鈉離子電池鋰資源緊缺下的新解法

1、戰(zhàn)略意義驅(qū)動(dòng)鈉離子電池重拾熱度鈉離子電池基本原理：用鈉再現(xiàn)鋰電結(jié)構(gòu)框架鈉離子電池（SIB）是一種使用鈉離子（Na+）作為電荷載體的可充電電池，和鋰離子電池同為二次電池，都是由載荷金屬離子在電極之間發(fā)生可逆的嵌入和脫出，進(jìn)行化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換。具體來說，放電時(shí)，負(fù)極材料失去電子，其中的鈉離子嵌脫進(jìn)入到電解液，正極材料中的可變價(jià)過渡金屬得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，使得電解液中的鈉離子向正極運(yùn)動(dòng)并且嵌入到正極晶格中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動(dòng)外電路運(yùn)行；充電時(shí)外加電壓使“搖椅反應(yīng)”逆向進(jìn)行，正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，鈉離子從正極晶格中脫嵌進(jìn)入電解液，負(fù)極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，使得電解液中鈉離子向負(fù)極移動(dòng)并

2、插入負(fù)極材料中，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來。理論上這種充電放電反應(yīng)能反復(fù)進(jìn)行，一輪為一個(gè)充電周期，或稱循環(huán)周期。圖表1： 鈉離子電池工作原理，正負(fù)極氧化還原反應(yīng)驅(qū)動(dòng)鈉離子在電解液內(nèi)的移動(dòng)CNKII鈉離子電池電極材料研究進(jìn)展張寧，2015 年 9 月、中科海鈉公司官網(wǎng)、鈉資源可以緩解鋰資源的稀缺和壟斷問題。鋰在地殼中的豐度僅百萬分之十七，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局公布 2019 年全球探明鋰資源儲(chǔ)量約 6200 萬噸。另外鋰資源目前 70%儲(chǔ)量分布在南美洲，其中智利鋰礦儲(chǔ)量排名世界第一，占全球儲(chǔ)量的 50%以上，資源呈現(xiàn)明顯的寡頭壟斷格局，地緣政治、全球性事件較易對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)帶來沖擊。鈉是地殼中第六豐富的元

3、素和第四豐富的金屬元素，豐度是鋰的 1300 倍以上。并且鈉資源分布廣泛，目前海水制氯化鈉技術(shù)也十分方便高效。上述因素使得 2022 年 8 月單噸碳酸鈉價(jià)格（2000 元一噸）僅為碳酸鋰（48 萬元/噸）的 0.4%，且價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。 圖表2： 鈉離子電池規(guī)避了鋰礦的豐度相對(duì)較低、國(guó)內(nèi)分布較少的問題資料來源：中科海鈉、圖表3： 碳酸鈉價(jià)格顯著低于碳酸鋰價(jià)格，并且波動(dòng)幅度相對(duì)較小100,00090,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,00002019/1/312020/1/312021/1/312,500 工業(yè)級(jí)碳酸鋰價(jià)格（元/噸）

4、工業(yè)級(jí)碳酸鈉價(jià)格（輕灰，元/噸）2,0001,5001,00050002019/1/312020/1/312021/1/31資料來源：中國(guó)金屬網(wǎng)、中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)、鈉和鋰的化學(xué)性質(zhì)相近，能復(fù)用部分鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)和體系。鈉元素和鋰元素處于元素周期表堿金屬族相鄰位置，原子最外層都僅有單個(gè)電子，化學(xué)性質(zhì)十分接近。以它們的離子作為載流子的電池也具有類似的原理和結(jié)構(gòu)。鈉離子電池正極也常用高溫固相、共沉淀、球磨法等方法制備。鋰離子電池的生產(chǎn)體系大部分可以在鈉離子電池上復(fù)用、生產(chǎn)能力可以部分兼容。重拾熱度：鋰電上游供給緊張下的破局之道基礎(chǔ)研究始于 20 世紀(jì) 70 年代，中間被擱置，而后重拾熱度

5、。鈉離子電池的研究可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，幾乎和鋰離子電池是同時(shí)開始，而隨著 20 世紀(jì) 90 年代鋰離子電池的商業(yè)化，鈉離子電池的研究被擱置，主要是因?yàn)殁c的質(zhì)量和體積較大，鋰離子電池的能量密度更優(yōu)，且鈉的原子量大、工作電壓偏低。近年來在全球新能源產(chǎn)業(yè)的加速布局下，市場(chǎng)的逐漸成熟和政策補(bǔ)貼的退坡催生行業(yè)進(jìn)一步拓展產(chǎn)品類型匹配應(yīng)用場(chǎng)景、分化路線降本的需求。并且由于鋰離子電池上游原材料的壟斷性、產(chǎn)能擴(kuò)張緩慢，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量有向上游傾斜的趨勢(shì)，給下游電池廠帶來了向上掌控原材料供應(yīng)鏈和向下傳導(dǎo)成本的雙重壓力，下游電池廠因此開始積極找替代方案以提升對(duì)供應(yīng)鏈的掌控能力。圖表4： 鈉離子電池發(fā)展歷

6、程資料來源：CNKI鈉離子電池關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展，各公司官網(wǎng)，英國(guó) Faradion 公司于 2011 年成立，是全球首家從事鈉離子電池工程化研究的公司，目前 Faradion 公司的產(chǎn)品正極材料為鎳、錳、鈦層狀氧化物，負(fù)極材料采用硬碳，且公司已研制出 10Ah 軟包電池樣品，能量密度達(dá)到 140Wh/kg，電池平均工作電壓為 3.2V，在 80%放電深度下的循環(huán)壽命預(yù)測(cè)可以超過 1000 次；此外，美國(guó) Natron Energy 采用普魯士藍(lán)材料開發(fā)了高倍率水系鈉離子電池，2C 倍率下的循環(huán)壽命達(dá)到 10000 次；日本豐田公司電池研究部也在 2015 年宣布開發(fā)出了新的鈉離子電池正極材

7、料體系。圖表5： 海外主要鈉電池制造企業(yè)的開發(fā)狀態(tài)國(guó)家公司/機(jī)構(gòu)鈉電池產(chǎn)品美國(guó)Natron Energy 公司對(duì)稱水系電池,高倍率普魯士藍(lán)正極英國(guó)Faradion 公司軟包鈉電池； Ni 基層狀氧化物正極；硬碳負(fù)極法國(guó)NAIADES 計(jì)劃團(tuán)體元組鈉電池；氟磷釩酸鈉正極；硬碳負(fù)極瑞典ALTRIS 公司普魯士白正極日本豐田正極材料岸田化學(xué)過渡金屬氧化物正極；電解質(zhì)澳大利亞臥龍崗大學(xué)普魯士藍(lán)正極；硬碳負(fù)極資料來源：CNKI儲(chǔ)能用鈉離子電池的發(fā)展，國(guó)內(nèi)首家鈉離子電池公司中科海鈉于 2017 年成立，依托中科院物理研究所技術(shù)的中科海鈉公司已經(jīng)研制出能量密度高于 135Wh/kg 的鈉離子電池，平均工作電

