核心觀點
鈉離子電池體系技術路線多樣，過渡金屬氧化物體系表現優異
鈉離子電池與鋰離子電池工作原理大致相似。主流鈉離子電池正極材料選擇大概分為：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士藍化合物和熔融硫。目前過渡金屬氧化物體系表現最佳，中科海鈉使用的銅基氧化物電池的能量密度達到145 Wh/kg；英國FARADION公司的鎳層狀氧化物的能量密度達到150Wh/kg~160Wh/kg，遠超其他鈉離子電池體系。在鋰電池中廣泛使用的石墨類負極材料儲鈉效能較差，鈉離子電池負極材料主要包括碳基材料、合金材料、熔融鈉。
鈉電成本低廉，效能強於鉛酸，和鋰電相比各有優劣
據FARADION公司預測，鈉離子電池產業化後成本比鋰離子電池低30%。鈉離子電池總體效能顯著優於鉛酸電池，鈉離子電池體積更小、重量更輕，比能量高出 2 倍以上，且迴圈壽命更長。鈉離子電池可以安全放電至0 V，在安全性、電解液導電性、高低溫效能、儲存和運輸等效能方面展現出優於鋰離子電池的潛力。但銅基和鎳基鈉離子電池能量密度比磷酸鐵鋰電池低17%，迴圈次數少33%。
鈉離子電池可持續性強、具有能源戰略意義，應用前景廣闊
地殼中鈉儲量達2。74%，而鋰儲量僅為0。0065%，且鋰離子電池回收經濟價值低。鈉離子電池活性材料中不含昂貴的鈷，使其具有更強的可持續性。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5。93%，鋰礦大多位於青藏高原地區，開採難度大，致使我國鋰礦對外依存度高。鈉離子電池對我國減少鋰資源對外依存度具有重要戰略意義。鈉離子電池應用前景廣闊：（1）電動車市場上，鉛酸電池被替代已成趨勢，鈉離子電池具有低成本、低能量密度、安全性強等特性，是鉛酸電池更好的替代品。（2）隨著十四五期間可再生能源大批次上網，電網側與發電側對儲能的需求愈發強烈，為鈉離子電池市場化應用提供土壤。我們預計2021/2022/2023年風光新增儲能需求5。07/12。25/25。79GWh，對應增速為246。3%/141。5%/110。6%。
鈉離子電池產業化提速，我國處於領先地位
近十年來，鈉離子電池受到學術屆和商業屆的大量關注，全球從事鈉離子電池研究的公司已有20 多家，我國企業如中科海鈉在鈉離子電池產業化程序中處於領先地位。目前鈉離子電池產業化還處於初級階段：多種技術路線共同發展、成本優勢不明顯、工藝和產業鏈不成熟、核心電極材料和電解液規模化供應渠道缺失、缺少電池相關標準化體系不完善。但鈉離子電池具備產業化快速提升的潛力。鈉離子電池與鋰離子電池生產線、製作工序相似。隨著鋰電和上游材料企業入局，產業化程序會大幅提速。我們相信在未來3~5年，鈉離子電池產業鏈會基本形成，鈉離子電池相關工藝、相應的電池管理系統、相關技術體系也會趨於成熟。看好已參與鈉離子電池產品研發和佈局的企業。因鈉離子電池與鋰離子電池隔膜技術相似，隨著鈉離子電池發展，隔膜需求上漲，隔膜製造企業受益。
風險
提示
鈉離子電池產業化不及預期、儲能發展不及預期、鈉離子電池產品效能發展不及預期。
正文內容
1、相較鋰離子電池，鈉離子電池成本低廉，效能各有優劣
1.1、 鈉離子電池工作原理與鋰離子電池相似，但材料選擇不同
鈉離子電池是一種充電電池，它的工作原理與鋰離子電池相似。
鈉離子電池在充電過程中，鈉離子從陰極脫出並嵌入陽極，同時電子透過外部電路，嵌入陽極的鈉離子越多，充電容量越高；放電時，發生相反的過程，回到正極的鈉離子越多，放電容量越高。與所有充電電池一樣，鈉離子電池主要由正極、負極、電解質和隔膜組成。
鋰離子電池和鈉離子電池的正負極材料選擇有很大區別。
在鋰離子電池中，正極材料無法使用的銅、鐵等元素在鈉離子電池中卻有很好的表現。在鈉離子電池的負極材料選擇方面，由於鈉離子半徑比鋰離子大得多，導致在鋰電池中廣泛使用的石墨類材料儲鈉效能較差，無定形碳類負極更適合鈉離子電池。
