒，鈉電池的起始自加熱溫度達(dá)到260℃，高于鋰電池的165℃，最大自加熱速度也明顯比鋰電池更低，說明鈉電池的熱穩(wěn)定性更好。

中科海鈉展示過這樣一段視頻：如果把鋰電池包剪開扔到水里，會(huì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，但是把一顆滿電的鈉電池包剪開扔到水里，只會(huì)緩緩地冒出氣泡來。

未來，儲(chǔ)能會(huì)是一個(gè)比動(dòng)力電池大得多的市場(chǎng)，也不是鋰電池一種就能全部吃下的。

你設(shè)想一下，如果未來某一段時(shí)期內(nèi)，我們接近實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)了，電網(wǎng)里面一大半的裝機(jī)比例都是光伏和風(fēng)電，而中國(guó)很多地區(qū)同時(shí)出現(xiàn)陰天、少風(fēng)，這時(shí)候該怎么辦？我們是重啟火電廠，還是要依靠?jī)?chǔ)能度日？

比爾·蓋茨在2021年做了一個(gè)測(cè)算，假設(shè)日本遭遇極端天氣，導(dǎo)致大范圍停電，為了給東京一座城市供電，需要1400萬塊電池，相當(dāng)于全球儲(chǔ)能電池10年的產(chǎn)能，購買價(jià)格超過4000億元。

所以你就可以想象，如果未來我們要利用風(fēng)光+儲(chǔ)能來扛過這樣的“艱難時(shí)刻”，全世界對(duì)儲(chǔ)能的需求得有多大了。華泰證券預(yù)測(cè)2027年鈉電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到582.7億元。唐堃認(rèn)為，如果按50%的電來自新能源，按10~20%的裝機(jī)容量配套儲(chǔ)能，那將是一個(gè)100萬億級(jí)的市場(chǎng)。

如果要布設(shè)如此大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施，同時(shí)還要推廣數(shù)以億計(jì)的電動(dòng)汽車，單靠鋰電池是肯定不行的。未來一定是多種儲(chǔ)能技術(shù)路線共同開發(fā)、共同應(yīng)用。

中科海鈉的執(zhí)行董事長(zhǎng)唐堃說：“我們希望寶貴的鋰資源能節(jié)約下來，用在消費(fèi)電子、新能源汽車等對(duì)性能要求更高的高端市場(chǎng)當(dāng)中?！?/p>

正是因?yàn)榭吹搅诉@一點(diǎn)，很多原來做鋰電池的企業(yè)也紛紛入局鈉電池，比如鋰電巨頭寧德時(shí)代，在2021年發(fā)布了第一款鈉電池，能量密度達(dá)到當(dāng)時(shí)全球最高水平，計(jì)劃2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)還發(fā)布了一塊鋰電池和鈉電池混合集成共用的電池，實(shí)現(xiàn)二者的取長(zhǎng)補(bǔ)短。

有意思的是，寧德時(shí)代的老板曾毓群，他的博導(dǎo)也是陳立泉院士。陳院士的兩位得意門生將在鈉電池產(chǎn)業(yè)展開正面競(jìng)爭(zhēng)。

除了中科海鈉以外，另一家主攻鈉電池方向的企業(yè)鈉創(chuàng)新能源也是科學(xué)家創(chuàng)業(yè)，創(chuàng)始人是上海交大的馬紫峰教授，他是中國(guó)燃料電池領(lǐng)域的大牛，出版過中國(guó)第一本燃料電池方面的書籍。由此中國(guó)鈉電領(lǐng)域形成了“中科大系”和“交大體系”這兩大門派。

正因?yàn)橛兄锌坪ｂc、鈉創(chuàng)新能源、寧德時(shí)代等企業(yè)的不懈努力，中國(guó)在鈉離子電池的基礎(chǔ)研究、技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的速度方面都處于國(guó)際領(lǐng)先地位。海外其他幾家鈉電池企業(yè)雖然也掌握一定的技術(shù)和專利，但他們的產(chǎn)業(yè)化腳步遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不過我們，因?yàn)橹袊?guó)強(qiáng)大的新能源供應(yīng)鏈配套能力是鈉電池企業(yè)最堅(jiān)強(qiáng)的后盾。