8、壓為 3.2V，在 100%深度放電，循環(huán) 1000 次后容量保持率為 91%，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極材料百噸級(jí)制備及小批量供貨，鈉離子電芯也具備了 MWh 級(jí)的制造能力，并率先完成了在低速電動(dòng)車和 30kW、 100kWh 儲(chǔ)能電站的示范作用。2021 年，寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池，并宣告 23 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2022 年，傳藝科技、維科技術(shù)等新進(jìn)入者也紛紛宣告布局鈉離子電池。圖表6： 國(guó)內(nèi)鈉電領(lǐng)域企業(yè)布局情況公司/機(jī)構(gòu)寧德時(shí)代國(guó)家中國(guó)能量密度160Wh/kg循環(huán)壽命電池體系普魯士藍(lán)和（或）層狀金屬氧化物/硬碳體最新進(jìn)展2021 年 7 月 29 日發(fā)布鈉離子電池，各性能指標(biāo)接近磷酸鐵鋰，定位與鋰電池

9、互系補(bǔ)，與磷酸鐵鋰一同整合進(jìn)動(dòng)力電池系中科海鈉中國(guó)150Wh/kg2C 倍率下 4500 循Cu 層狀氧化物/軟碳，統(tǒng)。將于 2023 年基本建成產(chǎn)業(yè)鏈推出首量鈉離子電池（72V 80Ah)驅(qū)動(dòng)的環(huán)，容量保持率 83%有機(jī)電解液低速電動(dòng)車；2019 年建立了首座30kW/100kWh 鈉離子電池儲(chǔ)能站；2021年 6 月 28 日，全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)投入運(yùn)行遼寧星空鈉電鈉創(chuàng)新能源中國(guó)中國(guó)120Wh/kg循環(huán) 1000 次后，容量保持率 94.6%Ni 層狀氧化物/硬碳軟建成首個(gè)鈉離子電池生產(chǎn)線，已經(jīng)量產(chǎn)與現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)工藝兼容；成本優(yōu)包電池勢(shì)不明顯，有機(jī)體系存

10、在安全隱患。鵬輝能源中國(guó)磷酸釩鈉/硬碳體系已有鈉電池樣品，6 月份進(jìn)行中試，預(yù)計(jì)年底前批量生產(chǎn)傳藝科技維科技術(shù)中國(guó)中國(guó)140Wh/kg層狀氧化物/硬碳層狀氧化物/硬碳軟包預(yù)計(jì)年底中試線投產(chǎn)，明年 4 月一期2GWh 投產(chǎn)，后續(xù)二期規(guī)劃 8GWh與鈉創(chuàng)合作，明年投產(chǎn) 1GW，遠(yuǎn)期規(guī)劃電池10GW欣旺達(dá)中國(guó)公司提出擁有儲(chǔ)備鈉離子電池補(bǔ)鈉的方法及鈉離子電池發(fā)明專利技術(shù)。寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)（2021 年 9 月 23 日），中科海鈉官網(wǎng)，公司公告，寧德時(shí)代：戰(zhàn)略性布局，融入鋰離子體系，產(chǎn)品應(yīng)用布局超預(yù)期確定鈉電定位，吹響鈉電產(chǎn)業(yè)化號(hào)角。寧德時(shí)代 2021 年 7 月 29 日發(fā)布其第一代鈉離子電池，宣布采

11、用普魯士藍(lán)和（或）層狀金屬氧化物/硬碳體系，定位為與鋰離子電池相互補(bǔ)充。發(fā)布會(huì)意義在于證明鈉離子電池的性能可用性和具體場(chǎng)景的落地，利用寧德時(shí)代強(qiáng)大的供應(yīng)鏈影響力吹響了鈉離子電池正式產(chǎn)業(yè)化的號(hào)角。但是發(fā)布會(huì)未直接提及的成本和循環(huán)性能有待長(zhǎng)期考量。其制造體系主要是材料改變，制造設(shè)備可以與現(xiàn)有鋰電產(chǎn)線兼容：正極材料：普魯士白、層狀氧化物，體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，還有一些表面改性，解決了循環(huán)過程中的能量快速衰減問題，160mAh/g，與鋰離子正極相當(dāng)；負(fù)極材料：改性后的硬碳，比容量 350mAh/g，與目前石墨相當(dāng)；電解液：新型電解液。電芯性能相較于現(xiàn)有鈉離子電池產(chǎn)品有了很大提高，位于世界頂尖水平，在多

12、方面接近甚至超越磷酸鐵鋰電池：?jiǎn)误w能量密度：160Wh/kg，全球最高，略低于目前磷酸鐵鋰；快充性能：15min 充入 80%；低溫性能：-20下容量保持率90%；熱穩(wěn)定性超過國(guó)家安全要求；系統(tǒng)集成率（成組效率）：80%。圖表7： 寧德時(shí)代第一代鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池性能對(duì)比資料來源：寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)（2021 年 9 月 23 日）、應(yīng)用布局超預(yù)期，拓寬鈉離子動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)景。之前市場(chǎng)認(rèn)為寧德時(shí)代布局鈉離子電池主要出于增強(qiáng)供應(yīng)鏈把控能力的戰(zhàn)略考量。本次發(fā)布會(huì)寧德時(shí)代將鈉離子電池第一階段的應(yīng)用定位為提升動(dòng)力電池的低溫工作性能，將鈉離子電池和磷酸鐵鋰電池整合進(jìn)同一電池系統(tǒng)，通過 BMS 統(tǒng)一調(diào)控

13、，以此獲得能量密度和低溫性能的平衡。清晰的需求定位或使得產(chǎn)業(yè)化加速進(jìn)行。圖表8： 寧德時(shí)代鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池的整合方案資料來源：寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)、寧德時(shí)代在鈉離子電池方面專利涉及金屬氧化物、鈉離子超導(dǎo)材料、普魯士藍(lán)等正極材料，已經(jīng)有良好的性能表現(xiàn)，與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝兼容性好，并且未來尚有改性空間。其中普魯士藍(lán)材料分子式為 Na1.989MnFe(CN)60.9972.185H2O，首次充電容量達(dá)到 169.5mAh/g，循環(huán) 50 次容量保持率 95%，1C 容量 89.2%，其制作工藝主要是共沉淀和干燥。O3 相層狀四元金屬氧化物材料 Na0.85Cu0.05Ni0.175Fe0.2Mn0.