1.2、 鈉離子電池體系技術路線多樣，過渡金屬氧化物體系表現優異
1.2.1、 正極材料的選擇包括：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士藍化合物和熔融硫
正極材料要求使用鈉離子的活性材料，主流鈉離子電池正極材料包括：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士藍化合物和液態鈉等。
據這類材料需要具有良好的電化學性、安全性、化學穩定性和熱穩定性，從而具備較高的理論比容量和電池迴圈壽命。
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，這些正電極材料在理論上具有較高的放電比容量，但迴圈效能較差。但透過引入活性或惰性元素進行摻雜或取代，可以改善其缺點。目前過渡金屬氧化物體系表現最佳，中科海鈉使用的銅基氧化物電池表現優越，能量密度達到145 Wh/kg；英國FARADION公司的鎳層狀氧化物電池，質量能量密度達到150Wh/kg~160Wh/kg，遠超其他鈉離子電池體系。
聚陰離子型化合物，例如磷酸釩鈉和氟磷酸釩鈉材料，具有較好的熱穩定性、安全性和迴圈壽命。然而這類材料的理論比容量和導電性普遍較低。透過新增導電碳或者碳包覆可以提升其電化學效能，但同時會導致能量密度降低。
普魯士藍類材料，具有較好的電化學效能，具備成本低、穩定性好等優點，透過表面改性處理之後，材料自身的穩定性加強了，增加了迴圈壽命、活性材料的利用率，增強了電池的熱穩定性和可逆比容量，但在製備過程中存在配位水含量難以控制等問題。
熔融硫是鈉硫電池的正極材料。鈉硫電池是一種由熔融鈉和熔融硫構成的熔鹽電池。這類電池具有高能量密度、高充電、高放電效率和長迴圈壽命的特點，並且由廉價的材料製造。然而，由於在空氣和溼氣中的鈉反應性極強，它們存在一些安全隱患。在大多數專案中，鈉硫電池以圓柱形和塊狀生產，適合被用於高功率和長放電應用。
1.2.2、 負極材料主要包括：碳基材料、合金類材料和熔融鈉
負極材料一般具有嵌入鈉離子的能力高、體積變形小、擴散通道好、化學穩定性好等特點。主要材料包括碳基材料、鈦基負極材料和硫磺等。
由於鈉離子半徑比鋰離子大得多，導致在鋰電池中廣泛使用的石墨類負極材料儲鈉效能較差。
碳基材料具有嵌鈉平臺低、容量高、迴圈壽命長、製備簡單等優勢，無定形碳類負極(包括硬碳和軟碳)在鈉離子電池中表現出較高的可逆比容量和較好的迴圈效能。
中科海鈉研究團隊發現，軟碳負極材料高溫裂解無煙煤具有較高的可逆比容量和優異的迴圈效能，該負極採用的無煙煤前驅體成本低廉，製造簡單且產碳率高達90%。硬碳材料活性炭具有較好的鈉離子擴散通道。使用前驅體酚醛樹脂（塑膠、加工行業常用原材料），透過形成閉合孔隙的方法來精確調控硬碳微觀結構，得到的硬碳負極可逆容量高達410 mA·h/g。
合金類材料由於具有較高的比容量、良好的導電性，近年來也成為研究熱點。其主要優勢是可防止負極在過充電後產生枝晶，延長了鈉離子電池的使用壽命。但是該材料在鈉離子脫嵌過程中存在體積膨脹的問題，導致迴圈效能較差。
熔融鈉是鈉硫電池的負極材料，這種電池在 300°C 至 350°C 的較高溫度下執行。內部機器用於加熱目的，以提供電池反應所需的活動溫度。電極由陶瓷層隔開。鈉硫電池是一種可能的能量儲存技術，可支援可再生能源發電，特別是風電場和太陽能發電。該電池隨著尺寸的增加而變得更加經濟，可用於支援電網，也可用於獨立的可再生能源應用。
1.2.3、 電解質材料包括液體電解質、固液複合電解質和固體電解質
和鋰離子電池相似，鈉離子電池電解質主要分為液體電解質、固液複合電解質和固體電解質三大類。
一般情況下，液體電解質的離子電導率高於固體電解質，主要分為酯類和醚類電解液。因為它們具有出色的熱穩定性和較高的電化學視窗，有利於鈉離子的快速遷移。但是存在液體的高黏度和高成本的缺陷。
