钠离子电池行业浅析

在锂离子电池行业高速发展的当下，钠离子电池也逐渐进入人们的视野。

钠离子电池的结构分为正极、负极、电解液，再加上一些附属的材料，比如隔膜和集流体等，最后封装生产。生产原料中最关键也是产值最大的部分是正负极材料和电解质溶液。正极材料主要有钠过渡金属氧化物（如 NaMnO2）、钠过渡金属磷酸盐（如 Na3V2(PO4)3)、 钠过渡金属硫酸盐（如 Na2Fe2(SO4)3)、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物（如 Na2FeFe(CN)6)等几大类。层状金属氧化物是当前比较主流的正极材料。负极材料主要有硬碳或无烟煤软碳。电解液溶质以氯酸钠，六氟磷酸钠为主流。正负极集流体均为铝箔。除了正、负极材料、电解液溶质之外，钠离子电池在集流体铝箔、电解液、隔膜、电池组装等产业链均可以直接使用现有的锂离子电池产业链。

相比于锂离子电池，钠离子电池的优势在于

1.原材料资源丰富。钠是地壳中含量第六的元素，占比约2.8%，大约是锂的1000倍，并且分布很广泛，盐湖和大海里都有钠。锂资源是稀缺、且分布不均的，高度集中在南美洲的盐湖里。在全球可再生能源革命的时代背景下，仅靠锂离子电池并不足够支撑人类完全迈入电动化、可再生化的能源之路。

 2.成本更低。钠离子电池的核心原材料的价格更便宜；钠离子不会与铝形成合金，钠电池的负极可以用金属铝箔作为集流体，双铝集流体不存在过放电问题；钠盐的电导率高于锂盐，钠离子电池可以采用低浓度的电解液来降低成本。理论上成本较锂电池可减低30%-40%左右。

3.安全性能好、快充性能好、受低温环境影响小 。钠离子电池相比于三元和磷酸铁锂电池具有更优异的安全性能、快充性能。钠离子电池还具有抗低温的特点，在-20°C低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率。

钠离子电池的缺点在于

1.由于锂离子和钠离子的元素特点，钠离子电池的能量密度上限始终会低于锂离子电池的能量密度上限。在相同技术条件下，钠离子的能量密度约为锰酸锂电池和磷酸铁锂电池能量密度的0.7-0.8倍。当前的钠离子电池能量密度大约在 70-200Wh/kg 的区间上，而锂离子电池能量密度大约在 150-350Wh/kg 的区间上，其中磷酸铁锂电池的能量密度偏低，约在 150-210Wh/kg 的区间上。钠离子电池能量密度区间与磷酸铁锂电池有重叠范围。

2. 在循环寿命方面略低于锂离子电池。钠离子电池已经做到在 3000次以上，这一水平也同样远远超出铅酸电池的 300 次左右，和磷酸铁锂电池有重叠范围。

钠离子电池在储能、电动两轮车与 A00 级别汽车领域均有较好的应用前景，2025 年这三大领域国内电池需求将达到 123GWh。储能方面，2020 年国内储能装机需求合计17GWh，预计到 2025 年将达到 48GWh；两轮车方面，2020 年国内两轮车电池需求约 32GWh，预计到 2025 年将达到 41GWh；A00 级别汽车方面， 2020 年国内 A00 汽车动力电池需求约 7GWh，预计到 2025 年将达到 34GWh。若这三类场景均使用磷酸铁锂电池，预计 21-25 年对应的市场空间分别为 408/510/545/532/537 亿元。

在对比钠离子电池与锂离子电池性能后可见，在新能源汽车动力电池和手机等电子产品电池方面很难取代锂离子电池。钠离子电池与锂离子电池未来将会是同时存在、共同发展、部分替代、相互补充的关系，锂离子电池可专注于高比能储能领域，钠离子电池可发挥其成本和规模优势。

目前，钠离子电池没有大规模应用。钠离子电池的技术没有经过足够多的迭代，各项性能指标还有待继续提高。钠离子电池产业链还不够成熟，制造成本高，钠离子电池实际生产成本在1元 /Wh 以上。在产业链的完善、设备折旧费用摊薄，产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面，钠离子电池仍然有很长的路要走。

中国“锂电池之父”，中科院物理所陈立泉院士（也是宁德时代董事长曾毓群的博士生导师）在今年中国电动汽车百人论坛上的演讲中提到“随着可再生能源革命的推进，未来锂离子电池一定会出现短缺，而钠离子电池是新电池首选。”宁德时代近日在钠离子电池发布会宣传将推进钠离子电池产业链，并在2023年实现宁德时代的钠离子电池产业链。随着中科海纳、华阳股份、宁德时代等一大批企业的不断投入以及双碳目标的制订，相钠离子电池产业链的成熟及产品的完善，将很快到来。

