不是，哥们儿，钠离子电池都还没搞明白，钾离子电池就来啦？
最近，一款来自Group 1公司的18650钾离子电池横空出世，说是能用比锂离子电池更低的价格，把 能量密度做到160-180Wh/kg 。这啥概念？比亚迪的磷酸铁锂刀片电池才 140 Wh/kg 。。。
之前宣传的钠离子电池也是，能把能量密度干到 160 Wh/kg ，甚至宁德第二代 200 Wh/kg 的钠离子电池都已经在研发了。
要命，难道锂离子电池马上就要被抛弃了？
诶～事情没这么简单。
首先我们得更正这个比法，“能量密度”其实有 “电池包能量密度” 和 “电芯能量密度” 两种，电池包要比电芯多个外壳，数值上自然要低不少。
上面说的钠、钾离子电池是指 “电芯能量密度”， 而比亚迪的刀片电池一般是指“电池包能量密度”，所以不能这么比。
按现在的技术水平， 钠、钾离子最多也就做到和磷酸铁锂差不多的能量密度。
因为钠、钾离子的“性能”本身就不如锂离子。拿钠、钾离子做的电池，它的 电压 和 比容量 都要更低（这俩的乘积就是能量密度）。
咱们首先就来看这个电压。
要知道，一般车上搭载的动力电池都叫做“摇椅型电池”，因为离子会像摇椅一样在正负两极之间摇摆。。。
呃...如果这个说法太抽象，那咱们也可以把电池充放电的过程看作是上下班， 正极就是出租房，负极就是办公楼，这个打工人就是金属离子 ，它为了电子，整天在这之间两点一线。
诶，别说了，别说了，我看到我自己了。。。
而之所以选锂、钠、钾作为这个天选打工人，当然是因为它们天赋异禀，骨骼清奇。
有不少人说，是因为这三位之间有血缘关系，都是碱金属家族，位于化学元素表的第一列。那下一代电池闭着眼睛都猜出来了，必然是铷离子。。。
但其实真不是这么回事儿。
本质上， 咱们看的还是化学性质的活泼性， 比如锂、钾、钙、钠、镁、铝，它们的标准电极电势更低，说明更容易丢掉电子， 拿它们做电池，电压就更高。
所以咱们也看出来了，在这些元素中间，锂、钠、钾这三位是尖子生中的尖子生，但问题是，为啥最后考上大学的就只有锂呢？
这还得再看 比容量，比容量指的是单位质量里的电量（电荷数量）。 也就是说，在一个块正极材料里面，锂、钠、钾粒子塞的越多，比容量就越高。
要知道，在这堆金属元素里面，锂是最瘦的，化学元素表它排第 3 号，而钠是 11 ，钾是 19 ，越高就越胖。
所以同样一间屋子，你能挤进去的锂离子必然要比钠、钾更多，它的 比容量 和 能量密度 自然也就高很多。
那钠、钾离子不就彻底没戏了？倒也不能这么说。
其实万事万物皆可“轮椅” ，电池性能可不只看金属离子，更要看整个正极材料。大伙儿都知道，锂离子电池的正极材料分磷酸铁锂和三元锂，同样是锂，三元锂就比磷酸铁锂性能更好。
所以钠、钾离子也可以改变正极材料提高性能，一般来说就这三种： 过度金属氧化物、聚阴离子化合物 和 普鲁士蓝类似物。
上面说的三元锂就是第一种，磷酸铁锂是第二种，而从目前的技术方案来看，钠、钾离子都会采用第三种， 普鲁士蓝类似物 。
虽然名字听着怪，但普鲁士蓝类似物和前面俩兄弟一样，代表一种化合物，也就是 亚铁氰化铁 。如果它带两个金属离子，就会显示普鲁士蓝色，所以叫普鲁士蓝，如果带一个金属离子，就叫普鲁士白。。。
诶，没错，之前宁德的钠离子电池，用的就是普鲁士白，而钾离子电池用的是普鲁士蓝，因为实验得出这种方案的综合性能最优。
总之配合上普鲁士蓝类似物，目前的钠、钾离子电池是能做到和磷酸铁锂相近的能量密度。
但就算这样， 钠、钾离子电池也很难在目前替代磷酸铁锂。
要知道，大家之所以研发它们，主要还是看在它们的制造成本更低，因为这俩货哪哪都有，比如钠元素，我家厨房能找出一堆，钾元素，则是农村的常用化肥“草木灰”。
而现在的问题在于，钠、钾电池的价格优势并不明显，因为锂价都已经跌麻了。。。
前几天就有新闻说，碳酸锂价格跌破 8 万元/吨，虽然不至于像铜、铁这么便宜，但相较前两年的 50万元/吨，已经便宜到了六分之一。
而采用普鲁士蓝类似物的钾离子电池，虽然正极材料便宜，但在隔膜、负极等材料的花费上还要比磷酸铁锂更贵，这样价格的优势就不明显了，甚至还可能比锂更高。。。