固液複合電解質通常被稱作凝膠聚合物電解質，主要由聚合物、增塑劑以及鈉鹽組成，在鈉離子電池中可以充當隔膜和離子導電載體，安全性較高。但和液體電解質相比，存在電導率較低的問題。
固體電解質通常被用來解決液體電解質中存在的安全性問題，具有良好的熱穩定性和較高的鈉離子遷移數。因此他們具有出色的能量密度和較大的工作溫度範圍。但存在介面不穩定、鈉離子遷移困難和製造工藝不完善等問題。如鈉硫電池使用的就是β-氧化鋁陶瓷管。
1.3、 鈉離子電池原材料具有成本優勢
無論是電極還是電解液，鈉離子電池材料價格都相對鋰離子電池材料較低。
而且鈉離子電池可以採用相對廉價的鋁替代銅作為集流體。鈉離子電池的隔膜技術、生產線、生產工序與鋰離子相似，發展工藝成本較低。據英國鈉離子電池公司FARADION預測，在規模生產後，鈉離子電池成本比鋰離子電池成本低30%。英國皇家政府首席科學顧問兼政府科學辦公室主任馬克-沃爾波特在報告中寫道：“鈉技術可以大幅降低能源價格”。據中科海鈉團隊研究，銅基鈉離子電池原材料成本為0。29 元/（W·h），磷酸鐵鋰電池成本為0。43 元/（W·h），鉛酸電池成本為0。40 元/（W·h），鈉離子電池有明顯的優勢，比磷酸鐵鋰電池成本低約1/3。
對於正極材料而言，鈉資源價格遠低於鋰資源。
原因是鈉資源更加豐富，據《The History and Use of Our Earth‘s Chemical Elements： A Reference Guide。》地殼中鈉儲量達到2。74%，而鋰儲量僅為 0。0065%。比如中科海鈉使用的銅鐵錳氧化物原材料的成本為磷酸鐵鋰的 1/2 左右。美國 Natron Energy 公司和瑞士Altris 公司所使用的普魯士藍類材料價格更加低廉。
對於負極材料而言，無定形碳類負極價格遠低於石墨。
鋰離子電池的石墨負極材料在含有碳酸酯電解液的鈉離子電池中的可逆比容量卻不足 50 mA·h/g，使其應用受到了很大的限制。而價格低廉的無定形碳類負極，如硬碳和軟碳在鈉離子電池中表現出較高的可逆比容量和較好的迴圈效能。中科海鈉使用的煤基碳負極的成本不到石墨原料成本的 1/10。該負極採用的無煙煤前驅體成本非常低廉，透過簡單的粉碎和一步碳化便可製得。
對於電解液而言，相同濃度的電解液，鈉離子的電導率強於鋰離子。所以鈉離子電池可使用低濃度電解液，降低電解液成本。鈉離子電池中的鋁集流體成本是鋰離子電池中鋁和銅集流體的1/3。
1.4、 鈉電總體強於鉛酸，和鋰電相比各有優劣
無論是能量密度還是迴圈壽命，鈉離子電池都顯著優於鉛酸電池。
相比於鉛酸電池，同等容量的鈉離子電池體積更小、重量更輕，比能量高出 2 倍以上，且迴圈壽命更長。未來首先有可能取代鉛酸電池，並逐步實現低速電動車、儲能等領域的無鉛化。
相比於鋰離子電池，鈉離子電池有更好的安全性。
鈉離子電池的電阻比鋰離子電池高，所以當發生短路等現象時，鈉離子電池的安全效能相對更高。鈉離子電池的電解質已被證明比鋰離子電池更穩定。
鈉離子電池可放電至0 V，且在儲存與運輸方面，鈉離子電池比鋰離子電池更安全穩定。
據《Commercialisation of high energy density sodium- ion batteries： Faradion’s journey and outlook》，在石墨基鋰離子電池中，鋁不能用作陽極的集電器，因為鋰可以與鋁形成合金。因此陽極必須使用銅集流體，而鋁可以用作陰極。由於高電位下銅的不穩定性，排除了鋰離子電池可以放電至0 V的可能性。對於鈉離子電池，鋁不僅可以用作陰極，還可以用作陽極。陽極上的鋁可以使鈉離子電池放電安全地降至0 V。運輸鋰離子電池時，它們不能被放電30% SOC以下，所以貨物電池必須以相當高的成本進行空運。然而，鈉離子電池可以完全放電到零伏，類似於一個電容器。在這種狀態下，由於短路導致的熱失控的可能性被消除了。
