钠离子电池行业分析：产业化黎明初现钠电池大有可为

钠离子电池行业分析：产业化黎明初现，钠电池大有可为1钠电池优势明显，商业化在即1.1钠离子电池优势在于成本低、资源丰富锂资源短缺，钠含量丰富优势体现。早在20世纪80年代，钠离子电池就已经被短暂研究过，但是由于当时锂离子电池在能量密度方面更具有明显的优势，广泛应用于商业化生产中，因此钠离子电池的研究工作被搁置了。近年来，由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加，限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此，原料丰富且成本低廉的钠再次引起了科学家们的兴趣。在元素周期表中，钠与锂是处于同一主族且具有相似物理化学性质的金属元素，地球上的钠资源储量非常丰富，元素含量约为23000ppm（锂含量仅约为17ppm），丰度位于第6位，且分布于全球各地，可完全不受资源和地域的限制。所以在资源方面，钠离子电池比锂离子电池具有更大的优势。钠离子电池结构和原理类似锂电池。钠离子电池主要由两种不同的钠嵌入型材料（正极材料、负极材料）、电解液、隔膜等关键部件组成。充电时，钠离子从正极材料中脱出，经过电解液，隔膜，最后嵌入到负极材料；与此同时，电子经外电路从负极流向正极。放电过程则与充电过程相反。可以看出钠离子电池的工作原理和锂离子电池基本类似，也是一类

“摇椅式电池”。钠离子电池正、负极材料体系在电池产品中起决定性因素，电解液/隔膜主要与正、负极材料体系进行选择匹配使用，因此，正、负极材料体系也直接决定了电池最终的性能指标。硬碳负极的研发，钠电池逐渐走向成熟。1970年到1980年间，整个钠电行业处于研发阶段，开始出现高温硫钠电池以及NaMeO2正极；1980到1990年，开始将钠电应用到动力和储能方面，发明了高温钠离子电池，但此时缺乏稳定的负极；1990到2000年，储能应用研发逐渐减少，钠电研发进程放缓，转而钠-氯化镍电池开始发展；从2000年发现硬碳负极材料开始，整个钠电行业实现了研发突破。国内钠电池进展迅速，已经进入商业化前夕。2010年，中科院开始发现钠离子电池，成为国内最早涉及该领域的组织机构；2017年，国内首家专注于钠离子电池开发与制造的企业中科海纳成立；2018年，中科海纳首辆钠离子电池低速电动车亮相，同年，浙江钠创新能源有限公司注册成立；2019年，钠创新能源全球首条吨级铁酸钠基正极材料生产线完工，同年，中科海纳首座钠离子电池储能电站问世；2021年，中科海纳全球套1MWh钠离子电池光储充智能微网系统成功投入运行，同时期，钠创新能源发布全球首套钠离子电池-甲醇重整制氢综合能源系统，而且宁德时代发布第一代钠离子电池，其能量密度可达160Wh/kg。1.2政策大力支持，推动产业链逐步完善钠离子电池近年来受到了政策大力支持。钠电池是锂电池的有效补充，近年来技术也逐步成熟，产业链企业逐步有小批量出货。从政策层面，国家各部委以及地方政府出台了多项政策鼓励多种储能技术并行发展。国家开始推动钠离子商业化，各项细节逐步完善。2021年10月12日工信部答复《关于在我国大力发展钠离子电池的提案》中表示，锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。工信部表示，下一步将在“十四五”相关规划等政策文件中加强布局，从促进前沿技术攻关、完善配套政策、开拓市场应用等多方面着手，做好顶层设计，健全产业政策，统筹引导钠离子电池产业高质量发展。科技部将在“十四五”期间实施“储能与智能电网技术”重点专项，并将钠离子电池技术列为子任务，以进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化，提升综合性能。2钠电池产业链建立完成，各项环节基本定型2.1正极：层状氧化物综合性能好，开始成为主流钠离子电池主要的正极材料有过渡金属氧化物、普鲁士蓝，聚阴离子等。正极材料是影响电池能量密度、循环寿命等关键组部件，优秀的钠离子正极材料应该具备：（1）原材料成本低，制备工艺简单，更好的发挥钠离子电池成本低的优点；（2）具有氧化还原电对并且氧化还原电位够高，有利于提高钠离子电池的能量密度；（3）电子和离子传导速率高，能实现快速的充放电；（4）材料结构稳定性高，在钠离子脱嵌过程中结构不发生相变或相变可逆性高。目前研究的最多的正极材料主要是以下三种：过渡金属氧化物、普鲁士蓝/白化合物，聚阴离子。过度金属氧化物能量密度高，是当前钠离子电池的主流正极。过渡金属氧化物正极材料