说实话，这我真有点没绷住。
而且更大的问题还在于工艺， 目前的钠、钾离子电池生产一致性还比较差， 能不能达到实验室的性能，还是个问题。
就拿现在已经量产的钠离子电池来说，在理论上讲它会比锂电池更安全，不容易发生自燃，但 B 站上也有 UP 主通过自制的针刺实验，发现它依然存在安全隐患（这哥们儿是真猛）。
所以至少在目前来说，钠、钾离子电池可能更适合储能，而不是咱们电车的动力电池，就算将来某天有足够技术和工艺去支撑，它们也无法代替更具性能的三元锂电池，因为材料的上限就这么多。
其实说白了， 大伙儿研发各种类型的电池，不是因为锂离子不行，而是锂太少了。
因为锂元素是一种稀有金属，本身在地球的储量就很少，还都集中在南美，而且做成电池以后，锂元素也很难回收，迟早会被用完。
所以就算性能差点，咱们也要开发一种又便宜，量又多的电池，来应对未来缺锂的可能， 大不了就多整点换电站嘛。
而钾离子电池的出现，主要是为了弥补钠离子电池没法用石墨负极的 Debuff ， 所以它先替代的不是锂，而是钠。
总之不管怎么说，从目前的技术来看，钠和钾都只是锂的下位替补。它俩在未来究竟能不能有所突破，就看电池研发的兄弟能不能多给点力了。
如果真搞出来个磷酸铁锂的替代品，咱们又得换车了不是？
编辑 ：脖子右拧& 面线
美编 ：萱萱
大家觉得钠离子钾离子会取代锂离子电池吗？
钠离子电池更多的是用来储存能量的，在电动汽车中似乎没有得到太多的提及，也不热！但是，钠离子电池在电动汽车中的应用是非常广泛的。 如果你想取代锂离子电池，除非锂资源已经没有了！如果你想取代锂离子电池，除非锂资源已经没有了。 上一篇文章我刚分享了固态锂电池，今天我就来分享一下钠离子电池。 针对钠离子电池。
锂、钠、钾的物理化学性质与周期表中碱金属元素相似。 它们的物理和化学性质相似，理论上可以作为二次电池的金属离子载体。 锂的离子半径较小，标准电位较高，比容量比钠和钾高得多，在二次电池中找到了较早和较广泛的使用。 然而，由于钠离子的质量是锂离子的三倍，电池容量低，循环寿命短，钠电池长期以来一直被忽视。 直到2010年，研究人员才捡起了这项老技术，中国第一家钠离子电池公司中科海钠于2017年成立。
锂资源稀缺，钠资源丰富 全球锂资源储量有限，地壳中的锂元素含量。 随着新能源汽车的发展，对电池的需求急剧上升，资源端的瓶颈逐渐显现。 高成本限制了锂离子电池的大规模应用。 钠资源丰富，地壳丰度，是锂资源的440倍，且钠资源分布广泛，易于开采。 钠作为锂的替代品，在电池领域已经引起了越来越多的关注。 钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，钠离子电池的工作原理也是遵循去包埋式（在充电过程中，钠离子从正极释放出来，包埋在负极，包埋在负极的钠离子越多，充电容量越高；放电时，过程相反，钠离子返回正极的越多，放电容量越高）。 钠离子电池与锂离子电池的主要区别在于正负极材料、电解液的不同，特别是正极材料的不同。
目前大规模生产的三元电池的能量密度普遍，高镍体系，与钠电池相比具有明显优势。 在循环寿命方面，钠电池超过3000次，也远远高于铅酸电池300次的循环寿命。 因此，在能量密度和循环寿命方面，钠电池有望主要在启停、低速电动车、储能等市场取代铅酸电池和磷酸铁锂电池，但在电动车和消费电子领域难以应用，锂离子电池仍将是主流选择。
锂电池会不会被取代
锂电池会不会被取代
这是动力电池技术可持续发展问题。 首先，锂离子电池还会用很久。 当前这一代锂离子电池的比能量上限大约是每公斤300瓦时左右，新型锂离子电池可以达到每公斤350瓦时到400瓦时。 2025年会出现与现有液态电解质离子电池比能量大体相当的第一代全固态电池。 2030年后出现第二代采用新型正负极材料的全固态电池，比能量会提升到每公斤500瓦时，还会有高比能量-硫电池、金属空气电池。
钠离子电池现在已经出现，但是各方面性能还不能满足高性能汽车使用要求。 预计到2035年，钠离子电池、钾离子电池性能会大幅提升，比能量会达到每公斤300瓦时左右。 与现在的高比能量锂离子电池相当。