14、525O2 參雜 CuO 在 2.0-4.5V 下首次放電容量達(dá)到 164.7mAh/g，1C 循環(huán) 100 次容量 82.2%，Na0.85Li0.1Ni0.175Fe0.2Mn0.525O2 參雜 Li2CO3在 2.0-4.5V 下首次放電容量達(dá)到 159.6 mAh/g，1C 循環(huán) 100 次容量 83.2%，其制作工藝主要是共沉淀和 900燒結(jié)。中科海鈉：鈉電國(guó)家隊(duì)，技術(shù)全面、產(chǎn)品領(lǐng)先背靠中科院，具備全材料自研、生產(chǎn)能力，產(chǎn)品性能優(yōu)秀。中科海鈉立足于中科院物理所清潔能源實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)建成了鈉離子電池正負(fù)極材料百噸級(jí)中試線及兆瓦時(shí)級(jí)電芯線，全面布局電池系統(tǒng)、金屬氧化物正極、硬碳負(fù)極、隔膜

15、、電解液添加劑、電池回收等領(lǐng)域，同時(shí)具備材料上的 know-what 和改性、產(chǎn)業(yè)化的 know-how。2020 年 9 月其已經(jīng)量產(chǎn)的鈉離子電池能量密度超過 145Wh/kg，5C 容量超過 1C 容量的 90%，2C 下循環(huán) 4500 周期容量保持率大于 83%，且可在-4080的廣泛溫度下工作，整體性能達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平，已經(jīng)突破了儲(chǔ)能和動(dòng)力電池的應(yīng)用門檻。2021 年 6 月 28 日，中科海鈉與中科院物理所在山西太原綜改區(qū)聯(lián)合推出了全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)，并成功投入運(yùn)行。與三峽能源合作阜陽海鈉項(xiàng)目，2022 年 7 月 28 日，正式落成全球首條 GWh 鈉

16、離子電池生產(chǎn)線，總投資 5.88 億，后期規(guī)劃 5/25GWh。量產(chǎn)多采用常規(guī)工藝，與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容度較高。專利數(shù)據(jù)顯示，中科海鈉在正極方面，技術(shù)積累主要在利用鈉離子超導(dǎo)材料、普魯士藍(lán)類材料對(duì)鎳、鐵、銅、錳等氧化物進(jìn)行參雜、包覆，從而得到高性能正極，主要加工工藝為單次燒結(jié)、球磨包覆。得到的 Na3O2V2(PO4)2F包覆的 NaNi0.23Cu0.11Fe0.33Mn0.33O2 循環(huán) 200 次容量保持率在 94.2%。負(fù)極主要是以煤粉、瀝青等原料高溫碳化制作，得到的軟碳材料可逆比容量達(dá)到 245.4mAh/g，循環(huán) 200 次容量保持 96%。鈉電池性價(jià)比介于鋰電池和鉛酸電池鈉電池 vs

17、鋰電池：鈉電池電化學(xué)性能更穩(wěn)定，成本更低鈉離子與鋰離子物理性能存在差異。鈉是元素周期表中緊跟鋰排列的堿金屬元素，鈉和鋰在物化性質(zhì)上存在一定差異，由此帶來電化學(xué)性能上的差異。鈉離子質(zhì)量和半徑較大，使其在儲(chǔ)鈉材料中的遷移速度過慢而嚴(yán)重限制了鈉離子電池倍率性能的提升和儲(chǔ)鈉容量的表達(dá)，也導(dǎo)致了鈉離子的質(zhì)量和體積能量密度不及鋰離子。因此，鈉電池需要通過不同與鋰電池的材料體系來發(fā)揮鈉離子自身的優(yōu)勢(shì)。圖表9： 鈉與鋰物理化學(xué)性質(zhì)差異項(xiàng)目鈉鋰原子序數(shù)113原子質(zhì)量（g/mol）22.996.94原子半徑（A）1.861.52離子半徑（A）1.020.76標(biāo)準(zhǔn)電極電位（V）-2.71-3.04比容量（mAh/g

18、）11653829地殼儲(chǔ)量（%）2.640.002資料來源：CNKI儲(chǔ)能用鈉離子電池的發(fā)展，鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命有劣勢(shì)，但是具備更好的熱穩(wěn)定性。鈉離子電池能量密度70-200Wh/kg，現(xiàn)階段鈉電池能量密度主要集中在 130-160Wh/kg 區(qū)間，與磷酸鐵鋰的140-190Wh/kg 的能量密度有部分重疊，可以替代部分鐵鋰的市場(chǎng)，而三元鋰電池能量密度較高，達(dá)到 240-350Wh/kg，鈉電池與三元電池存在一定互補(bǔ)關(guān)系。鈉電池的理論循環(huán)可以達(dá)到 10000 次，目前主流產(chǎn)品循環(huán)在 3000-4000 次，與磷酸鐵鋰電池還有一定差距。鈉離子電池?zé)崾Э剡^程中容易鈍化失活，安全實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)較鋰

19、離子電池更好，目前鈉離子電池已通過中汽中心的檢測(cè)，針刺時(shí)不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過充、過放、擠壓等實(shí)驗(yàn)也不起火燃燒。對(duì)比鋰離子電池起始自加熱溫度達(dá)到 165，鈉離子電池則達(dá)到 260；且在 ARC 測(cè)試中鈉離子電池最大自加熱速度顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性。圖表10： 鈉離子電池與鉛酸、鋰離子電池性能比較鉛酸電池鈉離子電池（銅基氧化物/煤基碳體系）鋰離子電池（磷酸鐵鋰/石墨體系）能量密度（Wh/kg）30-50100-150120-180循環(huán)壽命（次）300-5002000 次以上3000 次以上工作電壓（V）23.23.2-20容量保持率小于 60%8

20、8%以上小于 70%耐過放電差可放電至 0V差安全性優(yōu)有潛力達(dá)到最優(yōu)優(yōu)環(huán)保性差最優(yōu)優(yōu)自放電率（每月）5%5%30%資料來源：中科海鈉官網(wǎng)，中商產(chǎn)業(yè)研究，鈉離子電池相比鋰離子電池理論材料成本下降 30-40%。材料的主要降本方式是通過替換正極和電解液中的鋰元素，通過使用原材料無煙煤降低負(fù)極成本，同時(shí)負(fù)極集流體用鋁箔替換掉負(fù)極的銅箔。根據(jù)中科海鈉數(shù)據(jù)，理論上鈉離子電池相較鋰離子電池材料成本能下降 30%-40%。圖表11： 鈉電池與鋰電池成本對(duì)比資料來源：中科海鈉官網(wǎng)，鈉電降本關(guān)鍵在正負(fù)極，遠(yuǎn)期理論成本可降低至 0.3-0.4 元/Wh。目前鈉離子電池價(jià)格高昂主要是正負(fù)極材料及配套的電解液未大規(guī)模