根據《鈉離子電池:從基礎研究到工程化探索》，鈉離子電池可實現 5-10 分鐘的快速充電能力。鈉離子電池可在-40℃到 80℃的寬溫區工作，
且在高低溫環境下，鈉離子電池效能更優。-20℃下，容量保持率達到88%以上。
相同濃度的電解液鈉鹽具有比鋰鹽電解液更高的離子電導率
，所以鈉離子電池使用更低濃度電解液可以達到和鋰離子電池同樣離子電導率。
目前，鈉離子電池的迴圈壽命大約是鋰離子電池的65%左右，能量密度比鋰電池低20%。
較低的迴圈次數和能量密度決定了鈉離子電池無法應用於電動汽車和手機電池等領域。鋰電將仍是這些領域的主流選擇。
2、鈉離子電池可持續性強、具有能源戰略意義，應用前景廣闊
2.1、 鈉離子電池原材料具有可持續性
相比鋰資源，鈉資源非常豐富。
地殼中鈉儲量達到2。74%，而鋰儲量僅為 0。0065%。據美國地質調查局 2021年最新報告顯示，由於不斷的勘探，已探明的鋰資源已大大增加，全世界約有8600萬噸。中國的鋰資源儲量僅為510萬噸，美國790萬噸；玻利維亞2100萬噸；阿根廷1930萬噸；智利960萬噸；澳大利亞640萬噸；剛果300萬噸；加拿大90萬噸；德國270萬噸。以電動汽車使用 80 千瓦時的鋰離子電池組為基準計算，總共需要消耗 48 千克碳酸鋰，全球現有的可用鋰儲量僅能滿足約 18億輛此類電動汽車的需求。
鋰離子電池回收經濟價值低，進一步影響其可持續性。
據美國能源部Argonne國家實驗室材料回收部門負責人傑夫-斯潘根伯格表示，目前鋰離子電池的回收很有限，回收可以透過火法冶金或溼法冶金工藝來完成，但其經濟性不足以吸引人們廣泛採用。如果回收能夠得到支援，鈷將是驅動力，而不是鋰。電動車電池中的鈷含量越少，回收電池的經濟性就越不具吸引力。而且，據英國鈉離子電池公司FARADION表示，鈉離子電池活性材料中不含昂貴的鈷。隨著全球電動汽車和儲能行業的發展，資源儲備更豐富的鈉離子電池有更強的可持續性。
2.2、 發展鈉離子電池具有能源戰略意義
我國擁有世界鋰資源儲量的5.93%，但是開發困難，鋰礦對外依存度高。
據中國地質調查局資料顯示，我國大部分鋰礦資源分佈在青藏高原等自然環境惡劣和基礎設施落後的地區，所以開採難度很大。有86。8%的滷水鋰資源位於青海柴達木地區和藏北地區，60。5%的硬巖鋰位於四川西部地區。受制於提鋰技術、地理環境、交通條件等，難以形成規模化生產。巨大的需求量和規模化生產難度，使我國鋰礦主要依賴進口，據中國地質調查局，我國原礦對外依存度高達76%。
鈉離子電池對減少鋰資源對外依存度具有重要戰略意義。
像石油一樣，鋰資源已逐漸成為國家的重要戰略性資源。中國將鋰定位為 24 種國家戰略性礦產資源之一。作為鋰離子電池的替代產品，鈉離子電池開始受到各個國家的重視，美國能源部將鈉離子電池作為儲能電池的發展體系；歐盟儲能計劃“電池2030”專案將鈉離子電池列在非鋰離子電池體系的首位。
2.3、 鈉離子電池發展空間廣闊，或替代鉛酸電池且佔據部分儲能市場
電動車市場上，鉛酸電池被替代已成趨勢。
新版《電動腳踏車安全技術規範》自2019年4月15日正式實施，規定電動腳踏車整車質量不得超過55kg，超標車型或換用質量更輕的鋰電池（中低端鋰電池能量密度約為鉛酸電池的4倍），或申請電動摩托車目錄成為機動車（消費者需要相關駕照，並且額外增加上牌費、年檢費、保險費等額外費用），或退出電動車市場。目前鋰電池滲透率不斷提高，鉛酸電池將被快速取代。
鈉離子電池是鉛酸電池更好的替代品。
鈉離子電池具有低成本、低能量密度、安全性強等特性。而且鈉離子電池在低溫下的容積保持率高於鋰離子電池，可在低至-40℃下工作。在寒冷環境下電動車的總體效能表現也會更強。隨著產業化的提速，鈉離子電池是鉛酸電池更好的替代品。未來電動兩輪車市場上，鈉離子電池前景廣闊。
儲能需求快速上漲，為鈉離子電池市場化應用提供了肥沃的土壤。
