钠离子电池行业研究钠电池产业化加速有望补充锂电产业链

钠离子电池行业研究：钠电池产业化加速，有望补充锂电产业链1、钠离子电池与锂离子电池孪生，具备良好产业化基础1.1、钠离子电池与锂离子电池结构原理类似钠离子电池是一种类似锂离子电池的摇椅式二次电池。钠离子电池与锂离子电池同属摇椅式电池（RockingChairBattery），主要包括正极、负极、电解液、隔膜、集流体五个部分，技术的重难点集中于正极、负极材料。其工作原理为钠离子在正极、负极材料中的嵌入脱嵌，以实现能量的充入与释放。电池充电时，钠离子透过隔膜从正极向负极迁移，正极中的部分钠离子脱嵌进入电解液，电解液中的部分钠离子嵌入石墨或硬碳材料的晶格间隙中。放电时相反，负极钠离子脱嵌，正极钠离子嵌入，钠离子从负极向正极迁移。钠、锂元素物化性质有所差异，电池性能各有所长。其一，钠离子离子半径大于锂离子，这使其更难嵌入/脱出层状正负极材料。在常见的层状金属氧化物材料中，钠离子只能嵌入八面体空隙，而锂离子可以同时嵌入四面体和八面体间隙，这使得钠离子正极材料在能量密度方面有所欠缺；同时钠离子难以嵌入负极石墨片层间，使得钠离子电池需要采用其他负极材料。其二，钠离子第一电离能更低，这使得钠离子更稳定，在低温下不易析出枝晶，为钠离子电池带来更加优异的安全性、稳定性与低温性能。其三，钠离子摩尔电导率更高，使钠离子电池所需电解液浓度更低，对添加剂要求更低，钠离子电池电化学性能也略优于锂离子电池。钠离子电池与锂离子电池技术工艺接近，研产投入小。一方面，钠离子电池与锂离子电池在多个环节技术相似，生产线可以相互转换，所需额外成本更小。钠离子电池层状氧化物正极材料与三元锂正极材料均采用烧结工艺，设备可以通用；

同时，在隔膜、电芯方面两者的制造工艺也十分类似。另一方面，锂离子电池发展多年，行业技术积累深厚，多种材料为钠离子电池材料提供创新思路，可以使其研发成本比同阶段的锂离子电池更低。1.2、碳酸锂价格居高不下，钠电原料易于获取成本低廉钠资源供需关系稳定，价格波动小。钠在地壳中含量很高，地壳丰度为锂元素的1000倍以上。随着新能源产业的蓬勃发展，电池级碳酸锂价格持续上涨。WIND数据统计显示，2022年以来碳酸锂平均单价高于40万/吨，而与之对应的钠离子电池原料轻质纯碱维持在0.2-0.4万元/吨，不到前者的1%。由于下游锂电产能激增，碳酸锂供需关系持续紧张，未来受低品位锂矿开采成本的上升，锂价格将持续攀高。在碳酸锂供给紧张的情况下，锂电池正极材料及电解液产量将极易受到上游原材料价格变动带来的冲击。相反，纯碱资源极为丰富，且涉及行业众多，开采成本在可预见的未来也不会有所上升，因而钠资源的供需关系更稳定，不易出现供给缺口，钠离子电池下游生产商的原材料货源有充分保障。世界钠资源分布均衡，避免卡脖子问题的不利影响。钠资源在全球范围内以氯化钠，即食盐的形式广泛存在，而锂矿则正在全球范围内成为稀缺资源，以盐湖和锂矿的形式存在。其中盐湖分布在南美各国，而锂矿主要分布在西澳大利亚。国内锂矿规模较小，锂矿一旦上升为战略资源将可能成为卡脖子问题，下游生产将可能受到国际形势的影响；钠盐则是海洋中取之不尽用之不竭的资源，可以大量开采而不受国际关系影响，国内企业亦可掌握原材料采购的主动权。1.3、钠离子电池近年屡见技术突破，新材料助力性价比提升钠离子电池历史悠久，近十年发展迅猛。上世纪70年代，钠离子电池几乎与锂离子电池同时被发现，随后几十年钠离子电池进展较为缓慢。2010年后，学界开始逐渐重视钠离子电池相关材料的研究，论文数量不断攀升，在2020年前后达到顶峰，期间多种类型的正负极材料及其工艺路线的研究起头并进。2020年后，钠离子研究热度开始下降，表现出技术成熟与初步商业化的特征。2011年，全球首家主营钠离子电池的公司Faradion在英国成立；2017年，国内第一家钠离子电池专业制造商中科海钠成立，随后不断取得商业化成果，为钠离子电池产业化开辟了道路。各环节技术不断突破，钠离子电池性价比优势凸显。近年来，钠离子电池各环节在基础技术层面屡见突破。宁德时代优化普鲁士蓝正极工艺，选用最佳材料粒径并进行碳包覆，提高了放电功率；中科院物理所团队发明铜基正极材料，探索下一代高熵正极材料，通过无烟煤裂解技术获得软碳负极材料；过程所团队使用铝代替聚阴离子正极材料中的钒元素，提高其性能的同时降低了成本。2、钠电池成本低廉，正负极与锂电存在差异2.1、钠离子电池价格低廉且性能良好钠离子电池相较锂电子电池成本更低廉。钠电池由于嵌入效率低，能量密度受影响，但成本优势显著。钠离子电池正极材料无须价格较高的锂盐，也可以使用铜基正极材料以避免价格较高的过渡金属元素化合物，据中科海钠数据显示，钠离子电池铜基正极成本相比磷酸铁锂正极可降低近60%；同时，由于钠与铝不易发生合金化反应，集流体可以全部使用铝箔代替铜箔，成本可降低近70%。另外，钠离子电池负极材料可以使用价格较低的无烟煤加工获得，隔膜与锂离子电池类似，两者基本维持与锂离子电池相近的成本。根据中科海钠的综合测算，钠离子电池成本相比性能接近的磷酸铁锂电池可降低约30%-40%；目前，钠离