固態鈉電：從實驗室走向產業化

盡管固態鋰電池尚處于研發和試制階段，但其概念的輻射效應已帶動固態鈉電池領域蓬勃發展。近兩年已出現多項固態鈉電池研究成果以及多筆相關投融資。

近日，固態鈉電領域又有新動態！

3月5日，專注全固態鈉電的研發制造企業——兆鈉新能源宣布完成數千萬元天使輪融資，本輪融資由勁邦資本、晉園發展集團聯合領投，雪線資本跟投，老股東江陰市人才科創天使基金持續加碼跟投。

2月27日，眾鈉能源宣布，百固能源鈉電+固態電池中試量產基地開建。項目規劃總產能2.5GWh，其中研發中心及一期中試線總投資3億元、年產能0.5GWh，支持固態電池技術迭代，加速產品批產落地，預計2025年可正式投產。

固態鈉電：能量、安全、成本三重保障

鈉離子電池目前面臨的直接問題是能量密度偏低，這也是限制其實現商業化應用的最大問題。

固態鈉電池可搭配更高活性及克容量的正極材料和高電壓材料，使固態電池有更寬的電化學窗口，從而大大提升電芯的能量密度，目前固態鈉離子電池在能量密度方面接近200-250Wh/Kg，接近622、811以及磷酸鐵鋰電池的能量密度。

固態鈉電池通過使用固態電解質替代了傳統的液態電解液，有效解決了電解液揮發和泄漏可能導致的燃燒和爆炸等安全隱患。

此外，有研究報告顯示，與固態鋰電池相比，固態鈉電池成本約低30%。固態鈉離子電池在具備低成本、高安全性的同時，也解決了液態鈉電池能量密度低的瓶頸，因此未來市場前景廣闊。

固態鈉電的實驗室成果

與固態鋰電池一樣，固態鈉電池也需要解決電解液向固態電解質的突破。鈉離子導電固態電解質在固態離子領域的研究歷史較長，甚至在鋰離子電池誕生之前。早在20世紀70年代，鈉離子導電固態電解質就被研究人員Goodenough發現。目前，國內外各研究組已經提出了多種固態鈉離子導體材料。

滑鐵盧大學Linda F. Nazar團隊報告了一種可與高壓鈉陰極配對的新型金屬氧氯化物NaTaOCl₄固態電解質，該成果的離子具有O^2-/Cl^-雙框架，對 Na⁺/Na的陽極電位高達4V，與高壓鈉陰極材料匹配可形成良好的化學/電化學兼容性。該成果目前已經發表在《ACS Energy Lett.》上。該固態電解質通過自發固態酸堿反應合成，易于混合和低溫處理，并與當前的工業無機材料合成工藝兼容，顯示出穩定的長期循環性能。

加拿大西安大略大學孫學良院士（通訊作者）等人報道了一類具有氯氧雙陰離子亞晶格的鈉離子導體（Na₂O₂-MCl_y, NMOC；M=Hf, Zr, Ta；y=4, 5）。這些NMOC電解質的離子電導率很高，在25°C時具有高達2.0mS cm^-1的離子電導率，這是由氯氧化物的結構促進的，氯氧化物可以通過具有不同功能的橋接氧和非橋接氧的協同效應實現鈉離子的快速傳輸。相關工作以《A family of dual-anion-based sodium superionic conductors for all-solid-state sodium-ion batteries》為題在《Nature Materials》上發表。

芝加哥大學普利茲克分子工程學院教授孟穎（Y. Shirley Meng）的能量存儲與轉換實驗室創造了世界上第一個無陽極鈉固態電池。該論文發表在《Nature Energy》雜志上，展示了一種可穩定循環數百次的新型鈉電池結構。通過去掉陽極并使用低成本、蘊藏量大的鈉代替鋰，這種新型電池的生產成本將更加低廉，也更加環保。通過創新的固態設計，這種電池還具備安全且功能強大的特點。

固態鈉電的產業化進程

目前固態鈉離子電池仍然處于開發初期，但是專利技術的儲備以及產業化的突破，能夠加快固態鈉離子電池在2027年以后實現規模化的量產。近年來，相關電池企業相繼開始布局固態鈉電領域。

專利方面：

國家知識產權局顯示，包括眾鈉能源、兆鈉新能源、毅華新能源、樂普鈉電、零壹肆、傳藝鈉電、多氟多、格林美、法萊恩特、華宇鈉電、鈉遠新材、藍固新能源、寒暑科技、鈉方新能、帕瓦股份、藍虎新能源、中碳綠聯等企業都已公布固態鈉電相關專利。其中大多涉及固態電解質。