隨著十四五期間可再生能源大批次上網，電網側與發電側對儲能的需求愈發強烈。預計2021/2022/2023年風光新增裝機容量分別達85。5/96。0/106。1GW，對應新增儲能需求5。07/12。25/25。79GWh，對應增速為246。3%/141。5%/110。6%。鈉離子電池在儲能方面的應用已有先例。英國FARADION 公司在2020年已向澳大利亞ICM公司提供了應用於儲能的鈉離子電池產品。鈉離子電池憑藉其成本優勢以及儲能的潛力，在未來儲能市場中將佔有一席之地。
3、鈉離子電池產業化提速，我國處於領先地位
3.1、 鈉離子電池近十年發展迅速
鈉離子電池的研究大概從1970年開始，幾乎與鋰離子電池同時起步。在1991年後，鋰離子電池商業化的成功吸引了大多數科學家的注意力，而鈉離子電池的發展緩慢。近10年鈉離子電池研究迎來快速發展。2010年以前，相關嵌鈉材料的研究僅幾十篇，2010 年以後，由於各國在長期規劃中開始注意到大規模儲能領域，鈉離子電池因為它原材料的價格低廉和儲量豐富，吸引了科學工作者和企業的注意。2011年，英國FARADION公司成立，它是全球首家從事鈉離子電池研究的公司。在這之後，美國、法國、日本等多個國家也成立了相關公司。目前，全球從事鈉離子電池研究的公司有20 多家，包括松下、豐田等巨頭公司。2017 年，我國首家鈉離子電池公司中科海鈉成立。2018年，首輛鈉離子電池低速電動車的問世；2019年，首座鈉離子電池儲能電站推出。
3.2、 我國企業在鈉離子電池產業化程序中處於領先地位
中科海鈉團隊實力和電池技術位居世界前列。
2017 年底，推出了鈉離子電池（48 V，10 A·h）驅動的電動腳踏車。2018年，量產的鈉離子電池能量密度已接近150Wh/kg，迴圈壽命達 4000 次以上，並推出了全球首輛鈉離子電池低速電動汽車。2019年，釋出了世界首座30 kW/100 kW·h鈉離子電池儲能電站。2021年，計劃推出1 MW·h 的鈉離子電池儲能系統。2019 年，遼寧星空鈉電電池有限公司對鈉離子電池的研發進入量產階段，成為全球首條投入執行的鈉離子電池生產線。
3.3、 寧德時代等企業紛紛入局，鈉離子電池產業化程序提速
目前我國鈉離子電池產業化還處於初級階段。
鈉離子電池現在處於多種技術路線共同發展的狀態，正負極材料效能還需提高，與正負極匹配的電解液體系還有待進一步開發。由於鈉離子電池可以放電至0 V，這一點與鋰離子電池有很大差異，所以與鈉離子電池相匹配的電池管理系統還需要設計研究。與鋰離子電池相比，鈉離子電池目前成本優勢不明顯，工藝和產業鏈還不成熟，缺少核心電極材料和電解液規模化供應渠道，電池相關標準化體系、引數評測技術等還不完善。
鈉離子電池具備產業化快速提升的潛力。
鈉離子電池與鋰離子電池的生產線、製作工序相似，英國FARADION 公司的鈉離子電池甚至能在現有的鋰離子電池生產線上生產。隨著鋰電和上游材料企業入局，產業化程序會大幅提速。我們相信在未來3~5年，鈉離子電池產業鏈會基本形成，鈉離子電池相關工藝、相應的電池管理系統、相關技術體系如電芯設計、極片製作、電解液和隔膜選型也會趨於成熟。
已參與鈉離子電池產品研發和佈局的企業有望受益：寧德時代在2021年7月將要釋出鈉離子電池。當升科技佈局鈉離子電池，制定產業化發展目標。ST猛獅已研發成功鈉離子體系18650鈉離子電芯，即將合作大批次生產。容百科技的鈉離子電池正極材料專案也在開發過程中。長信科技參股公司深圳比克電池正在組建鋰離子電池生產線。欣旺達也在生產和研發鈉離子電池。華陽股份擬對鈉離子電極材料專案投資1億4千萬元。因鈉離子電池與鋰離子電池隔膜技術相似，隨著鈉離子電池發展，隔膜需求上漲，隔膜製造企業如：滄州明珠、恩捷股份、中材科技和璞泰來等將會受益。
風險
提示
鈉離子電池產業化不及預期、儲能發展不及預期、鈉離子電池產品效能發展不及預期。
資訊來源：新能源趨勢投資
