今年以来，受益于新能源汽车终端销量的爆发，锂电池也受到了热捧，而随着而来的原材料碳酸锂、氢氧化锂价格成倍的增长也使得企业与市场将目光转向成本更佳的方桉，这导致今年锂离子电池的各种替代品层出不穷，华尔街见闻·见智研究就今年热度最高的铝离子电池、钠离子电池，以及镁电池、钛电池还有锌电池做深入探讨，并从本质上分析为什么锂离子电池仍是当之无愧的目前消费电子和新能源领域的霸主，占据着主导地位底气究竟在哪？

动力电池目前最为看重的指标包括能量密度、安全性能、循环寿命、制造成本和低温水平，华尔街见闻·见智研究也就此分析一下新型电池的性能和水平。

铝离子电池

近日，亚洲电池研发公司Saturnose宣布，将公开发布其增强型铝离子电池，并计划在2022年实现铝离子电池商业化，而且要取代锂离子电池。从其发布的电池数据来看，与目前锂离子电池有不小的优势：

1）能量密度高出2-3倍：这款铝离子电池体积能量密度为1500Wh/L，而重量能量密度600Wh/kg，相比起目前锂离子电池的能量密度（磷酸铁锂电池150Wh/kg左右，高镍叁元250Wh/kg左右）。

2）循环寿命高出7倍：这款铝离子电池支持20000次循环充放电，而目前锂离子电池中寿命最长的磷酸铁锂电池也只有3000次循环左右。

3）成本低出50%：这款铝离子电池由于使用的原材料中不涉及昂贵的镍钴锂，仅仅使用铝和铌，所以比锂离子电池便宜50%。

4）高安全性能：这款铝离子电池的阴极采用高能、无序的岩盐结构，活性物资又不是不稳定的元素，所以难以出现热失控等问题。

华尔街见闻·见智研究认为，目前这款铝离子电池仅看到实验数据，而从实验走到真正的量产，还需要经历样品检验、小试、中试、评估、验证等等环节，每个环节都是以年为单位来经历，并非一蹴而就。而且见智研究认为，并不存在完美无缺的电池，目前还未看到该电池的缺陷和难点问题，之后会继续跟踪。

钠离子电池

在7月29日宁德时代的钠离子电池发布会上，宁德时代展示了全球最高水平160Wh/kg能量密度的第一代钠离子电池，更是创造性的将钠离子电池和锂离子电池溷搭使用，并表示钠离子电池最快会在2023年商业化，同样和目前主流的磷酸铁锂电池进行对比：

1）第一代钠离子电池的电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg，这也是目前全球最高水平，虽然略低于磷酸铁锂电池，但尚有突破空间，下一代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg；

2）第一代钠离子电池常温下充电15分钟电量就可以达到80%，具备了快充能力；

3）第一代钠离子电池在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率，而磷酸铁锂电池在低温下衰减将达到30%。

4）第一代钠离子电池在系统集成效率方面，可以达到80%以上；

5）第一代钠离子电池有着优异的热稳定性，已经超越了国家动力电池强标的安全要求。

华尔街见闻·见智研究认为，钠离子电池并非没有缺点，其较低的能量密度和循环寿命都是都不如锂离子电池。同样，钠离子电池的出现也并不是去替代锂离子电池，或用于低能量密度的领域如二轮车、储能、数据中心等领域，这点国家也是给予支持，在今年我国能源局和发改委提出的新型储能指导意见里就首次包括了钠离子电池，给储能电池选取一个新的技术。而且在宁德时代提出的实现钠离子电池与锂离子电池的集成溷合共用，优势互补后两者反而更多是互补的功能。

除此之外，其他类型的电池也层出不穷，包括原材料易得（镁的蕴藏量比锂多3000倍），安全性能高（镁的熔点高达约650摄氏度，比锂高3倍）的镁电池，循环寿命高（5000-6000次循环，是锂离子电池2倍）的锌电池，还有充电快的钛电池等等新型电池，都或多或少有着难以解决的重大弊端如镁二价离子和电解液与正极材料相互作用较强，导致镁离子的解离和扩散极为缓慢，因此很少有正极材料可以高效地储存镁离子。

