鈉離子電池即將從出江湖

在鋰離子電池中，鋰元素以氧化物形態存在於正極上。之所以形成目前主流主因是高能量密度與在所有金屬中具有最高的電化學電壓(3.7V)。其實上個世紀末期，在鋰之前就已有Sodium-Ion鈉離子電池(2.5V)的研究，但被鋰離子電池的高性能所取代而暫時消聲匿跡。然而電動車市場近年飽受鋰礦缺乏現象所困擾，甚至已讓特斯拉開始進入採礦精煉鋰礦的事業，以至於對鈉離子電池的投入又開始敗部復活。一旦資金密集進入某一產業，你會發現它的進展將變得神速，電動車鋰離子電池，無論從價格到能量密度，從十年前到今天的演進就是一個例子。而今天鈉離子電池這幾年的發展也不例外。地球有70%是海洋，海洋中最多的元素就是鈉，可謂取之不盡用之不竭。如果真能成為主流的次級電池(secondary battery)，比起對有限的鋰礦開採所耗費的能源與環境影響，成本低廉應用廣的鈉離子電池從資源運用與環境影響肯定都是一大福音。

目前全世界動力鋰離子電池產量(用於電動車)，中國約占50%(如涵蓋非動力電池應用的鋰離子電池，則占80%)，在這50%動力鋰離子電池的市占率中有高達六成就由中國的寧德時代(CATL)所包辦，也就是全世界電動車應用市場的三分之一。而寧德時代最近宣布已開發完成針對電動車應用的鈉離子電池並將於2023年量產，雖然第一代只有160Wh/kg的能量密度(密度應該是體積，所以這裡正確的詞應是能量比specific energy，只是大家習慣用重量為基礎的密度值比較有感)。這個密度與低階款的LFP(磷酸鐵鋰)差不多，但很快接下來第二代就會出與高階款的LFP同等級的200Wh/kg的版本，但還是比三元鋰(NCA鎳鈷鋁, NCM鎳鈷錳三種元素按不同比例混合的鋰化合物)的250~300Wh/kg低一些(附註：目前特斯拉最新的Model Y結構電池中所使用的4680電池芯即三元鋰，三元鋰的缺點為穩定性較差，需要更細緻的BMS電池管理與BTMS電池熱管理系統的監控)。但如果能達到LFP的水準，個人認為就可以產生很大的產業鏈效應。另外再加上鈉離子電池的穩定性如同LFP一樣比三元鋰高許多(又是一個電池技術中的金箍咒例子：有一好沒兩好，此處指的是穩定度高則能量密度或充電循環次數就低)。雖然能量密度低，但鈉原料取得成本相對低而穩定度又高(也就是火災風險降低)，只要能量密度能與LFP匹敵，很可以成為固態電池在2030年普及之前的一個過渡性產品。(附註：固態電池可以是鋰離子或是鈉離子或其他材料，且基本上都可以將能量密度提升為現行同材料的兩倍以上)