リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度、長いサイクル寿命、そして自己放電の少なさから、主要な充電式電池技術として広く利用されており、スマートフォンやノートパソコンから電気自動車、そして系統規模のエネルギー貯蔵システムまで、あらゆる機器に電力を供給しています。しかし、リチウムの埋蔵量が限られており、採掘コストが高いことから、代替電池の必要性が高まっています。ナトリウムイオン電池は、ナトリウムの豊富さと安価さを基盤として、将来有望視されています。本稿では、両電池の構成要素、動作原理、コスト、エネルギー密度、サイクル寿命、安全性、性能、そして用途についてご紹介します。
ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池の比較
ナトリウムとリチウムは同じグループのアルカリ金属であるにもかかわらず、異なる物理的特性を有しています。これらの本質的な違いは、エンジニアが両方をバッテリーアプリケーションに利用する場合、その電気化学的挙動に直接影響を及ぼします。2つの異なる充電式バッテリー技術であるナトリウムイオンバッテリーとリチウムイオンバッテリーは、それぞれ異なる側面で長所と短所を有しています。
ナトリウム電池とリチウム電池の化学成分
- ナトリウムイオン電池 （SIB）
カソード材料: 遷移金属酸化物のナトリウム化合物 (例: NaFeO₂)、リン酸塩 (NaFePO₄)₃)、硫酸塩 (Na₂Fe₂(SO₄)₃)、およびプルシアンブルー類似体 (Na₂Fe[Fe(CN)₆])。
陽極材料：特別に設計された炭素材料 - 安定したナトリウムイオン貯蔵を備えた硬質炭素と軟質炭素
動作原理：充電時には、ナトリウムイオンが正極から負極へ移動し、炭素構造に析出します。放電時には、ナトリウムイオンが正極に向かって移動し、デバイスを充電するためのエネルギーを放出します。
- リチウムイオン電池 （LIB）
正極材料：コバルト酸リチウム（LiCoO₂）、リン酸鉄リチウム（LiFePO₄）、 リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物（NMC）.
陽極材料: 最も一般的な選択肢はグラファイトですが、一部の新しいモデルでは、性能向上のためにシリコンまたはチタン酸リチウム (LTO) が使用されています。
動作原理：充電時には、リチウムイオンが正極から負極へ移動し、グラファイト層に挟まれます。放電時には、リチウムイオンが正極に戻り、電流が発生します。
ナトリウムイオン電池 VS. リチウムイオン電池のコスト
理論上、ナトリウムイオン電池は材料コストが低いというメリットがあります。ナトリウムは地殻の2.3%を占めており、これはリチウム（わずか400%）の0.0065倍の量です。また、地球全体に均一に分布しています。ナトリウム電池は両極に安価なアルミ箔を使用するため、リチウムイオン電池に比べて材料コストを30～40%削減できる可能性があります。
しかし、現実は楽観的ではない。メーカーはナトリウム電池の量産に着手しておらず、リン酸鉄リチウム（LFP）電池の価格は下落し続け、2025年には底値に達する。こうした状況により、コスト差はほぼ解消されている。
ナトリウム電池 VS. リチウム電池 エネルギー密度
ナトリウムイオンはリチウムイオンよりも大きいため、ナトリウムイオン電池は電圧が低く、重量および体積エネルギー密度も低くなります。ナトリウムイオン電池は通常、動作電圧100～150Vで2.8～3.5Wh/kgの容量を供給し、特定の用途においては一部のリン酸鉄リチウム（LFP）電池と同等の性能となります。
LFP バッテリーはまだ 200Wh/kg 未満ですが、リチウムニッケルマンガンコバルト (NMC) や同様の化学物質は 200～300Wh/kg に達し、XNUMX グラムでも重量が重要となるスマートフォンや電気自動車など、スペースが限られた用途に最適な選択肢となっています。
しかし、ナトリウムイオン電池は高性能なリチウムイオン電池にはまだ及ばない。そのため、両技術は互いに補完し合う関係にある。リチウムイオン電池はエネルギー集約型の用途で主流となり、ナトリウムイオン電池は定置型蓄電池や重量がそれほど重要でない用途において、費用対効果の高い選択肢として浮上している。
ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池のサイクル寿命