21、量產(chǎn)，正極材料中，層狀氧化物價(jià)格在 15-20萬元/噸（CuFeMn 基價(jià)格稍低），普魯士白類在 20 萬元/噸，未來遠(yuǎn)期普魯士白類理論價(jià)格可以做到 3 萬元/噸。負(fù)極材料目前主要是國(guó)外可樂麗在硬碳技術(shù)上領(lǐng)先，單噸售價(jià)超 20萬元，國(guó)產(chǎn)硬碳價(jià)格在 15 萬元/噸左右，遠(yuǎn)期可以做到 3-5 萬元/噸。無煙煤路線價(jià)格較低，在 1 萬元/噸左右?，F(xiàn)階段供應(yīng)鏈不完整，生產(chǎn)工藝待提升，目前鈉離子電池未量產(chǎn)前的成品成本在 1.07 元/Wh，未來隨著技術(shù)近一步成熟，產(chǎn)量增長(zhǎng)后的規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，我們根據(jù)專家調(diào)研的單耗及材料價(jià)格預(yù)測(cè)后續(xù)大規(guī)模量產(chǎn)后鈉電池材料成本能降低至 0.3-0.4 元/Wh。圖表12： 鈉

22、離子電池材料成本拆解材料單位單耗(Wh）單價(jià)-當(dāng)下（元）單價(jià)-遠(yuǎn)期（元）成本-當(dāng)下（元/Wh）成本-遠(yuǎn)期（元/Wh）名稱正極材料Kg2.7200400.540.11負(fù)極材料Kg1.5150250.230.04電解液Kg1.872250.130.05隔膜m2301.461.460.040.04集流體（鋁箔）Kg0.740400.030.03其他材料0.10.08資料來源：數(shù)說新能源、預(yù)測(cè)鈉電池相較鉛酸電池、全釩液流電池性價(jià)比更高從能量密度看，鈉離子電池能量密度 70-200Wh/kg，遠(yuǎn)高于鉛酸和全釩液流電池。全釩液流電池的優(yōu)點(diǎn)在于其功率和容積可以獨(dú)立設(shè)計(jì)構(gòu)思。溫度性能上，鈉離子電池?fù)碛休^好的低

23、溫保持率，-20容量保持率88%，全釩液流電池對(duì)工作環(huán)境要求高（5-40），鉛酸電池低溫性能較差，-20放電保持率60%，目前來看鈉離子電池有望在極寒地區(qū)儲(chǔ)能得到率先應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度上，鉛酸電池產(chǎn)業(yè)化最成熟，但是面臨環(huán)保問題，目前已形成了鉛回收全產(chǎn)業(yè)鏈布局。鈉離子電池相關(guān)資源豐富，目前主要問題是配套的正負(fù)極材料及電解液產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，導(dǎo)致成本難以下降。全釩液流電池則在生產(chǎn)技術(shù)還沒穩(wěn)定，滲漏液技術(shù)并沒有攻克，還存在電解液、離子交換膜等至關(guān)重要材料的牽制。同時(shí)由于行業(yè)仍處在示范到商業(yè)化的前期，供應(yīng)鏈不成熟，市場(chǎng)仍處在開發(fā)階段。從投資單位的造價(jià)來說，以集裝箱方艙交付的形態(tài)，釩電池價(jià)格在 3 元/Wh

24、左右，價(jià)格較為高昂。圖表13： 鈉離子電池與鉛酸、全釩液流電池優(yōu)缺點(diǎn)比較鈉離子電池全釩液流電池鉛酸蓄電池工作原理利用鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過程實(shí)現(xiàn)充放電的搖椅式二次電池優(yōu)點(diǎn)1.能量密度70-200Wh/kg；高低溫性能好，-20容量保持率88%；鈉離子電池相關(guān)金屬資源豐富缺點(diǎn)1. 循環(huán)次數(shù)目前相對(duì)較低，遠(yuǎn)期可能高；2. 目前產(chǎn)業(yè)鏈還不夠完整,成本較高資料來源：ICC，有色金屬信息網(wǎng)，以釩為活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池設(shè)計(jì)靈活，功率和容積可以獨(dú)立設(shè)計(jì)構(gòu)思；充、放電性能好，可深度放電而不損壞電池，循環(huán)壽命長(zhǎng), 適用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能；安全性高，活性物質(zhì)存在于電解液中，無爆炸、短路風(fēng)險(xiǎn)1.能量密度低

25、，僅為鋰電的 1/10，占地面積大；2.成本高仍處在示范到商業(yè)化前期，集裝箱方艙形態(tài)釩電池價(jià)格在 3 元/Wh 左右； 3.能量損耗較高，能量損失在 25%-30%左右；4.電池系統(tǒng)復(fù)雜，有管道、泵、閥、換熱器等輔助部件，核心零部件隔膜和泵有待突破；5.要求溫和的溫度環(huán)境，工作溫度 5-40利用陽極(PbO2)，陰極(Pb)在電解液 (稀硫酸)中的電勢(shì)差實(shí)現(xiàn)充放電的二次電池成本低，價(jià)格低廉；電壓穩(wěn)定，儲(chǔ)存性能好；安全性高；鉛回收的產(chǎn)業(yè)鏈完善1.能量密度低,只有 30-50Wh/kg；2.使用壽命短 300-500 次；低溫性能差-20 放電保持率60%；環(huán)保差，對(duì)環(huán)境腐蝕性強(qiáng)應(yīng)用場(chǎng)景：百億廣闊

26、市場(chǎng)，等待經(jīng)濟(jì)性、循環(huán)能力得到驗(yàn)證鈉離子電池當(dāng)前產(chǎn)品的突出優(yōu)勢(shì)在于其低溫表現(xiàn)和安全性，但是也受制于其在能量密度和循環(huán)能力上的劣勢(shì)。未來隨著產(chǎn)業(yè)鏈逐步建成形成規(guī)模效應(yīng)后成本的降低，以及功率、能量密度的優(yōu)化創(chuàng)新，其有望完全取代錳酸鋰需求、部分替代磷酸鐵鋰需求，在低能量密度電動(dòng)乘用車、電動(dòng)兩輪車、儲(chǔ)能、電動(dòng)工具等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我們預(yù)計(jì) 2027 年鈉離子電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 582.7 億元。圖表14： 鈉離子電池與現(xiàn)有電池體系特性對(duì)比能量密度4.94.33.832.922.86.0價(jià)格5.06.0功率33.983.00.4111.01.13.511.2.01.02.01.92.81.022.

