钠离子电池行业深度报告 220924（24页）

// 钠离子电池报告摘要 //

钠离子电池量产成本比锂离子电池低35%左右，与锂电池形成补充。
钠离子电池上游资源储量丰富廉价，中游材料成本低廉，制造环节与锂离子电池相通，钠离子电池规模量产化低成本（0.3元/Wh以下）成为锂电池的有效补充。
同时，钠离子电池稳定性高，低温性能好，而且能量密度、循环次数远超铅酸，因此钠离子电池在两轮车、储能等领域有较大的市场空间。

钠离子电池属新的技术形式，正极、负极、电解液、集流体四个环节不同于锂电。
正极材料：钠离子电池主要有层状金属氧化物、普鲁士蓝和聚阴离子类化合物，层状金属氧化物发展较为成熟，有望率先量产；
负极材料环节：由于迁移的离子不同，硬碳与正极配对更为合适，有望成为主要材料；
集流体：钠离子电池的负极可以使用铝箔；
电解液：采用六氟磷酸钠作为电解质，添加剂各异，影响钠电池的性能。

预计2025年钠离子电池市场规模为398亿元，行业处于量产化前夜。
钠电行业公司积极布局钠离子电池行业，宁德时代于2021年发布钠离子电池，有望于2023年形成钠离子电池产业链，传艺科技2023年I期预计达到2GWh产能，中科海纳2023年有望形成1-2GWh钠离子电池的产能，我们预计随着钠离子电池的规模量产，其成本经济性优势加速其市场渗透率，未来有望在两轮车和储能市场占据较大的空间。

// 钠离子电池报告正文 //

1. 钠离子电池量产化在即

钠电池随着产业化加速，量产在即。1979 年法国的 Armand 提出了“摇椅式电池”的概念，开始钠离子电池的研究。
随后 Delmas 和 Goodenough 发现了层状氧化物材料可作为钠电池正极材料，Stevens 和 Dahn 发现硬碳材料作为负极有良好的钠离子嵌脱性能。2010 年以来，钠电池的研发进程加速。
2011 年中科院物理所研究员团队开始了钠离子电池核心技术的研发，自此以后开发出低成本的电极材料。
2017 年国内第一家专注于钠离子电池研发和生产的公司中科海钠成立。
2021 年宁德时代成功举行了第一代钠离子电池线上发布会。
2022 年中科海纳和传艺科技均预计 2023 年量产其钠离子电池。

钠电池和锂电池均是摇椅式二次电池，是一种依靠离子在正负电极之间往返嵌入和脱出的二次电池，其中正极和负极材料均允许钠离子可逆地插入和脱出。
在充电过程中，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，使正负极发生氧化还原反应，保证正负极电荷平衡；放电时则相反。

2. 钠离子电池的构造决定其电化学性能

材料选择上，钠离子和锂离子存在较大差异，并间接导致成本差异较大。

➢ 正极方面，由于钠离子比锂离子半径大，导致其很难从层状正负极材料嵌入/脱出，因此钠离子正极材料在能量密度上有所欠缺，同时为了使钠离子更容易嵌入/脱出，相对应的正极材料选择也和锂离子电池有所差别；

➢ 负极方面，锂离子电池常用的石墨材料无法有效嵌入钠离子，需要更换材料，目前常见的是各类硬碳材料；

➢ 电解液方面，钠离子摩尔电导率更高，使得钠离子电池所需电解液浓度较低，对添加剂的要求也较低，从而带来电解液成本也较低。

➢ 隔膜方面，无较大差异；

➢ 集流体方面，钠离子电池正负极集流体均可以选用成本较低的铝箔，锂离子电池则需要正极集流体铝箔，负极集流体铜箔。

由于材料选择的差异，其成本也有较大差异。根据中科海纳官网披露的数据，如果钠离子电池选用 NaCuFeMnO/软碳体系，锂离子电池选用磷酸铁锂/石墨体系，钠离子电池材料成本可降低 30-40%。

2.1. 钠离子电池正极材料重要性显著

正极材料的电化学特性影响了整个电池的电化学特性。
正极材料的理论能量密度就是电芯能量密度的上限，正极材料通过影响容纳钠离子的能力和传输通道的通畅性来影响钠电池的功率密度。
同时，正极材料活性物质的损耗以及杂质成分会影响电池的寿命。
目前，主流的正极材料主要包括过渡金属氧化物材料、聚阴离子类材料、普鲁士蓝类材料等。

2.1.1.层状金属氧化物技术较为成熟

过渡金属氧化物对储存条件要求较高，需要掺杂元素提升比容量。过渡金属氧化物可分为层状和隧道状，用 NaxMeO2表示，其中 Me 包括 Mn、Fe、Ni、Co 等过渡金属元素，x 为钠的化学计量数。
金属氧化物合成方便、结构简单，原料来源广，但是钠离子在参与嵌脱反应的过程中由于离子半径较大，会引起氧层的滑移，造成材料结构不可逆的改变，影响循环性能。
而且，材料易与空气中的水分反应，对储存条件要求较高。
目前多使用元素掺杂诱导氧化还原反应来提高电池容量，减少嵌脱反应中结构的改变程度，构造人工界面包覆稳定晶体结构并提高电化学性能。

层状金属氧化物热量高，合成方便，但稳定性较低。
自 1980 年以来，锂离子层状氧化物一直是锂离子电池的主要正极材料，因而层状金属氧化物也得到了大家的关注。
层状金属氧化物可以根据钠离子和氧形成的结构分为 O 型（八面体结构）和 P 型（三棱柱型）。
其中常见的 O3 型钠离子含量高，电池容量高；P2 型钠离子之间的层间距较高，传输速度和倍率性能较高。