从电池产业可持续发展角度看，估计现有的锂离子电池，包括固液混合的锂离子电池，2030年之前还是绝对主导地位。 第一代全固态电池产业化，占市场比例接近1%的时间点可能在2030年左右。 2035年之后，新一代固态电也，钾、镁、钠、锂-硫等各类电池会进入市场。 到2050年，液态锂离子电池有可能减少到约20%。
钠锂之争：谁将主宰新能源车的未来？
7月18日开始，河南郑州遭遇极端强降雨天气，这期间一则新闻引起了不少人的注意：那是一辆被水淹没了半个车身的新能源车，在水中犹如潜水艇一般前进。 最终，车辆成功开出淹水区。
元素特性造就锂的火热
新能源车能够在深水区通行的原因，其实很好解释：因为其不需要像燃油车一样，从外界的空气中获取氧气，来作为释能反应所需的氧化剂。 在新能源车电池包内部，离子在阴极和阳极之间穿梭，产生电流释放能量。 因此，新能源车的“高压系统”可以做到和外界环境完全隔绝，普遍达到IP67的防水标准，即能够保证在1米的水深下30分钟不漏水。
但新能源车的“低压系统”往往不具备如此优秀的防水性能，在水中容易出现短路等问题，所以仍然不宜在没过轮胎的深水区域行驶。
新能源车以其相对于燃油车更优秀的涉水性能，在公众面前狠狠“秀”了一把。 而正如行业中流传的一句名言“得电池者得天下”一样，动力电池这一占据了新能源车四成左右制造成本的核心部件，也正处在发生巨大变革的风口上。
这让连续4年拿到动力电池市占率全球冠军的宁德时代仍不敢有一丝松懈，其近期发布了最新研发的钠离子电池。那么，为何作为锂离子电池巨头的宁德时代，要在此时发布钠离子电池？它和传统的锂离子电池相比又具有哪些优势？动力电池的未来究竟在何方？
其实，科学界对于钠电池的研究，几乎是和锂电池同时起步的。 两者都始于上世纪60年代末冷战与石油危机背景下，人们对于新型储能材料的迫切需要。
初代的锂电池属于锂金属电池，与现在的锂离子电池不同。 其在充电过程中析晶效应极其严重，很容易造成内部短路，所以基本上都是不可充电的电池。
而离子电池的本质，是金属元素以离子态在正极与负极之间来回穿梭，在这个过程中得到和释放电子，从而形成电流。 金属离子只是电子的“搬运工”，这就让正负极材料几乎没有损耗，实现非常高的循环寿命。 这是现在充电电池的主要思路。
而一个理想的充电电池，需要达到尽可能小的体积和重量，并存储和搬运更多的能量。 所以从元素周期表中来看，要想成为好的能量载体，原子的相对质量要小，得失电子能力要强，电子转移比例要高。 地球上最轻的金属—锂就成为了制造电池最为理想的材料。
与此同时，锂的同族元素钠和钾也成为了研究的对象。 但因为钠原子比锂原子多了8个电子，钠的原子半径比锂要大得多。 这就使得它在正负极材料之间嵌入和脱出时，要占用更大的空间，需要用到比锂离子电池正负极嵌入孔位更大、且更为坚固的材料。
而且它比锂要重得多，这使得钠电池的储能密度比锂电池低。 这一系列的问题，让钠离子电池在电池研究的浪潮中一度被人们遗忘。 而锂电池则在1980年代末迎来了技术突破，以锂离子为基础的“摇椅电池”替代了此前的锂金属电池体系，在短短的几十年内彻底占领了消费电子市场，并成为了如今新能源车动力电池的主流解决方案。
“储能耗尽”担忧
但50年前第一批研究锂电池的科学家们大概不会想到，地球并不是一个锂资源丰富的行星。 地壳中锂的含量仅占0.0065%，而且70%都在南美洲，存在分布不均的问题。
类似的问题是，锂离子电池阴极的另一种不可或缺的元素—钴的情况也不容乐观。 其主要分布于刚果（金）（52%）和澳大利亚（17%），占地壳质量为0.001%。 在全球范围内，锂电池的产量不断冲向新高、锂电池整体价格大幅下降的背景下，用于生产锂电池电极的原材料价格却反而快速飙升；“储量耗尽”正在成为很多业内人士真真切切的担忧。
锂离子电池面临着一个绝大多数的商品永远不会遇到的挑战：随着产量的提升，价格不仅无法持续下降，反而可能急剧升高。 这样的局面，让造一台车就要用掉相当于数百个手机电池原料的新能源车企如坐针毡。