27、4.7環(huán)性能安全性44.324.8鈷酸鋰錳酸鋰 NCM磷酸鐵鋰鈉電池（普魯士藍(lán)，預(yù)期）循鈉電池（中科海鈉，現(xiàn)有）低溫性能6.0來源：中科海鈉公司官網(wǎng)、AAB、寧德時(shí)代發(fā)布會(huì)（2021 年 9 月 23 日）、2027 年低能量密度電動(dòng)乘用車潛在市場(chǎng)空間 51.8 億元。電動(dòng)乘用車對(duì)電池的底線要求是安全性和功率，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是單位容量?jī)r(jià)格，兼顧電池能量密度。目前低能量密度電動(dòng)乘用車主要采用磷酸鐵鋰電池。鈉離子電池安全性優(yōu)于三元電池，和磷酸鐵鋰接近，充放功率上限高，有望提升汽車加速和快充性能，同時(shí)單位容量?jī)r(jià)格有較大的降低空間，且價(jià)格波動(dòng)較小，具備在電動(dòng)乘用車上應(yīng)用的基本條件。雖然其由于能量密度上限

28、較低，難以適應(yīng)未來高端車的長(zhǎng)續(xù)航、功能化需求，但是由于其低溫性能遠(yuǎn)好于磷酸鐵鋰，因此更能滿足用戶在冬季、高緯度地區(qū)的使用需求。此外寧德將在體積重量允許下優(yōu)先推麒麟電池結(jié)合鈉電方案，將鈉電池和鋰電池混合使用加速了鈉電池上車。目前在磷酸鐵鋰能量密度迭代較成熟、天花板顯現(xiàn)的情況下，我們看好鈉離子電池對(duì)磷酸鐵鋰電池的逐步替換，預(yù)計(jì)隨著寧德時(shí)代麒麟電池結(jié)合鈉電池的方案的使用有望替代部分磷酸鐵鋰在乘用車的市場(chǎng)，按照鈉離子電池 5%的滲透率，我們認(rèn)為預(yù)計(jì)中國(guó) 2027 年將有186 GWh 的潛在替代空間，以 0.5 元/Wh 價(jià)格計(jì)算，對(duì)應(yīng)鈉離子電池 2027 年潛在市場(chǎng)空間為 51.8 億元。圖表15：

29、 中國(guó)低能量密度乘用車潛在替代空間測(cè)算，2027 年 51.8 億元20212022E2023E2024E2025E2026E2027E中國(guó)乘用車銷量（萬輛）2627.52837.72985.03075.03136.03198.73262.7新能源車滲透率14.8%22.0%23.0%24.0%25.0%26.0%27.0%磷酸鐵鋰占比60%57%54%51%50%50%50%平均單車帶電（KWh）39414344454647總帶電量（GWh）91.0145.9159.4165.6176.4191.3207.0單價(jià)（元/Wh）0.70.60.50.50.5鈉電池滲透率1%3%5%鈉電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)

30、空間（億元）8.828.751.8資料來源：鑫欏鋰電、中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、真鋰研究、預(yù)測(cè)2027 年電動(dòng)兩輪車潛在替代空間 130.7 億元。電動(dòng)兩輪車電池成本占總成本絕大部分，性價(jià)比極其重要，另外由于兩輪車電池外露，難有預(yù)熱、冷卻系統(tǒng)，同時(shí)容量較小、充電較頻繁，因此對(duì)電池的工作溫度范圍、安全性、循環(huán)性能也有較高要求。目前電動(dòng)兩輪車常用鉛酸或磷酸鐵鋰電池，但是兩者的低溫表現(xiàn)都不好。鈉離子電池在滿足低溫表現(xiàn)上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能滿足安全性、循環(huán)性要求、具有輕量化優(yōu)勢(shì)，并且其制造成本有望低于鉛酸電池制造成本和鋰離子電池，當(dāng)其回收系統(tǒng)建立完善后，將在電動(dòng)兩輪車領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前鉛酸電池

31、售價(jià)在 0.47-0.66 元/Wh，兩輪車成本敏感，由于鈉電池循環(huán)壽命是鉛酸電池的 3 倍以上，理論上鈉電池價(jià)格只需低于鉛酸電池的 2 倍，約 0.9 元/wh，兩輪車企業(yè)有明確的替代意愿，我們預(yù)計(jì)到 2022 年底鈉電池?fù)碛?GWh 以上生產(chǎn)能力時(shí)，鈉電池價(jià)格有望降至 0.8 元/Wh,首先在兩輪車領(lǐng)域?qū)︺U酸電池形成替代，并且滲透率逐步增加，2027 年鈉離子電池滲透率有望到 50%，預(yù)計(jì)中國(guó) 2027 年有 52 GWh 潛在替代空間，以 0.5 元/Wh價(jià)格計(jì)算，2027 年潛在市場(chǎng)空間為 130.7 億元。圖表16： 中國(guó)電動(dòng)兩輪車潛在替代空間測(cè)算，2027 年 130.7 億元20

32、19202020212022E2023E2024E2025E2026E2027E國(guó)內(nèi)電動(dòng)兩輪車銷量（萬輛）3680.04760.04100.04510.04961.05457.16002.86603.17263.4平均單車帶電（KWh）0.720.720.720.720.720.720.720.720.72總帶電量（GWh）26.534.329.532.535.739.343.247.552.3單價(jià)（元/Wh）0.80.70.60.50.50.5鈉電池滲透率1%3%5%15%30%50%鈉電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間（億元）2.67.511.832.471.3130.7資料來源：中國(guó)自行車協(xié)會(huì)、預(yù)測(cè)202

33、7 年儲(chǔ)能電池潛在市場(chǎng)空間 341.7 億元。儲(chǔ)能建設(shè)成本、電價(jià)、電池循環(huán)壽命、充放電深度是影響儲(chǔ)能收益的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)常用磷酸鐵鋰電池，國(guó)外以三元鋰電池為主，但由建設(shè)成本、循環(huán)壽命驅(qū)動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰。目前鈉離子電池已經(jīng)在充放電深度上相較于磷酸鐵鋰有優(yōu)勢(shì)，另外我國(guó)重要的風(fēng)力資源區(qū)大量位于寒冷地帶或氣候溫差較大，如內(nèi)蒙古、甘肅北部、黑龍江、青藏高原，鈉離子電池的耐低溫特性能發(fā)揮很大作用。隨著改性帶來的循環(huán)性能提高（中科海鈉鈉離子電芯 4500 周期容量保持率83%，接近磷酸鐵鋰電芯）和規(guī)模化量產(chǎn)持續(xù)降本，鈉離子電池有望在建設(shè)成本、電池循環(huán)壽命兩方面達(dá)到儲(chǔ)能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在我們 2021 年 5

34、 月 27 日發(fā)布的碳中和至，儲(chǔ)能風(fēng)起報(bào)告中，我們測(cè)算中國(guó) 2027 年儲(chǔ)能市場(chǎng)將達(dá)到 152 GWh。我們預(yù)計(jì)鈉電池首先在儲(chǔ)能上因?yàn)榈统杀緝?yōu)勢(shì)得到滲透，2022年小批量出貨滲透率以示范性項(xiàng)目為主，2023-2027 年隨著鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)后價(jià)格快速下降滲透逐步提升，根據(jù)我們測(cè)算鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)成本有望降至 0.4 元/Wh，以 0.5 元/Wh價(jià)格和鈉離子電池 45%的滲透率計(jì)算，2027 年潛在市場(chǎng)空間為 341.7 億元。圖表17： 中國(guó)儲(chǔ)能潛在替代空間測(cè)算，2027 年 341.7 億元20212022E2023E2024E2025E2026E2027E風(fēng)光配儲(chǔ)電池需求（GWh）22.