（NaxMO2，x≤1，M=过渡金属元素及其组合）由于其合成方便、能量密度高的优点，以及与已经商用的锂离子电池正极材料结构类似，所以被广泛认为是最有希望商业化的材料。根据分子式中钠含量的差异，过渡金属氧化物正极材料可分为两类：隧道型过渡金属氧化物（NaxMO2，x≈0.44）和层状过渡金属氧化物（NaxMO2，0.5≤x≤1）。隧道型氧化物正极材料，顾名思义其晶体结构是呈隧道状，隧道型氧化物正极虽然又稳定的结构，但是其钠离子点位较少，能量密度较低。层状氧化物正极材料NaxMO2的结构是由MO6三棱柱/八面体组成过渡层，形成可供钠离子脱出/嵌入的二维传输通道，钠离子则会占据这些通道中的位点形成钠层，具有合成工艺简单、能量密度高、优秀的倍率等特点。目前层状氧化物正极材料已经大规模应用在锂电池领域，预计也会成为钠离子电池的主流方向。普鲁士蓝具有较好的稳定性，但循环寿命较差，生产过程不环保。普鲁士蓝化合物KFe[Fe(CN)6]是一种典型的立方晶体结构，其所有的金属离子位于立方体顶角，NaxMFe(CN)6

（M=Mn、Ni、Co、Zn、Cu和Fe等）普鲁士蓝类似物材料由于具有开放的三维结构，使其具有相对优异的倍率性能和较好的循环稳定性。但由于其在合成过程中会产生剧毒的氰化氢，同时晶格中的配位水难除尽，严重影响电池的容量和循环性能。聚阴离子正极稳定性较强，但成本较高。聚阴离子型正极材料拥有坚固且开放的三维框架，材料的结构稳定性与热稳定性非常高，因此聚阴离子型正极材料具有更好的循环稳定性与安全性能。类似LiFePO4，NaFePO4电化学性能较为优异，但NaFePO4能量密度较低。另一类被广泛研究是以Na3V2(PO4)3为代表的NASICON结构材料，其具有高度开放的框架结构，可以为钠离子提供了三维扩散通道和很大的迁移间隙，具有出色的倍率性能。目前磷酸钒钠已经有小批量量产，但成本较高。2.2负极：硬碳最合适，但成本较高目前钠离子电池使用较多的负极是硬碳、软碳。负极材料作为钠离子电池的核心部件之一，影响着电池首次库仑效率、倍率性能和循环耐久等特性。目前关于钠离子电池负极材料研究最多的是碳基材料，相比于锂电池中的石墨负极，传统的石墨材料无法满足高储钠能力，目前可以作为钠离子电池的负极有：硬碳、软碳、纳米纤维、石墨烯和碳纳米管。硬碳是目前最适合钠离子电池的负极。硬炭是即使在高于3000℃的温度下也不会转变为石墨的一种炭材料。经过了多年的研究，硬碳由于其高容量，合适的工作电势和可持续性而成为钠离子电池理想的负极材料，其大的层间距被认为有利于钠离子的嵌入和脱出，并且可逆钠储存容量在150-350mAh/g。软碳通常作为硬碳的包覆层。软碳为可在2800℃下石墨化的非晶态材料，软炭材料往往具有与石墨相近的石墨微晶排列和碳层间距，因此对于具有较大离子尺寸的钠离子来说，软炭材料的容量较低无法达到实际应用的需求。但是软炭材料往往具有液相热解的特性，并且相比于硬炭来说，软炭的比表面积较低。因此软炭材料可以作为硬炭材料的包覆层，减少电极材料与电解液的副反应，增大首次库伦效率。2.3电解液多使用NaPF6+酯类溶剂，铝箔成本有优势当前钠离子最常用的电解液溶剂是酯类电解液。作为电池的一个重要组成部分，电解液是电池内部沟通正负极的桥梁，负责载流子在正负极之间的传输，是影响电池安全性的主要因素，对电池的能量密度、循环寿命以及倍率性能等也起着重要影响。有机电解液具有稳定的电化学性能、很高的离子电导率以及较低的价格，是钠离子电池实际应用中最有前景的选择之一。目前最常用的电解液可以分为醚类电解液和酯类电解液：