製造プロセスと材料の制約により、現在市販されているナトリウムイオン電池は通常 3,000 ～ 4,000 サイクルしか提供できません。
リン酸鉄リチウム電池などのリチウムイオン電池は、この点で先行しており、市販の314Ah蓄電セルは12,000サイクル以上を実現しています。この性能差は、市場におけるナトリウムイオン技術とリチウムイオン技術の成熟度の差を反映しています。
ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池の安全性
ナトリウムイオン電池は、動作安定性において明確な安全性の優位性を示しています。独立機関による試験では、釘刺し試験において熱的事象を生じることなく完全性を維持し、短絡、過充電、圧縮といった状況下でも安定した性能を示すことが示されています。高い安全マージンを実現しているのは、熱活性化閾値が高く、発熱速度が遅いためです。
リチウムイオン電池は、様々な使用条件下で高いレベルの副反応を起こしやすく、その結果、 熱暴走従来のリチウムイオン電池の安全事故は、機械的損傷（押し出し、穴あけ）、電気的損傷（短絡、過充電、過放電）、および熱的損傷（過熱）の 3 種類の損傷条件によって制御されます。
ここでは、ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池の主な違いに基づいた表の内訳も作成しました。
ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池
| 機能 | ナトリウムイオン電池 | Lリチウムイオン電池 |
| 原材料 | 豊富（地球の地殻の2.3％） | 希少（地球の地殻の0.0065％） |
| サイズ | バルキー | 光 |
| エネルギー密度 | 100～150Wh/kg | 140～280Wh/kg |
| サイクル寿命 | 3,000-4,000 サイクル | 12,000万サイクル以上 |
| 充電スピード | 80分で12%充電 | 80分で45%以上充電可能 |
| –30°C容量保持率 | 維持する 92％ パフォーマンス | M含まない 80％ パフォーマンス |
| 熱暴走 | 350°C（662°F） | 270°C（518°F） |
| Application | エネルギー sストレージ, 低速 E電気自動車、低温電動自転車 | IoTデバイス、電動工具、医療機器、ロボット、eFoil |
| 環境影響 | 環境への影響が最小限に抑えられ、二酸化炭素排出量も削減されます。 | 汚染、資源不足、高炭素排出に対処します。 |
ナトリウム電池とリチウム電池の性能比較
従来のリチウム電池は寒さの中で性能が悪くなりますが、 ナトリウムイオン電池技術 -92℃でも30%の放電容量を維持し、リチウムの寒冷地性能の弱点を克服しました。CATLのナトリウムイオン電池は、室温でわずか80分で15%の充電に達し、-40℃から80℃まで安定して動作します。しかし、重量が大きくエネルギー密度が低いため、当面は低速車両への適用に限られます。
標準的なリチウム電池は20～30℃の範囲で最適に動作し、この範囲外では性能が低下します。 CMBの革新的なソリューションとは? カスタムリチウム電池パック 防水・耐熱性に優れたBMSテクノロジーを搭載し、幅広い温度範囲（-20℃～85℃）で動作します。この革新的な技術は、ナトリウムイオンの耐熱性とリチウムのエネルギー密度のギャップを埋め、標準的なバッテリーでは機能しない場所でも信頼性の高い電力を供給します。
2021年2023月、CATLがナトリウムイオン電池を発表し、2022年までに本格生産開始を目標としたことで、状況は劇的に変化しました。21年にはリチウム価格が高騰し、産業界への導入がさらに加速しました。2025年XNUMX月XNUMX日、CATLは世界初の量産型ナトリウム電池「CATL Sodium New」を発売し、新たなマイルストーンを達成しました。これにより、この技術はニッチな用途から広範な商業化へと移行し、世界のエネルギーインフラを再構築しました。
ナトリウム電池とリチウム電池の用途
です。 ナトリウム電池 リチウム電池よりも優れているのか？答えはノーだ。リチウムイオン電池は依然として市場を支配しており、寧徳時代集団が35%の市場シェアでトップに立ち、BYDとLGエナジーソリューションズが合わせて21%を占めている。しかし、地政学的要因を無視することはできない。中国はリチウムイオン産業チェーンを支配しており、炭酸ナトリウムの主要供給国である米国は、中国への依存を減らすため、エネルギー自給を推進している。
