2022年12月上旬多則報導寧德時代擬於2023年量產鈉離子電池，似乎其效能已可與鋰離子電池並駕齊驅，又頗具價格競爭力，鈉離子電池會不會取代鋰離子電池統治電動車市場，市場是否要變天了？以下我們來深入瞭解鈉電池的各項指標。
中國企業如寧德時代，國軒高科、憶緯鋰能、比亞迪等都在研究鈉離子電池；甚至已有幾家企業準備量產，筆者覺得即使真的那麼快能夠裝上電動汽車，但要能獨立驅動電動車還是有一段距離，那為什麼鈉電池會突然這麼火紅呢？
鈉離子電池火紅的原因有三：
電池級的碳酸鋰價格持續高漲，且價格掌握在產出國手中，中國70%以上的鋰依賴進口，因此有必要尋求一個觸手可及且平價替代產品。
鈉鋰子電池與鋰離子電池基本原理上可以說是相當雷同，現有的鋰離子電池技術體系絕大部分是可以平移到鈉鋰子電池的，比起開發一個全新的電池，其成本更低耗時更短。
目前鋰電池的安全性及部分缺點，似乎可經由鈉鋰子電池來徹底規避或克服，綜合考量其技術可行性與成本差異，與其死守鋰離子電池，不如換條途徑。
鋰離子與鈉離子電池可以說是一對孿生兄弟（請參考鈉電池工作示意圖），都是靠金屬離子在正負極之間來回穿梭，早在70年代的兩種電池就同步被發明出來，但是在後期發展過程中鈉鋰子電池沒有找到合適的負極材料，但鋰離子電池的正負極材料、隔離膜、電解液等方面均獲得了技術突破，並在1991年被Sony商業化了，至今鋰離子電池已經進入量產階段，加工，生產，封裝技術都比較成熟煞。然而，把鋰離子換成鈉離子就同樣可以量産了嗎？是可以，但是這樣生產出來的電池是無法單獨用來驅動電動車的。
鈉鋰子電池能否取代鋰離子電池？我們由七個方向進行探討：
一、鈉離子的絕對優勢就是成本。正極的原材料碳酸鋰近日價格是57萬美元/噸，而碳酸鈉的價格不到3千美元/噸，而且鈉鹽有著更出色的電導率，所以降低電解液的濃度時也降低了成本。同時鈉離子電池的正負極都可以使用鋁，成本可再壓低。如果鈉離子電池能夠做到跟鋰離子電池相同的效能，電動車的價格應該可以降低50%。
二、鈉離子電池並非單純的替換一個鋰離子即可，在正負極材料有相當大的改變；與鋰離子電池正極材料類似，有3類：
第1類是「層狀過渡金屬氧化物」（layered transition metal oxide），如鋰離子電池中某某酸鋰（鎳/鈷/錳/酸鋰）等，鈉離子電池對應的是某某酸鈉，所使用的過渡元素包括錳/鎳/鉻/鐵/鈦/釩等。但是與鈷酸鋰並不一樣，鈉離子的單層金屬氧化鈉並不穩定，所以必須要摻雜其他金屬，形成多元材料才能更加穩定，譬如英國有家公司採用錳/鎳/鈦/鎂四元層狀結構，能量密度達到160Wh/kg；又譬如中國某家公司採用的是銅/鐵/錳三元方案，能量密度可以做到135Wh/kg。
第2類正極材料為「普魯士類化合物」即為過渡金屬六氰基鐵酸鹽，化學式如下NaxMa[Mb(CN)6]，Ma={Fe, Mn, Ni}，Mb={Fe, Mn}，這種材料的結構開放性比較好，更加有利於鈉離子的嵌入與脫出，但是由於一些副作用其穩定性和循環效能還是需要再改善。寧德時代對這種材料深入研究，經過測試新研發的材料其電池能量密度可達到160Kw/kg。
第3類是「陰離子化合物」NaxMy[(XOm)n-]z，M為多價態的金屬離子如鐵/釩等，X為磷/硫等元素。這種材料呈現出3D網狀結構，工作電壓高循環效能較好，但是能量密度比較低。以上三種正極材料各有優劣，而且都有廠家在研究，最終哪種會形成主流目前還不得而知。
表2. 正極材料三條路線各有千秋，層狀氧化物有望率先應用
（文長待續）
「鋼鐵博士」牟金祿專精於地球與環境科學，投身鋼鐵產業33年，熟稔鋼鐵冶煉，於2020年退休後重執書本於國立清華大學修讀第二個博士學位，目前是昇陽電池公司資深顧問。