（1）酯类电解液安全性高，具有良好的导电性。酯类电解液主要成分有：PC（碳酸丙烯酯）、EC（碳酸乙烯酯）、DEC（碳酸二乙酯）等，酯类电解液对于钠盐的溶解性较好，做电解液时可以提供良好的离子传输能力。并且酯类电解液的结构比较稳定，耐氧化，安全性高。（2）醚类电解液可以提升电池的能量密度，但稳定性较差。醚类电解液的成分主要为DME（乙二醇二甲醚）和DOL（二氧五环）等，醚类电解液可以促进钠离子在炭材料层间的插入，有助于提升材料的比容量、首效和倍率性能。但是醚类电解液容易生成过氧化物，耐氧化性差，应用时容易起火，安全性差。钠盐最常用的是NaPF6。钠盐是电解液中重要组成部分，是提供电解液中载流子的主要来源。由于钠盐阴离子种类繁多，且还原电位不同，导致钠盐不可避免地会参与到SEI膜的形成中，不同的阴离子对SEI膜的成分与性能具有显著影响。钠盐可分为含氟钠盐（NaPF6、NaFSI等）和不含氟钠盐（NaBF4、NaClO4等）两条路线，从热稳定性角度分析NaClO4>NaPF6>NaFSI，虽然NaClO4热稳定性最佳，但其易制爆，因此NaPF6被认为是较常用的钠盐。钠电池的正负极集流体均选用铝箔，使钠离子电池在成本方面更具优势。铝箔是一种铝压延材，厚度小于0.2毫米。电池铝箔是指锂电池正极集流体铝箔，既是集流体电极，又是锂电池正极材料的载体。铝与锂在低电位会发生合金化反应，锂离子电池只能选择铜做集流体。而铝与钠在低电位不会发生合金化反应，因此钠离子电池可以选择更便宜的铝做集流体。钠离子电池正负极集流体均为铝箔。钠离子电池中铝箔替代铜箔后，每KWh电池中用于制作集流体的材料成本约10%左右。3预计2030年钠电池需求量292GW，CAGR为82%3.1储能迎来黄金发展期，钠电池具有一席之地能源革命推动再生资源扩张，储能迎来历史发展机遇。储能是能源革命的关键支撑技术，是解决可再生能源大规模接入、提高电力系统和区域能源系统效率、安全性和经济性的迫切需要。2021年，国家双碳战略的实施，大幅促进了储能技术和产业的发展，中国储能实现了从商业化发展初期到规模化发展的转变，总体上中国储能的发展超出了业界预期，一是支持储能的政策不断出台，二是储能系统的装机大幅增加，三是多种储能技术取得重要进展。中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2022》显示，中国及全球储能赛道尤其新型储能保持高速增长态势。2021年全球新增投运电力储能项目装机规模18.3GW，同比增长185%，其中，新型储能的新增投运规模最大，首次突破10GW，是2020年新增投运规模的2.2倍。而截至2021年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模46.1GW，同比增长30%。新增投运电力储能项目装机规模首次突破10GW，达到10.5GW，其中，新型储能新增规模首次突破2GW，同比增长54%。锂价高企，钠离子电池成为有力替代者。当前电化学储能具备地理位置限制小、建设周期短等优势，是主流储能方式之一。目前，在电化学储能中发展最为成熟的是锂离子电池技术，但随着电动汽车普及和大规模储能应用，锂离子电池或将面临锂资源紧缺的问题。钠离子电池由于资源丰富、成本低廉、能量转换效率高、循环寿命长、维护费用低等优势，已成为目前储能技术的研究热点。锂价高企，钠离子电池得到国家政策支持，优势开始显现。2022年7月国家能源局在《征求意见稿》特别强调，中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。当前碳酸锂价格已经突破50万元/吨，磷酸铁锂成本过高，企业纷纷寻找备选技术路线，而钠离子电池是首选。发展钠离子电池有望缓解因锂资源短缺及分布不均引发的储能发展受限的问题，具有重要的经济价值和战略意义。钠离子电池与锂离子电池相比，除了能量密度外，在成本、充放电倍率、低温性能、安全性方面均不落下风，甚至更具优势。钠离子成本优势明显，大规模商业化在即。在储能系统投资成本中，初始容量投资成本一般占据初始投资的60%以上，该成本主要用于电芯购置。钠离子电池，相比锂离子电池，正极材料、负极材料和集流体具有成本优势。当前钠离子电池的初始容量投资在500-700元/kWh，若循环次数在6000周时，钠离子电池储能系统度电成本可实现0.217-0.285元/kWh；当循环次数在8000周时，钠离子电池储能系统度电成本可下探至0.2元/kWh以内。若能进一步改进电池结构和工艺，提高材料利用率，降低材料成本和制造成本，提高储能系统的循环寿命，则电站的度电成本可进一步降低，可满足大规模储能商业化应用的要求。3.2完美解决下游痛点，预计2025年需求量达到61GW电化学储能快速发展，2030年累计装机达到297GW，年复合增长率58%。2022年4月25日，中国化学与物理电源行业协会储能应用分会发布《2022