ナトリウムイオン電池はエネルギー貯蔵の分野で明るい将来性を持っているものの（30年には市場シェアが2030%に達すると見込まれている）、実用化には依然として主要な課題が立ちはだかっている。ナトリウムの原子量はリチウムの30倍であるため、エネルギー密度は10%低く、また酸化還元電位も25%～2030%低いため、電気自動車の航続距離に深刻な影響が出る。JACなどの企業がナトリウム電気モデルを試しているにもかかわらず、リン酸鉄リチウム（LFP）電池は、同程度のコスト（ナトリウムとほぼ同等）とより長いサイクル寿命を武器に、市場獲得に向けて動きを加速させている。業界予測によると、42年までにNMC電池とLFP電池のシェアはそれぞれ41%とXNUMX%に達すると見込まれている。ナトリウムイオン電池は、シェア獲得に向けて競争するためには、性能上の限界を克服する必要があるだろう。
2025年のリチウム価格は現在低水準にあり、ナトリウムイオン電池のコスト優位性は低下しています。業界関係者によると、ナトリウム電池はエネルギー密度が低いため、主に二輪車や小型車に適しているとのことです。ナトリウム電池の技術は今後進歩するものの、その航続距離は高級リチウム電池を超えることは決してなく、高級リチウム電池は特定の市場セグメント（短距離用マイクロ電気自動車など）に位置付けられるべきだと専門家は考えています。
ナトリウムイオン電池と比較して、リチウムイオン電池はエネルギー密度が高く、電池サイクル寿命が長く、軽量です。そのため、スマートフォンから電気自動車まで、今日の電池市場をリードし続けています。15年の経験と研究開発エンジニアリングチームを擁するリチウム電池メーカーとして、 CMB お客様のあらゆるニーズを満たす、最もカスタマイズされたリチウムイオン電池パックソリューションを提供します。例えば、 カスタマイズされたリン酸鉄リチウム（LFP）バッテリーはナトリウムとほぼ同じコストで、幅広い産業機器や商業機器の電力供給に最適です。 船舶、ゴルフカート、そして RV長いサイクル寿命、インテリジェントな BMS、コンパクトなサイズがその理由です。
ナトリウム電池とリチウム電池に関するよくある質問
1. ナトリウムイオン電池はなぜリン酸鉄リチウム電池とよく比較されるのでしょうか?
ナトリウムイオン電池は、リチウムイオン電池に一般的に使用されるニッケルベースの化学組成よりもエネルギー密度が低いためです。そのため、ナトリウムイオン電池はエネルギー要件が低い用途に適しています。この文に他に何か調整を加えますか？このため、ナトリウムイオン電池は定置型エネルギー貯蔵システムや、航続距離が重要でない小型車両に最適です。特に、中国のBYDは「マイクロカー」にナトリウムイオン電池を採用する計画であり、同社がターゲットとする市場セグメントを明確に示しています。
2. ナトリウムイオン電池は本当にリチウムイオン電池より安価ですか?
COVID-19の流行によるサプライチェーンの混乱やニッケル供給に影響する地政学的緊張によりリチウムイオン電池の価格が急騰して以来、ナトリウムイオン技術は注目を集めている。
しかし、状況は変化しており、時間の経過とともに、データによれば、リチウムイオン電池の価格は100年までに2027キロワット時（kWh）あたりXNUMXドルを下回る可能性があることを示しています。リン酸鉄リチウム電池はますます安価になるでしょう。
3. ナトリウムイオン電池は、ピーク始動電力の点で鉛蓄電池を置き換えることができますか?
一般的に言えば、いつでも交換可能です。平均的な2Ahのリチウムイオンバッテリードリルでも、3kWのディーゼルスターターの始動性は向上します。
4. ナトリウムイオン電池パックの方がお勧めですか?
具体的な用途によって異なります。しかし、現在ではほぼ同等のコストで、エネルギー密度が高く、サイクル寿命が長いリチウムイオン電池パックをお勧めします。 ナトリウムイオン電池パック 低コストで、低温気候でも安全性が高まります。 CMB お客様のさまざまなニーズに合わせたカスタムリチウム電池パックソリューションを提供することに尽力しています。 お問い合わせ 専門的な解決策を得るため。
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