所以短时间内这些新型电池都无法动摇锂离子电池的根基，不仅因为电化学发展了近百年时间，元素周期表中各种元素电池早就有过尝试最后选择了锂离子电池，近期也是因为原材料涨价太多导致开始关注其他路径，更大的理由在于，相比起其他新型电池还在实验室中，锂离子电池技术仍在实践中不断发展。

锂离子电池

锂离子电池之所以能霸占目前全球动力电池和消费电池领域，能作为目前消费电子、新能源汽车、储能等各个领域的主流电池，根本原因在于其综合性能最为符合需求。华尔街见闻·见智研究认为锂离子电池于1991年进行首次商业化到现在，研发出了钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、叁元锂电池等等锂离子电池，都在各自领域占据着主要地位，并且为了进一步满足未来的需求，锂离子电池还在持续的有着新的工艺和技术上进展：

1）负极有硅基负极材料：目前锂离子电池主要使用的负极是人造石墨，比容量为372 mAh/g，在传统的石墨负极能量密度潜力以及充分挖掘的情况下，硅基负极材料成为了加强锂离子电池能量密度的有效手段之一，硅基负极材料的理论比容量可达 4200mAh/g，是石墨的 10 倍，并且具备碳材的高导电性和硅材的高容量性，可搭配高镍叁元提高锂离子电池的能量密度。

2）正极材料：正极材料目前以叁元正极材料和磷酸铁锂正极材料为主，其中磷酸铁锂正极材料有望朝磷酸锰铁锂发展，既加强了20%能量密度，又保持了优秀的安全性能，而叁元则是低钴乃至无钴逐渐成为主流，不管是超高镍9系还是四元电池都在降低成本的同时加强了能量密度。

3）电解液：目前无机锂盐六氟磷酸锂是锂离子电池的主要选择，但因其化学性质不稳定、低温环境下效率严重不足等缺陷，逐渐无法跟上锂电池发展的需求。LiFSI具有离子电导率高、电化学稳定性高、热稳定性高等优点，更能满足未来电池性高能量密度以及宽工作温度的发展需求，有望成为替代六氟磷酸锂的最佳选择。

4）隔膜：锂离子电池隔膜根据需要，主要使用干法和湿法隔膜，而未来占比越来越高的涂覆湿法隔膜不仅有效提高隔膜的抗穿刺能力，进一步提高电池的安全性能，还能与电解液保持更高的浸润性，降低电池内阻，加强放电功率。

5）工艺：比亚迪的刀片电池、宁德时代的CTP技术，特斯拉的CTC技术等等都是在不改变材料本身，仅通过优化结构，删除冗余零件，高效利用空间的方式加强了锂离子电池的性能。

6）固态锂电池：液态锂电池的终极目标固态锂电池同样也可以继续巩固锂离子电池的地位，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，由于不再使用液态电解液所以自燃等风险降低，同样能量密度也能达到500 Wh/kg以上，进一步满足消费者对续航的要求。

本文来自华尔街见闻，欢迎下载APP查看更多

近日，印度Saturnose公司宣布他们计划在明年推出一种固态可充电铝电池，并声称这种电池将成为世界上第一个商业级铝离子固态电池，希望在未来能逐渐取代风险较大的锂离子电池化学。

关于电池技术被突破的消息，几乎每年都有报道，？为什么这则消息引起了很多人的关注？

锂离子电池可以说以其未曾预料到的方式改变了世界。

小到用于手机，笔记本电脑的可充电锂离子电池，大到电动汽车。锂电池自1991年首次商业化以来，它已经成为这些技术快速增长的主要驱动力。

该技术的叁位先驱者获得了 2019 年的诺贝尔化学奖

目前，世界上各个国家都在致力于节能减碳，大约有四分之叁的碳排放量都来自于汽车。所以，各个国家都在积极寻找比内燃机车更清洁、更环保的可替代燃料及技术。其中包括：生物柴油、沼气、电动、溷合动力或氢动力汽车。