储能产业应用研究报告》：2021年，中国新增储能装机7397.9MW。其中，抽水蓄能装机功率5262.0MW，占比71.1%；电化学储能装机功率1844.6MW，占比24.9%；压缩空气装机功率191.1MW，占比2.55%；蓄热装机功率100MW，占比1.35%。电化学储能技术中，锂离子电池储能技术装机规模1830.9MW，功率规模占比高达99.3%；铅蓄电池储能技术装机规模2.2MW；液流电池储能技术装机规模10.0MW；其它电化学储能技术装机规模1.52MW。报告中预计到2025年，电化学储能累计装机或将达到40GW，到2030年实现碳达峰目标，新能源发电年装机量将保持年均100GW增量，电化学储能的年装机增量将保持在12GW至15GW，预计到2030年，电化学储能装机规模将达到约110GW。我们预计电化学储能的装机量将快于此，预计2025年电化学储能装机量将达到52GW，2030年累计装机量将达到297GW，年复合增长率在58%。此外钠离子电池还可以广泛应用在电动两轮车、A00级电动车以及替代铅酸电池上。（1）电动两轮车稳步增长：根据EVTank数据，2021年中国电动两轮车总体产量达到5443万辆，同比增长12.6%，增长幅度较2020年出现较大幅度的下滑。其中电动摩托车产量为251万辆，同比增长21.3%，电动轻便摩托车产量为64万辆，同比下滑41.6%。2021年，锂电版电动两轮车的产量为1317万辆，总体渗透率为24.2%，带动电动两轮车用锂离子电池出货量为13.1GWh，同比增长21.7%。（2）A00级电车快速发展：根据乘联会数据显示2021年A00级细分市场销量为89.9万辆，其中纯电动车型销量为89.85万辆，占比接近100%。同时，在2021年新能源车销量榜前15位中，有8款是A00级纯电动车。宏光MINIEV、奇瑞QQ冰淇淋、长安奔奔作为主流的A00纯电轿车产品之所以这些车型受到市场和消费者的认可，主要是因为有着传统车企的生产模式和成熟体系，加上通用类配件等采购链的优势。这类主流A00级产品的产品定位和目标定位清晰。产品定位上，价格在3-5万元，且成本低、维修方便；目标定位上，聚焦中、小型城市和县乡市场的女性和中老年用户，以及家庭第二辆车，与主流新能源车型形成了差异化的产品格局，未来仍有巨大的成长空间。当前电动二轮车、A00级均受到锂电池价格高企的影响，增长有所放缓，钠电池凭借着成本的优势，一方面对锂电池进行替代，另一方面通过低成本可以助力电动二轮车、A00级汽车的销售。钠离子电池有望对铅酸蓄电池进行替代。由于价格便宜，且稳定性高，铅酸电池一直是我国两轮电动车主要使用的电池类型，铅酸蓄电池渗透率达90%。相比于锂电池，铅酸蓄电池具有成本低、续航强、可回收等优点，但重量大也是铅酸蓄电池的劣势所在。铅酸蓄电池根据用途可以分为动力电池、储能电池、备用电源电池、启动电池四类，其中启动电池和动力电池市场规模最大，在铅酸蓄电池中占比合计超过70%。据工信部数据，2020我国铅酸蓄电池产量为22736万千伏安时，同比增长12.28%。随着钠离子电池的普及，有望对铅酸电池进行替代。预计2025年中国钠离子电池总需求量为61GWh，到2030年总需求将达到292GWh，2022-2030年年复合增长率为82.5%。4国内企业纷纷布局钠电池，产业链逐步形成4.1