35、821.826.735.9952.1175.56109.56電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲(chǔ)能電池需求（GWh）1.231.822.613.845.748.6112.9155G 基站儲(chǔ)能需求（GWh）76811152129.4儲(chǔ)能總需求量（GWh）31.029.637.350.872.9105.2151.9單價(jià)（元/Wh）0.80.70.60.50.50.5鈉電池滲透率1%3%5%15%30%45%鈉電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間（億元）2.47.815.254.6157.8341.7資料來源：太陽能發(fā)電網(wǎng)、中國(guó)建材信息總網(wǎng)、北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)、預(yù)測(cè)2027 年電動(dòng)工具潛在市場(chǎng)空間 58.5 億元。電動(dòng)工具主要包括鉆孔機(jī)、沖

36、擊扳手類、角磨機(jī)、鋸類、砂光機(jī)等，工業(yè)、專業(yè)級(jí)產(chǎn)品注重高功率、穩(wěn)定耐用，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品注重性價(jià)比。鈉離子電池有穩(wěn)定的高功率輸出能力、良好的循環(huán)特性、性價(jià)比潛力，并且工作范圍較廣，能適應(yīng)冷天、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，在該領(lǐng)域有良好的滲透潛力。我們認(rèn)為電動(dòng)工具有著需求持續(xù)提升、無繩化率提升、容量提升、國(guó)產(chǎn)電芯價(jià)格提升向國(guó)際產(chǎn)品價(jià)格看齊等多重趨勢(shì)，我們給予電動(dòng)工具市場(chǎng)未來 10%的平均增速假設(shè)，鈉電池有望在 2023 年大規(guī)模量產(chǎn)后逐步滲透，按照鈉離子電池 2027 年 30%的滲透率，對(duì)應(yīng) 2027 年潛在市場(chǎng)空間為 58.5 億元。圖表18： 全球電動(dòng)工具替代空間測(cè)算，2027 年 58.46 億元2019A2

37、020A2021A2022E2023E2024E2025E2026E2027E電動(dòng)工具8.208.9322.0024.2026.6229.2832.2135.4338.97YoY13%9%146%10%10%10%10%10%10%鈉電池滲透率1%3%5%15%30%鈉電池裝機(jī)量0.270.881.615.3111.69（GWh）單價(jià)（元/Wh）0.70.60.50.50.5鈉電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空1.865.278.0526.5758.46間（億元）EVTank、預(yù)測(cè)鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈：跟鋰電比材料除隔膜外其他有變化，設(shè)備通用鈉離子電池體系與鋰離子電池一致，由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、集流體、結(jié)構(gòu)

38、件等組成，但材料除隔膜外均需要調(diào)整，設(shè)備與鋰電設(shè)備通用。正極材料主要有過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態(tài)材料四種路線，其中進(jìn)展較快的是過渡金屬氧化物和普魯士化合物；負(fù)極材料主要有金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質(zhì)四類路線，其中進(jìn)展較快的是碳基材料；電解液主鹽由六氟磷酸鋰變?yōu)榱姿徕c；負(fù)極集流體可以從銅箔變?yōu)殇X箔；隔離膜保持原先產(chǎn)品；鈉離子電池產(chǎn)線與鋰離子電池保持一致，無需額外建設(shè)產(chǎn)線。圖表19： 鈉電池與鋰電池材料對(duì)比鈉離子電池磷酸鐵鋰電池三元電池正極材料普魯士白和層狀氧化物磷酸鐵鋰電池NCM 和 NCA負(fù)極材料硬碳、炭黑、碳纖維、石墨烯等材石墨料電解液鈉鹽電解液

39、六氟磷酸鋰為主鹽產(chǎn)業(yè)布局研發(fā)階段，有示范項(xiàng)目成熟制作工藝設(shè)備兼容設(shè)備兼容資料來源：高工鋰電，正極：重點(diǎn)關(guān)注過渡金屬氧化物和普魯士化合物路線正極材料的選取有五大原則：1）具有較高的比容量；2）具有較高的氧化還原電位，以保證電池具有較高的輸出電壓；3）良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；4）嵌入化合物需要具有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率；5）資源豐富易得，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單。金屬氧化物和普魯士化合物是主流技術(shù)路線。鈉離子電池的正極主要有過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態(tài)材料四種路線：1）過渡金屬氧化物是目前最受歡迎的正極材料，例如磷酸鐵鈉、錳酸鐵鈉、鈦錳酸鈉等，中科海鈉、鈉創(chuàng)新能

40、源和 Faradion主要采用該技術(shù)路線；2）普魯士類材料具有較好的電化學(xué)性能，具備成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但在制備過程中存在配位水含量難以控制等問題，寧德時(shí)代、星空鈉電和 Natron Energy 是主要公司；3）聚陰離子型材料穩(wěn)定性和循環(huán)壽命好，化合物族類具有多樣性，但是較低的本征電子電導(dǎo)率，限制了這類材料的實(shí)際應(yīng)用。圖表20： 鈉離子電池正極材料主要路線材料說明優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)代表企業(yè)過渡金屬氧化物可分為層狀和隧道狀過渡金屬氧化物，通常用 NaxMO2（M=Co、Fe、Mn 和 Ni 等）表示，層狀金屬氧化物是當(dāng)前能量密度高循環(huán)性能差寧德時(shí)代、中科海鈉、鈉創(chuàng)主流的正極材料新能源、傳藝科技普魯士

