原创 我是科学人 我是科学人 2022-07-25 17:46 发表于北京
2019年的诺贝尔化学奖颁给了“锂电池三杰”，以肯定他们“创造了一个可充电的世界”。

但在锂电池之后，谁能成为合格的“继任者”？

许多科学家把目光聚焦在钠离子电池身上。

不久前公布的“第17届中国女科学家”获奖名单中，一位“钠离子电池”研究者就榜上有名。

她正是我国新型高效储能材料及器件的代表人物之一——中国科学技术大学教授，余彦。


余彦

锂电池不吃香了？

人们一边享受着锂电池带来的便利，一边琢磨着怎么把锂电池淘汰——这个听上去有些“渣男”的行径，说到底，是一种无奈之举。

锂电池之所以“横行”电池界多年，甚至拿下“一哥”位置，和它自身的优势分不开。

续航能力强、使用寿命长，拿下了这两个消费者最关心的点，几乎已经让它立于不败之地；再加上锂电池化学性质稳定，即便处于废旧状态，对环境造成的危害都很小……在这些优点面前，让人想不选它都很难。

那么，为什么我们又要找锂电池的替代品呢？

这主要还是出于成本考虑。


目前许多新能源汽车选用的都是锂电池

事实上，用于锂电池生产的核心原材料——碳酸锂的价格一直在上涨。

最新数据显示，7月18日电池级碳酸锂的报价已经达到47万元/吨，较今年年初的31.15万元/吨上涨超过50%。

而在搭载磷酸铁锂电池的整车及搭载三元电池的整车中，锂资源成本占比分别为8.42%、7.89%。据测算，锂价每吨每涨10万元，搭载磷酸铁锂电池整车成本上升3807元；搭载三元电池整车成本上升5363元。

在这样的大背景下，化学性质相近、原材料更好获取、制备成本更低的“钠离子电池”，自然成为“替代品”的首选对象。

据有关数据，钠离子电池正极材料的成本仅是锂电池的40%左右。

只要攻克了钠离子电池的相关技术，还怕没有平价电池用？

就这样，走上钠离子电池研究之路

余彦的“钠离子电池”研究之路，大致可以追溯到2002年。

那一年，她考入中国科学技术大学，跟着导师研究“二次电池”。

所谓“二次电池”，是相对于我们以前使用的一次性电池来说的。可以充电、可以反复使用，是“二次电池”最突出的优势。我们现在用的锂电池，包括仍在研发的钠离子电池等，其实都属于“二次电池”这个大类。

也就是在进行相关研究的时候，让余彦发现了钠离子电池的潜能。


中国科学技术大学一景

除了化学性质、成本等方面的优势外，最吸引余彦的，是钠离子电池所涉及技术的巨大空间。

直白点来说，各国相关方面的科学家研究了这么多年，仍没有完美解决钠离子电池电量存储能力不足、循环寿命较短的瓶颈问题。

针对这两个非常明显的“短板”，有些人觉得应该进一步提高钠离子电池的能量密度，也有人觉得，不一定要让钠离子电池完全替代锂电池，可以先从对能量需求不那么高的领域做部分替代……

正是这些不同的观点，让余彦意识到，她能在这个领域发挥的，还有很多。

补齐短板，就要多管齐下

余彦是研究材料化学出身的，在确定了“高性能钠离子电池电极材料及器件”研究方向后，她和团队，一直想找到一个新的思路，来整体提升钠离子电池的性能。



钠离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成。

“单打独斗”是做不下来的，余彦觉得，要想整体提升钠离子电池的性能，就得依靠“组合拳”——针对正极材料，她和团队成功揭示了电极材料“离子、电子、电荷传输协同增强”机制；面对负极材料，他们则提出了多相多尺度协同调控电极材料导电性、离子传输效率及体积效应的策略。

而在钠离子电池器件性能的优化上，余彦还进一步提出电解液辅助的钠离子嵌入策略，从而研制出整体寿命长、循环次数多、使用效率高的“钠离子电池柔性全电池”和“钠离子电池安时级软包电池”。目前，他们已经和业内多家公司进行了交流，为推进储能电池产业化发展做努力。

2021年7月，国内厂商宁德时代就用一场仅有10分钟的直播发布了其研发的第一代钠离子电池，并表示在2023年将实现产业化。而国内其他的电池龙头企业，如鹏辉能源、容百科技、长远锂科也早已将钠离子电池的研发提上日程。

余彦曾说：“科技创新绝不仅仅是实验室里的研究，而是要转化为推动经济社会发展的现实动力，为老百姓提供更加便捷和美好的生活，这是科研人员的使命。”

不论是谁率先将钠离子电池推向市场，都将无疑开创一个新的时代。