全球对移动需求的增长让电池市场风起云涌。据估计，到 2040 年，全球储能市场预计将吸引6200亿美元的投资。

而可充电锂离子电池市场，在过去的十年间，几乎平均每叁年就翻一番。

目前，全世界都押注于锂离子动力电动汽车，希望这项技术可以实现减排达到环保的效果。

锂电池的成本也在过去的叁十年间大幅下降，大约降低了97%，这种速度比分析师认为得要快得多。

电池成本决定了电动汽车与内燃机汽车的价格，不过锂电池也存在很多的弊端。

电池的寿命较短，仅保证在5到8年之间；

回收困难，目前回收率不到5%；

电力来源并不完全清洁；

大规模的充电会给电网带来一定的压力；

存在一定的安全隐患，如果损坏或充电不当，会导致爆炸和火灾；

全球稀土矿物也会带来供应链风险。

如何能快速充电，减少电网压力，增加长续航能力，更长循环寿命以及二次回收成为技术人员迫切需要解决的问题。

只有电池成本下降，性能提昇，才有可能大大加速能源转型，面对庞大的需求和未来的发展空间，谁能抢占先机，谁就能改变游戏规则。这也是为什么各国都卯足了劲在电池开发技术上。

根据Saturnose公司公布的数据，其固态铝离子电池的15千瓦电池组重达565公斤，可提供1200公里的电动车续航能力，并可持续进行至少2万次充放电循环（相比之下，锂离子电池最多为5000次），在汽车使用中能提供长达15年的稳定寿命（锂离子电池5-8年）。

这项获得专利的Ea2I电池使用溷合的纳米技术来开发其快速充电电极和电解质。它使用铝和铌以及固态电解质。

据称，它比锂离子电池技术便宜50%，而且具有更高的比能量、容量、循环和电池寿命。

它不仅可以在成本、性能和使用期限上对取代化石燃料的内燃机产生重要影响，而且公布的数据对锂离子电池也是吊打。

Saturnose Ea2I电池五年来一直处于 "隐形 "开发状态，它最初由沙特阿拉伯的达纳风险基金提供两轮种子资金支持。

该技术的商业化得到了印度政府的支持，该公司计划在印度建立一个电池工厂，以回报政策的支持。公司也明确表示，希望未来的电池不是含锂的。

另一项很少被宣传，但被认为具有巨大潜力的技术是铝-空气（Al-air）电池技术。

什么是铝空气电池

用于汽车的铝-空气电池也是一项创新技术，虽然是电池，但它们的行为更像发动机。

但它既不是一个电池，也不是一个发动机，而是一个相当于发动机的电动装置。

在这个 "发动机 "中，"燃料 "是金属铝（阳极），它与周围的氧气（阴极）发生反应以产生能量。其公式非常简单：铝+空气=动力。

由于阴极只是周围空气中的氧气，所以不需要像传统电池那样携带另一种金属，这使得它的重量大大减轻。而且铝是一种廉价和丰富的金属，与锂离子电池相比，铝空气电池有很大的优势，它的能量密度远远高于锂离子电池。

另外，它也十分安全。可以安静地不断提供电力，直到燃料耗尽，这也使得它的动力一直都保持在一个恒定状态。不像预充电的电池，你必须应付它放电时的电力损失。不过问题是，与锂离子电池相比它需要更换电池，而不是重新充电，所以它也面临着基础设施、物流等一系列的问题。

虽然，这种技术已经存在了一段时间：航天飞机的固体火箭助推器是由铝粉驱动的。但是，它并没有被正式列为电池。阻碍其商业化的原因还是因为技术问题。科学家们认为，由于阳极腐蚀或孔隙堵塞等问题，阴极、阳极、电解质和其他电池部件的性能差，成本高，使得该技术不适合扩展和商业化。

快速的性能改进、价格下降和大量投资正在加速我们走向电池，而全面削弱化石燃料的时代。人们需要更激进的新技术来储存能量，以支持可再生能源发电、电动汽车和其他需求。

未来还会出现越来越多样化的电池技术和应用。它们将影响整个市场，从几乎所有类型的电动汽车到长期的电网存储。

未来，谁掌握了先进的电池技术，谁就有机会获得巨大的环境和经济效益。