41、藍(lán)類普魯士藍(lán)類化合物 NaxMAMB(CN)6zH2O（MA 和 MB 為過較好的電化學(xué)生產(chǎn)對(duì)水敏感寧德時(shí)代、鈉似物渡金屬離子），晶體結(jié)構(gòu)為面心立方，過渡金屬離子與氰化性能，成本低，創(chuàng)新能源根形成六配位，堿金屬離子處于三位通道結(jié)構(gòu)和配位孔隙中穩(wěn)定性好聚陰離子類聚陰離子類化合物 NaxMy(XOm)n-z（M 為具有可變價(jià)態(tài)的熱穩(wěn)定性好，能量密度低，鵬輝能源、眾化合物金屬離子；X 為 P、S 和 V 等元素）主要分為橄欖石結(jié)構(gòu)磷酸鹽、NASCICON（鈉離子快離子導(dǎo)體）化合物和磷酸鹽循環(huán)壽命好導(dǎo)電性差鈉能源化合物非晶態(tài)材料也叫無定形或玻璃態(tài)材料，是固體中的原子不按照一定的空循環(huán)性能好，電導(dǎo)率低，

42、穩(wěn)間順序排列的固體，原子排不上表現(xiàn)為長(zhǎng)程無序，短程有序能量密度好定性和耐酸堿性差資料來源：CNKI鈉離子電池關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展，多家三元正極及前驅(qū)體企業(yè)布局兩類主流正極。目前主流三元正極及前驅(qū)體企業(yè)對(duì)于兩類主流鈉離子電池正極均有布局。容百科技三條路線均有布局，規(guī)劃 2023 年層狀氧化物正極材料年產(chǎn)能 3.6 萬噸，其中普魯士白材料供貨寧德。振華新材合作寧德時(shí)代，主要布局層狀金屬氧化物體系，生產(chǎn)線與現(xiàn)有三元產(chǎn)線兼容，正處于噸級(jí)送樣階段。格林美擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉的方法、鈉離子電池及其制備方法等多項(xiàng)專利；在普魯士藍(lán)和層狀氧化物等鈉離子電池材料兩大技術(shù)路線均已積累了相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，并有多家下游客戶認(rèn)

43、證中。湖南邦普正在進(jìn)行磷酸鐵鋰生產(chǎn)線改產(chǎn)鈉離子電池中試。中偉股份已具備千噸級(jí)鈉電前驅(qū)體產(chǎn)量。圖表21： 鈉離子電池正極企業(yè)布局情況公司名稱正極技術(shù)路線產(chǎn)品性能情況布局情況容百科技錳鐵普魯士白、層狀氧化物體系、聚陰離子體系均有布局能量密度:110Wh/kg；循環(huán)次數(shù): 6000 次；倍率性能: 優(yōu)于 3C規(guī)劃 2023 年層狀氧化物正極材料產(chǎn)能 3.6 萬噸/年；2025 年規(guī)劃 10 萬噸；普魯士白供貨寧德時(shí)代振華新材層狀金屬氧化物體系能量密度: 120-130Wh/kg；循環(huán)次數(shù):2-4k 次；溫和放電倍率 0.2-0.3C鈉離子電池正極材料處于噸級(jí)送樣階段，生產(chǎn)線與現(xiàn)有三元材料兼容，深度合

44、作寧德時(shí)代湖南邦普未披露未披露磷酸鐵鋰生產(chǎn)線改產(chǎn)鈉離子電池 (年產(chǎn)鈉電正極 600 噸)建成后該產(chǎn)線可切換生產(chǎn)磷酸鐵中偉股份未披露未披露鈉系前驅(qū)體有 2-3 家客戶，今年產(chǎn)量能達(dá)到千噸級(jí)，預(yù)計(jì) 2023 年上半年實(shí)現(xiàn)批量供貨格林美層狀金屬氧化物體系、普魯士藍(lán)體系未披露擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉的方法、鈉離子電池及其制備方法等多項(xiàng)專利；在普魯士藍(lán)和層狀氧化物等鈉離子電池材料兩大技術(shù)路線均有產(chǎn)業(yè)技術(shù)積累，多家下游客戶認(rèn)證中資料來源：各公司公告，截至2022 年 8 月金屬氧化物的核心原材料是錳酸，普魯士化合物的核心原材料是氰化物。過渡金屬氧化物的主流體系是錳/鐵/鈷/鎳/銅的氧化物，其中錳酸鈉的性能和成本

45、的綜合表現(xiàn)相較其他材料更好，目前發(fā)展較快。錳酸的主流制備路線是用氫氧化鉀或碳酸鉀和二氧化錳，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)二氧化錳企業(yè)包括湘潭電化、南方錳業(yè)、廣西桂柳化工、貴州紅星發(fā)展、西南能礦等。普魯士類材料主要由亞鐵氰化鈉組成，氰化物在工業(yè)中使用廣泛，在油漆、染料、橡膠等行業(yè)應(yīng)用。鈉電池領(lǐng)域?qū)⑹乔杌镂磥淼暮诵脑隽俊Ｆ蒸斒克{(lán)類化合物無毒無害，但其原材料氰化物有毒，所以生產(chǎn)普魯士化合物需要生產(chǎn)資質(zhì)。目前具備氰化物生產(chǎn)資質(zhì)的主要是海外企業(yè)，國(guó)內(nèi)的主要生產(chǎn)商有美聯(lián)新材的子公司營(yíng)創(chuàng)三征、河北誠(chéng)信、重慶紫光化工等公司。圖表22： 各類正極原材料及供應(yīng)商正極材料種類原材料供應(yīng)商供應(yīng)鏈情況層狀過渡金屬氧鐵/錳/鎳鹽等二氧

46、化錳：紅星發(fā)展、湘潭電化、南方錳業(yè)；鐵錳等原材料供給充足，關(guān)鍵在于達(dá)到電池化物類鎳資源：華友鈷業(yè)級(jí)的純度和成本控制能力聚陰離子化合物磷酸釩鈉、焦磷酸鐵釩化物：攀鋼釩鈦涉及到釩礦和釩儲(chǔ)量情況，冶煉難度大類鈉等普魯士藍(lán)/ 白類亞鐵氰化鈉氰化物：美聯(lián)新材（營(yíng)創(chuàng)三征）、河北誠(chéng)信、電池級(jí)材料的生產(chǎn)需要重新建廠，涉及到氰化合物重慶紫光化工等化物需要有相關(guān)資質(zhì)資料來源：公司公告，負(fù)極：碳基材料是重點(diǎn)方向碳基材料是性價(jià)比最高的鈉離子電池負(fù)極路線。鈉離子電池負(fù)極技術(shù)路線眾多，主要有金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質(zhì)四類路線。碳基材料循環(huán)性能穩(wěn)定，在鈉中的嵌入度高。常見的碳基材料包括硬碳、軟碳、石墨和類石

