能量密度达178Wh/kg！99.5%锡+碳纳米管钠电池超越碳酸铁锂

电子发烧友网综合报道，在全球锂电原材料价格波动和储能需求激增的双重推动下，钠离子电池凭借资源丰富、成本低廉的优势，逐渐成为储能领域热门的替代技术。然而长期以来，能量密度不足的问题一直制约着钠电池的商业化进程。

近期，美国加州大学圣地亚哥分校与Unigrid Battery团队联合研发的高性能锡基阳极技术，为这一困境带来了突破性解决方案。该技术不仅使钠电池的能量密度首次超越商用磷酸铁锂（LFP）电池，还在材料设计与性能平衡上实现了关键创新，为低成本、高能量密度的可持续储能系统开辟了新道路。

传统钠电池大多采用硬碳作为阳极材料，其理论容量仅为300 - 350 mAh/g，导致电池能量密度普遍在100 - 130Wh/kg，远低于商用LFP电池140 - 160 Wh/kg的水平。为突破这一瓶颈，研发团队把目光投向了锡材料，锡的理论容量高达994 mAh/g，约是硬碳的3倍，有显著的能量密度提升潜力。

但纯锡在充放电过程中会出现超过300%的体积膨胀，容易导致电极开裂、活性物质脱落，大幅缩短电池循环寿命，这也是此前锡基阳极难以商业化的核心问题。

为解决该问题，团队设计了“高纯度锡 + 碳纳米管 + 少量粘合剂”的复合阳极结构。其中，99.5%纯度的锡作为容量主体，保证了高能量密度的基础；碳纳米管则起到导电骨架与缓冲层的双重作用。

它将分散的锡颗粒连接成三维导电网络，使电子传导速率提升2 - 3倍，有效改善了纯锡导电性差的问题；同时，碳纳米管的柔韧性能够缓冲锡颗粒的体积膨胀，将膨胀率压缩至180%以内，显著提高了电极的机械稳定性。少量粘合剂的加入进一步固定电极结构，避免充放电过程中活性物质脱落，保障了电池循环寿命。

在阴极搭配上，研发团队选用NaCrO₂作为阴极材料，而非常见的普鲁士蓝类似物（PBAs）。这是因为NaCrO₂具有更高的电压平台（约3.3V），与锡基阳极搭配后，能通过电压和容量的协同效应最大化电池能量密度；同时，NaCrO₂的层状晶体结构稳定性强，能与锡基阳极的循环性能形成互补，最终使电池在100次循环后仍能保留90%的容量。

尽管这一循环寿命尚未达到储能市场要求的2000次标准，但已远超早期钠电池50次循环的水平，为后续通过电解质优化、界面修饰等方式进一步提升寿命留下了空间。

从性能数据来看，这款锡基钠电池表现出色。重量能量密度达到178 Wh/kg，体积能量密度高达417 Wh/L，两项指标均超越了商用LFP电池。这意味着在相同重量或体积下，该钠电池能存储更多电量。若应用于工商业储能电站，相同容量的电池组体积可缩小10% - 15%，大幅降低场地占用成本；若未来拓展至低速电动车领域，其续航里程有望接近LFP车型，同时凭借钠资源的低成本优势，进一步降低整车制造成本。

值得注意的是，这项技术已启动商业化推进。作为加州大学圣地亚哥分校孵化的企业，Unigrid Battery团队背后有强大的产学研资源支持，核心研发成员包括国际电池领域权威Shirley Meng教授（曾任特斯拉电池研究顾问），确保了技术研发的专业性和延续性。

2024年10月，团队获得LG Technology Ventures投资；2025年6月，又完成1200万美元A轮融资，资金主要用于优化锡基阳极的量产工艺与建设第一条MWh级生产线。截至2024年底，该技术已完成第三方性能验证，并收到美国本土储能集成商的首批MWh级采购订单，计划2025年小批量交付，2026年实现GWh级产能突破。

不过，要实现大规模商用，这项技术仍需跨越两道关键门槛。一是循环寿命的提升，当前100次循环的表现距离储能市场要求的2000次、电动车市场要求的3000次还有较大差距，团队计划通过在电解质中添加SEI膜成膜添加剂，减少电极界面副反应，进一步延长循环寿命。

二是量产成本的控制，尽管锡的价格低于锂，但高纯度锡（99.5%）与碳纳米管的组合成本仍高于传统硬碳阳极，目前团队正在研发锡渣回收再利用工艺，目标是将阳极材料成本降低30%以上，让钠电池的成本优势真正落地。

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