宁德时代：主打普鲁士正极，2023年实现产业化宁德时代在2021年发布第一代钠离子电池：首先在电芯单体能量密度方面，宁德时代的钠离子电池的能量密度已经达到了160Wh/kg，是目前所有钠离子电池中的最高水平；预计经过不断创新，第二代钠离子电池能量密度将突破200Wh/kg；其次由于钠离子电池的内阻小，常温充电15分钟，钠离子电池的电量就可以达到80%；致力于推进钠离子电池在2023年实现产业化。在正极材料方面，采用克容量较高的锰铁普鲁士白材料（160mAh/g），构建高通量材料集成计算平台，在原子级别对材料进行模拟计算和设计仿真，创新性地对材料体相结构进行电荷重排，对材料表面进行重新设计，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题；

在负极材料方面，公司开发了让钠离子快速通行，同时具有独特孔隙结构的硬碳材料

（350mAh/g），其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性。同时公司已布局无负极金属电池技术；在电解液方面，同时开发适配正负极材料的新型独特电解液；在系统创新方面，开发了AB电池系统解决方案，将钠电池和锂电池按一定比例（2：

1）进行混搭，通过BMS算法精准控制，弥补了钠电现阶段能量密度短板，同时发挥其高功率、低温性能好的优势。4.2

华阳股份：绑定中科海钠，打造全产业链模式华阳股份

2021年开始布局钠电池，目前已经形成全产业链。华阳股份于1999年成立，是国内最大无烟煤上市企业，品牌认知度高。2021年开始布局钠离子电池，打造钠离子电池全产业链：在钠离子电池领域，公司目前布局了正负极、电芯、电池pack、电解液等细分产线，基本形成全产业链条。电芯、正负极和电池pack等产线是通过股权投资的方式跟中科海钠合作。华阳股份通过全资子公司山西新阳清洁能源有限公司和间接持股中科海钠等方式合计持有100%电芯产线和49%正负极产线；电解液方面，公司通过与多氟多合作设立公司的方式布局。目前公司间接持有电解液产线2.12%股份。2021年钠离子电池持续稳步发展：3月华阳股份受让阳煤智能制造基金，投资“北京奇峰”、“中科海钠”项目，分别涉及飞轮储能、钠离子电池业务，其中持有中科海钠15.56%的股权；到3月底，由华阳股份母公司华阳新材料与中科海钠、开源资产合作建设的山西新阳清洁能源项目第一条钠离子电池生产线试生产，该项目拟投资2.8亿元，建设年产圆柱钢壳钠离子电芯4000万只、方形铝壳钠离子电芯400万只的两条生产线；4月13日，公司发布公告，旗下子公司新阳能源拟投资不超过1.4亿元，与中科海钠成立合资公司，共建钠离子电池正负极材料4000吨，约0.8Gwh的容量，其中，正极为钠铜铁锰氧化物，负极为无烟煤软碳，而华阳股份是国内最大的无烟煤上市公司，目前无烟煤年产能4170万吨；6月，华阳股份与中科海纳共同开发出了1MVh钠离子电池储能系统，已正式投运；9月，华阳股份与多氟多、天津梧桐树拟就六氟磷酸钠、六氟磷酸锂以及电解液添加剂、负极材料等项目展开合作；