所以近年来，各大新能源车企在造车之外，干得最多的事大概就是降低电池包中锂和钴的含量，收购上游矿产开采企业的股份，并大力研发“锂”之外的下一代储能体系。
在这样的背景下，早年饱受冷落的钠离子电池，在2010年后一跃成为了研究热点。 和储量稀少的锂不同，钠在地壳中的质量占比为2.75%，是锂的400倍。 作为我们日常餐桌上食盐的主要成分，氯化钠的价格更是只有碳酸锂的1/10不到。
“钠锂混搭”
中国作为世界最大的新能源车市场，钠离子电池研究也处于世界领先地位。 在宁德时代之前，中科院物理所旗下的中科海钠研究的钠离子电池在去年就已投入量产，只不过能量密度仍然较低，在145Wh/kg左右。
而宁德时代第一代钠离子电池的电芯单体能量密度达到了160Wh/kg。 虽然160Wh/kg的能量密度在动辄300Wh/kg的三元锂电池面前实在算不上高，甚至比磷酸铁锂电池还要低一些，但这已经是全球范围内钠离子电池储能密度的最高水准。
另外，宁德时代的钠离子电池在常温下充电15分钟，电量可达80%以上；而且在-20摄氏度低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率，远好于三元锂电池在这一条件下70%不到的水平。
钠离子电池同样能通过业界最为严苛的针刺测试，基本上可以看作是磷酸铁锂电池的“快充”和“低温性能增强”版本。 辅以极高的安全性和成本优势，钠离子电池可以作为磷酸铁锂电池的替代品，广泛应用于低端电动车、商用电动公共 汽车 甚至两轮电瓶车等诸多领域。
而宁德时代在发布会上，也提出了钠离子电池与三元锂电以2 1比例混搭的技术方案，通过优秀的BMS（电池管理系统）逻辑，精准控制两种电池的放电水平曲线，使钠离子电池搭载在对续航要求更为严苛的高端电动车型上也成为可能。
多元技术方案浮现
根据国家提出的2030年碳排放达到峰值、2060年实现碳中和的构想，对西部太阳能、风能等清洁能源的需求也在进一步扩大。 但清洁能源不像火电可以根据负载动态调节发电量，如果发出来的电没有及时用掉，就只能当作“弃电”处理。
据了解，2018年，我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度，这实在是巨大的浪费。 为了能将清洁能源发出来的电稳定接入电网，就必须建立大型的“储能电站”。
以前段时间在广东阳江建成的全国最大的抽水蓄能电站为例，其基本原理就是将城市用电波谷时段多余的电量用于抽水，将水抽到高处后，再在用电波峰时段将水放出发电。 这可以看作是一个巨型的充电电池，在电网中承担调峰、填谷、紧急事故备用等任务。
而这样的任务交给成本低廉、能量密度相对较高且对环境温度不敏感的钠离子电池，同样可以完成。
那么，钠离子电池就是新能源车的未来了吗？其实，包括三元锂电池、磷酸铁锂电池在内，现在新能源车主流的动力电池方案都属于“液态电池”范畴，即需要液态的“电解液”作为离子在其中畅行无阻的介质。
而其实，动力电池还有另一种即将投入市场的“固态电池”方案，顾名思义，就是采用常温下处于固态的电解质作为介质传递离子。 一般认为，液态电池的储能密度上限在350Wh/kg，而固态电池的能量密度有望达到1000Wh/kg。
固态电解质十分稳定，基本根除了热失控爆炸的风险，被业界认为是未来动力电池的发展方向。 国内多家电池厂商也已经在此赛道布局多年。 目前关于固态电池新型材料的理论研究论文，也是遍地开花的状态。 相信固态电池的时代离我们已经不远了。
先前，新能源车业界曾有过一个大胆预测，即新能源车全面取代燃油车的拐点，将在动力电池能量密度达到400Wh/kg后到来。 目前世界上许多国家也都宣布，以2030年作为燃油车全面禁售停产的时间节点。
我想用宁德时代创始人兼董事长曾毓群在钠离子电池发布会上的一句话作为文章的结尾：“我们认为，电化学的世界就像能量魔方，未知远远大于已知。 ”相信人类终将攻克动力电池研发路上的种种难关，让世界全面进入清洁能源的时代。
作者 | 马点秋
看世界杂志新媒体出品