以兆鈉新能源新能源申請公開的專利“一種硫化物固態電解質和全固態鈉離子電池”為例，兆鈉新能源在該專利中提供了一種硫化物固態電解質（CN118380643A），以解決目前鈉電池的硫化物固態電解質在空氣中的化學穩定性差、且實際應用中電導率低的問題。

具體涉及一種硫化物固態電解質和全固態鈉離子電池，該硫化物固態電解質采用液相合成法制成，其化學式為Na_3-a-bW_aMo_bSb_1-a-bS₄，0＜a＜0.5,0＜b＜0.5。本發明提供的硫化物固態電解質，篩選出特定的Mo元素和W元素進行雙摻雜，相比于單摻雜鉬或者單摻雜鎢或者摻雜其他元素的硫化物固態電解質，可有效增加Na離子的空位數，提升原Na₃SbS₄的離子電導率；同時能提升固態電解質的電化學穩定性和空氣穩定性。

本發明得到的硫化物固態電解質摻雜元素分布均勻，合成方法成本低，更適合規模化生產，為硫化物固態電解質可廣泛用于工業生產奠定基礎。

產業化進程方面

除近期兆鈉新能源天使輪融資成功和眾鈉能源固態鈉電中試基地開建外，2024年11月，新型固態鈉離子電池制造項目在朝陽北票經濟開發區正式簽約。據了解，新型固態鈉離子電池制造項目由蘇州艾塔新能源有限公司投資建設，計劃總投資42億元，面積200畝，分三期建設。項目建成后主要生產年產12GWh電芯及12GWh集成PACK智能制造產品。

2024年11月，河南省平頂山尼龍新材料開發區簽約固態電池和鈉離子新能源產業園項目，該項目總投資19億元，一期投資約13.5億元，建設標準生產線10條，設計年產10GWh固態電池系統及鈉離子電池組。

7月，鈉壹新能源發布零下20度超低溫快充半固態鈉電產品--40130205-57Ah聚陰離子體系半固態鈉電芯。

4月，青鈉科技透露已開發出超穩定全固態聚合物鈉金屬電池，該電池具有極高的界面穩定性和極佳的長循環性能：循環壽命超過8800小時（365天），且容量保持率高達81.2%。

1月28日，在重慶潼南高新區的尼古拉科技產業研究院納米級固態電池中試生產線上，第一塊大容量高能量密度納米固態鈉離子電池中試產品下線。此外，高樂股份全資子公司與重慶尼古拉科技產業研究院簽訂《納米固態鈉離子電池成套技術開發研究項目技術研發合作協議書》，并將建設2GWh生產線。

此外，比克已經確定了半固態鈉電的研發方向，也進入了中試階段；廣州昊威新能源30Gwh固態方形鈉離子電池項目簽約重慶，計劃投資100億元；樂普鈉電表示，專注于研發無機物-高分子復合固態電解質，正在搭建鈉離子電池固態電解質中試線；普路通與鈉壹新能源在珠海共建了鈉電研發中心，涵蓋了不同路線的鈉電正極材料、負極材料、電解液、及電芯體系研究，其中包括對半固態鈉電池的研究。

應用方面：

東風納米首款中小型純電車型納米01搭載固態鈉電池技術，該電池支持超充，只需要8分鐘就可以充滿80%的電量，并搭載智能溫控技術，在-35°低溫環境下可正常啟動。

中科院青島生物能源與過程研究所研發的60V20AH伏特鈉離子電池組順利完成在電動兩輪車的裝車示范，該電池模組以1P20S的方式成組而成，重量約10千克，標準載重75千克，標準續航里程70千米。電芯能量密度超140wh/kg，電池模組比能量密度超110wh/kg，在針刺測試中，該電池不冒煙、不燃燒、不爆炸。

結語

固態鈉離子電池在具備低成本、高安全性的同時，也解決了液態鈉電池能量密度低的瓶頸，未來市場前景廣闊。目前固態鈉離子電池仍然處于開發初期，還存在一些技術難題，但隨著技術研發的布局，以及企業項目的落地，這項技術必將迎來革命性突破。

參考來源：

1.粉體網《固態鈉電池上車，搶占鈉離子電池技術制高點》

2.苗顯光《鈉離子電池負極結構設計與固態電解質/電極界面優化》

3.樂普鈉電上海《超越鋰電的嶄新未來，固態鈉電即將引領革命！》

4.起點固態電池《中南大學張永柱教授：固態鈉離子電池在二輪電動車及戰備儲能市場的應用》

5.各公司官微等

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