47、墨，石墨類碳材料主要通過使碳層膨脹或者選取相比配的電解質(zhì)來提高材料儲(chǔ)鈉能力。圖表23： 鈉離子電池負(fù)極技術(shù)路線材料性質(zhì)碳基材料軟碳嵌鈉平臺(tái)低、容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、制備簡(jiǎn)單等突出優(yōu)勢(shì)，硬碳具有高可逆比容量、低電硬碳?jí)旱韧怀鰞?yōu)勢(shì)，軟碳具有缺陷少、結(jié)晶度高、電導(dǎo)率高等特點(diǎn)金屬化合物成本低、具有較高的比容量和鈉儲(chǔ)存電勢(shì)而有潛力作為鈉離子電池的陽極材料，其反應(yīng)機(jī)理主要是可逆的氧化還原反應(yīng)，但金屬氧化物自身導(dǎo)電性較差以及在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生體積膨脹, 通常導(dǎo)致電極材料表現(xiàn)出較差的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能合金材料具有較高的比容量、良好的導(dǎo)電性，可在過充電后防止產(chǎn)生枝晶，延長(zhǎng)了鈉離子電池的使用壽命，為了減輕體積膨脹

48、，提高合金陽極的性能，人們主要集中于材料納米化、引入碳基體復(fù)合、優(yōu)化粘結(jié)劑和電解質(zhì)添加劑等方面來進(jìn)行研究非金屬單質(zhì)與碳同族的元素，磷和硅成為近年興起的方向，研究成熟度還不高。其中黑磷有皺褶的層狀結(jié)構(gòu)，高導(dǎo)電等特點(diǎn)，但制備較難資料來源：CNKI鈉離子電池關(guān)鍵電極材料研究進(jìn)展，軟碳和硬碳是商業(yè)化最快的碳基負(fù)極。軟碳和硬碳主要區(qū)別在于 2800的高溫?zé)崽幚硐率欠窨梢猿浞质＼浱己陀蔡贾卸加惺⒕?，石墨微晶石墨無定形碳中呈現(xiàn)互相平行的堆積狀態(tài)的細(xì)小石墨片，但軟碳內(nèi)部的微晶尺寸更大，具有更高的有序性，軟碳經(jīng)高溫?zé)崽幚頃?huì)充分石墨化，在層間距離和微晶尺寸上的變化速度會(huì)顯著大于硬碳，從而使軟碳內(nèi)部的層間

49、距減小，儲(chǔ)鈉能力大幅降低。硬碳對(duì)鈉離子的儲(chǔ)蓄方式主要是微晶插嵌和微孔吸附，與軟碳相比，硬碳表現(xiàn)出更強(qiáng)的儲(chǔ)鈉能力以及更低的工作電位，更適用于鈉離子電池負(fù)極材料。圖表24： 鈉離子電池碳基負(fù)極技術(shù)路線眾多負(fù)極材料碳層間距（nm）比表面積（m/g）循環(huán)性能倍率性能石墨材料0.4330.22100mA/g 下 2000 圈后保持率 73.92%20mA/g，28.4mAh/g200mA/g,91mAh/g石墨烯材料0.365-0.37330.9200mA/g 下 250 圈后保持 93.3mAh/g40mAh/g，174.3mAh/g11000mA/g，95.6mAh/g軟碳材料0.35620.220

50、mA/g、200mA/g 和 1000mA/g 下分別循環(huán)1000mA/g，114mAh/g10 圈、50 圈和 100 圈后保持率接近 100%硬碳材料0.413830mA/g 下 100 圈后保持 305mAh/g150mA/g，275mAh/g300mA/g，180mAh/g資料來源：CNKI鈉離子電池負(fù)極材料的研發(fā)與發(fā)展，我們預(yù)計(jì)硬碳是主流材料，主要的負(fù)極企業(yè)均有技術(shù)儲(chǔ)備。硬碳的來源廣泛，主要包括有機(jī)物的熱解、生物質(zhì)材料、酚醛樹脂等，具有來源廣泛、價(jià)格低廉和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。相比于石墨，硬碳主要是在微觀結(jié)構(gòu)和制備工藝上進(jìn)行改進(jìn)，目前主要的負(fù)極企業(yè)均有技術(shù)儲(chǔ)備，仍以璞泰來、貝特瑞、中科電氣等負(fù)

51、極廠商為主，其中貝特瑞軟硬碳已有量產(chǎn)產(chǎn)品。華陽集團(tuán)從煤基出發(fā)，與中科海鈉合作開發(fā)高溫裂解無煙煤負(fù)極，儲(chǔ)鈉容量 220mAh/g，且成本較硬碳低，早期成本領(lǐng)先，遠(yuǎn)期看硬碳將憑借性能優(yōu)勢(shì)成為主流負(fù)極材料。圖表25： 鈉離子電池負(fù)極企業(yè)布局情況公司名稱負(fù)極技術(shù)路線布局情況貝特瑞軟碳 、硬碳均有已有量產(chǎn)硬碳、 軟碳紫宸科技硬碳為主已積極進(jìn)行鈉離子電池產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研發(fā)和布局工作杉杉股份硬碳為主2021 年在鈉離子電池硬碳方面也已向相關(guān)電池企業(yè)進(jìn)行了百公斤級(jí)的供貨中科電氣硬碳新型碳材料硬碳正在研發(fā)中華陽集團(tuán)無煙煤（軟硬碳混合）與中科海鈉合作開發(fā)無煙煤負(fù)極，儲(chǔ)鈉容量 220mAh/g資料來源：Wind，負(fù)極集

52、流體：由銅箔變?yōu)殇X箔鈉離子電池集流體均為鋁箔，現(xiàn)有鋁箔企業(yè)受益。鈉離子電池允許在負(fù)極使用金屬鋁作為集流體，能有效避免石墨基鋰離子電池的過放電問題。集流體在電池中起到承載電池正負(fù)極和收集電子的作用，材料的選擇上不僅要求導(dǎo)電性好，質(zhì)地柔軟且價(jià)格便宜，也需要在空氣中性質(zhì)穩(wěn)定。綜合來看，鋁和銅是最適合做集流體的材料，正極電位較高，銅箔在高電位容易被氧化，所以在鋰離子電池中，銅箔作為負(fù)極的集流體，而硬碳負(fù)極鈉離子電池可放電 0V，不會(huì)出現(xiàn)鋁溶解等任何問題。圖表26： 目前鋰電池鋁箔的企業(yè)以及產(chǎn)能情況廠商20212022E2023E萬順新材456.5南山鋁業(yè)33.84.3華北鋁業(yè)346常鋁股份0.60.60.6東陽光11.52.5云鋁股份00.52神火股份012.5鼎勝新材121525合計(jì)23.631.449.4資料來源：Wind，電解液：六氟磷酸鈉替換六氟磷酸鋰鈉離子電池與鋰離子電池的電解液均以液態(tài)電解液為主，由于電解液的材料需要根據(jù)正極材料搭配，所以鋰鹽需要更換為鈉鹽，目前常