中国最早开展钠离子电池研发的机构是中科院物理所，陈立泉院士以及胡勇胜于2011年开始，基于中科院物理所三十多年的锂离子电池研发基础开展对钠离子电池的研发。 同一时期，专注于研发钠离子电池技术、开发钠离子电池产品的公司也如雨后春笋般成立2011年全球首家专注钠离子电池工程化的公司Faradion在英国率先成立。2012年专注于钠离子电池的法国公司Tiamat成立；同年，斯坦福的博士创办了美国第一家专注钠离子研发、生产的公司Natron。2017年，依托中科院物理所钠离子电池技术的国内首家专注于钠离子电池开发与制造的企业中科海钠注册成立，胡勇胜为董事长兼CTO、陈立泉为首席顾问。Faradion、Tiamat、Natron、中科海纳这四家公司也是目前全球最领先的钠离子技术及产品的研发公司。

下面列出钠离子电池产业链上比较重要的企业。

中科海纳

中国目前走在钠离子电池产业化最前沿的企业。中科海钠成立于 2017 年，依托于中国科学院物理研究所的技术。于2018年完成了全球首辆钠离子电池低速电动车示范，2019年完成全球首座100kWh钠离子电池储能电站示范。2020年3月钠离子电池生产线的中试完成，2020年9月钠离子电池产品实现量产。

2021年中科海纳和华阳股份开始深度合作，共同成立了生产钠离子电池正、负极的子公司，其中中科海纳占比55%，华阳股份占比45%。2021年6月中科海纳和华阳股份共同开发出了具有里程碑意义的1MVh钠离子电池储能系统，1MVh的储能系统已经具有产业化应用价值。该子公司目前正在建设2000吨正极、2000吨负极材料生产基地（大概0.8GWH的容量），预计2021年底投产。

截止2021年8月18日，利用Incopat数据库的检索，钠离子电池技术相关专利的申请数量中，中科院物理所(中科海钠)共85项，宁德时代共32项。宁德时代研究重点在正极材料技术领域，负极、电解质、隔膜等技术领域布局专利数量较少。而中科院物理所(中科海钠)在钠离子电池正极、负极、电解质、隔膜、电芯、模组等技术领域均布局多项专利，这说明中科院物理所(中科海钠)对于钠离子电池的研究领域更宽泛、更系统。

从二级技术分支来看，中科院物理所(中科海钠)和宁德时代关于钠离子电池正极材料的研究本同末离。其中中科院物理所(中科海钠)研究重点为过渡金属氧化物，而宁德时代则侧重普鲁士蓝类材料。对于钠离子电池过渡金属氧化物正极材料，中科院物理所(中科海钠)不仅申请时间更早，同时其保护范围更大，专利基础性更强。 

虽然中科院物理所(中科海钠)和宁德时代技术路线不同。但是中科海钠钠电池能量密度接近150Wh/kg，循环寿命达4500次以上，且高低温性能优异、安全性高、具备快充能力。宁德时代钠电池电芯单体能量密度也达到160Wh/kg；常温下充电15分钟，电量可达80%以上；在-20°C低温环境中，也拥有90%以上的放电保持率；系统集成效率可达80%以上；且热稳定性远超国家强标的安全要求。可见两家已经攻克了钠电池的最大缺点能量密度偏低问题，同时钠电池已经比肩市面先进的磷酸铁锂电池，以及几年前的三元锂电池。

宁德时代

 宁德时代自2015年开始组建钠离子电池研发团队，并开始研发钠离子电池，上文已经论述了其领先的技术水平。今年宁德时代发布了第一代钠离子电池产品。宁德时代目前在动力锂电池领域是全球领军企业， 在制造工艺方面，钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容，产线可进行快速切换，完成产能快速布局。其强大的电池制造能力和上下游供应联动能力会加速钠离子电池在中国的产业化进展。

华阳股份

前文说过，无烟煤是钠离子电池负极材料，而华阳股份是国内无烟煤的龙头企业。另外前文也提到2021年中科海纳和华阳股份开始深度合作，共同成立了生产钠离子电池正、负极的子公司，其中中科海纳占比55%，华阳股份占比45%。2021 年 3 月，中科海钠宣布完成亿元级 A 轮融资，投资方为梧桐树资本，投资完成后梧桐树资本持有中科海钠 3.33%的股份，华阳股份占梧桐树资本股份的 49.8%，故华阳股份间接持有中科海钠 1.66%的股权。

中盐化工

中盐化工拥有金属钠产能6.5万吨，占全球产能的40.5%，位居全球第一。公司是国内电耗最小，成本最低，质量和技术最好的生产企业，公司的金属钠产品国内市场占有率达42％。另外氯酸钠占全球产能的4%，全国的25%；碳酸钠占全国产能的7.3%。

5.鼎盛新材

国内锂离子电池用铝箔龙头， 2020 电池箔销售 24049 吨。公司铝箔产销量、出口量及市场占有率均位居国内同类企业第一名。钠离子电池中，集流体的正极和负极均使用的是铝箔，铝箔在钠离子电池中的用量比在锂离子电池中更多。因此钠离子电池的量产，将给铝箔带来新的增量空间，预计电池铝箔2025 年整体需求量将达到37.8 万吨，未来5年复合增长率可达32%。