华阳股份持续挖掘钠离子电池潜能：9月30日，公司发布公告，公司的全资孙公司华钠芯能投资建设的钠离子电芯生产线设备安装调试已完成，预计建设1GWh钠离子电池电芯及PACK产线，这为钠离子电池产业高质量发展奠定了扎实基础；与中科海纳预计在2023年共同扩产2000吨钠离子电池正负极产线。4.3

振华新材：正极技术优势明显，钠电池正极已出货振华新材专注于正极材料的研发。公司于2004年成立，自成立以来专注于锂离子电池正极材料的研发、生产及销售，主要提供新能源汽车、消费电子及储能领域产品所用的锂离子电池正极材料，包括中镍、中高镍、高镍、超高镍在内的多种型号一次颗粒大单晶镍钴锰酸锂三元正极材料（NCM）。公司前瞻性布局层状氧化物路线的钠离子电池正极材料：目前已向主要客户送样和小批量出货，截止2022年6月30日，公司已具备钠离子电池正极材料的产业化条件。公司钠离子电池正极材料是层状氧化物路线，目前已经升级为第二代产品，已向客户送样，同时也部分小规模产出并销售。第二大产品相较于第一代，在克容量、首效、碱度控制上均有改善提升。振华新材正极单晶技术领先国内厂商。公司于2009年推出第一代NCM523单晶三元产品，后续又于2016年、2017年分别推出第二、第三代NCM523单晶三元产品，在继承高安全性和循环稳定性的基础上提升比容量，降低内阻。2018年公司推出NCM613单晶产品，2019年推出NCM811单晶产品，成为国内较早具备高镍一次颗粒大单晶三元正极材料批量生产、销售的正极材料企业之一。相较国内同行业竞争对手具备显著领先优势。凭借大单晶技术体系，公司生产的单晶钠离子电池正极材料性能优秀。公司生产出的单晶正极材料结构完整，加工性能良好，在循环过程中不会出现颗粒碎裂的情况，有效减少因颗粒碎裂而产生新的界面的情况，大单晶技术体系应用到钠离子电池中，有利于稳定材料的晶体结构，改善钠离子电池的高温高电压循环性能，特别是高温稳定性。因此，大单晶技术体系的积累及应用是公司钠离子电池正极材料研发进程较快及产品性能得到客户认可的重要保障。公司在层状氧化物领域技术优势明显。除此之外，公司多年深耕于层状氧化物领域，可以通过掺杂技术锚定晶格，减少相变，从而提高材料的结构稳定性；通过配方和工艺调控，合成出多相共存的复合层状氧化物，从而实现循环性能和能量密度之间的平衡；采用不同元素掺杂包覆改善材料结构，并通过溶胶凝胶法、化学沉积、机械固相法等多种技术手段对材料进行表面修饰，获得低PH值、低游离钠的材料，从而提高材料的空气稳定性和循环稳定性。HYPERLINK"/S/SH688707?from=status_s