早在2009年以前，陳立泉院士就發(fā)下一個(gè)宏愿，要到2050年，讓全部運(yùn)行汽車都是新能源汽車。當(dāng)時(shí)他還跟記者玩起了啞謎：“這絕不是憑空說大話，我有自己的論據(jù)，就是正在研究的新材料，不過暫時(shí)不便透露。不久的將來，你們就會(huì)知道?！?/p>

中國(guó)在鈉電池領(lǐng)域擁有自己的核心專利，最近數(shù)年間始終走在全球的前列，能從設(shè)備、原料、技術(shù)等各個(gè)維度保證獨(dú)立、自主、可控的發(fā)展，不會(huì)受制于人。

在內(nèi)燃機(jī)時(shí)代，中國(guó)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的制造能力遠(yuǎn)不如西方；但是在動(dòng)力電池領(lǐng)域，當(dāng)?shù)聡?guó)大眾等西方傳統(tǒng)車企在進(jìn)行電動(dòng)車轉(zhuǎn)型的時(shí)候，都在紛紛采購來自中國(guó)的鋰電池生產(chǎn)整線設(shè)備，比如來自無錫的先導(dǎo)智能，他們的定制化鋰電設(shè)備有的甚至比國(guó)外競(jìng)品賣得還要貴，但西方客戶依然選擇中國(guó)設(shè)備。中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)不僅有強(qiáng)大的終端供應(yīng)能力，在生產(chǎn)設(shè)備方面也已經(jīng)取得全球領(lǐng)先地位。

未來，鈉離子電池提升能量密度的長(zhǎng)期方向，是從液態(tài)電解質(zhì)進(jìn)化到半固態(tài)電解質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)。由于鈉電池的理論能量密度有望突破400Wh/kg，也就是2.5公斤一度電的水平，超過目前量產(chǎn)水平的兩倍以上。如果未來在這一技術(shù)方向上實(shí)現(xiàn)突破，或許鈉電池還有可能在消費(fèi)電子和動(dòng)力電池領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，讓我們拭目以待。

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參考資料：

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電氣情報(bào)局：《【電氣人物】中國(guó)鋰電研究第一人——陳立泉院士》

北大創(chuàng)新評(píng)論：《鈉離子電池：從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí)丨北大創(chuàng)新評(píng)論》

新材料在線：《矢磨杵成針之志，這支“國(guó)家隊(duì)”勇挑鈉離子電池商業(yè)化重?fù)?dān)》

DeepTech深科技：《“電池國(guó)家隊(duì)”研發(fā)出新型鈉離子電池，價(jià)格比肩鉛酸電池，電芯月產(chǎn)能已達(dá)30萬只》

儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù)：《【行業(yè)】中國(guó)工程院院士陳立泉：固態(tài)電池大干快上，引領(lǐng)電動(dòng)中國(guó)》

創(chuàng)業(yè)邦：《4位科學(xué)家創(chuàng)業(yè)，殺入百萬億市場(chǎng)，華為剛剛投資 ｜專訪中科海鈉CEO唐堃》

中科院青年之聲：《中科院物理所胡勇勝：執(zhí)著“鈉”十年 鈉離子電池迎“破曉”》

中國(guó)汽車報(bào)：《寧德時(shí)代入局 鈉電池將掀新高潮？| 中國(guó)汽車報(bào)》《獨(dú)家專訪 || 胡勇勝：鈉離子電池到了要“摘果子”時(shí)？ | 中國(guó)汽車報(bào)》

人民網(wǎng)：《這個(gè)物理“天團(tuán)”，學(xué)術(shù)秘籍竟然是“一杯咖啡”？》

納米人：《剛發(fā)Science，又拿數(shù)億元融資！他說：成與不成，這輩子只干這一件事！》

粉體人：《四十年堅(jiān)守與創(chuàng)新，中國(guó)電池材料研究的開創(chuàng)者：陳立泉院士》

華陽新材料集團(tuán)：《全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線在華陽投運(yùn)》

中金點(diǎn)睛：《中金 | 電池材料前瞻：鈉電重生，硬碳先行》

開源證券：《華陽股份：攜手中科海鈉，鈉離子電池業(yè)務(wù)為公司貢獻(xiàn)新成長(zhǎng)》