2023年被成為“鈉電元年”

今年鈉電產(chǎn)業(yè)不斷傳來(lái)重磅消息

2月23日，“第二屆全國(guó)鈉電池研討會(huì)”上，思皓新能源與中科海鈉聯(lián)合打造的行業(yè)首臺(tái)鈉離子電池試驗(yàn)車(chē)“思皓花仙子”公開(kāi)亮相。

3月17日，兩輪出行龍頭企業(yè)雅迪攜手旗下華宇新能源發(fā)布了第一代鈉離子電池“極鈉1號(hào)”以及配套整車(chē)雅迪極鈉S9，極鈉1號(hào)是兩輪電動(dòng)車(chē)行業(yè)首款具備裝車(chē)應(yīng)用水準(zhǔn)的鈉離子電池產(chǎn)品，這是鈉離子電池在兩輪車(chē)商用落地的一大里程碑。

4月16日晚間，全球動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代宣布，其鈉離子電池落地奇瑞車(chē)型。在發(fā)布了第一代鈉離子產(chǎn)品一年半后，寧德時(shí)代鈉離子電池產(chǎn)品終于迎來(lái)產(chǎn)品化。

近日，又有消息指出，小米入局鈉電，參投了鈉電企業(yè)珈鈉能源。8月22日，深圳珈鈉能源科技有限公司（下稱(chēng)“珈鈉能源”）千噸量產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)儀式在深圳舉行，同時(shí)宣布完成春華創(chuàng)投領(lǐng)投、順位資本跟投（小米董事長(zhǎng)雷軍控制的投資公司）的Pre A+輪融資，并將在2023年底開(kāi)始布局萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)線(xiàn)，在2024年實(shí)現(xiàn)過(guò)億的收入。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家告訴記者，和鋰離子電池相比，鈉離子電池的核心原材料的價(jià)格更便宜，儲(chǔ)量更豐富。業(yè)內(nèi)人士表示，在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化之后，將憑借它的性能優(yōu)勢(shì)在儲(chǔ)能等領(lǐng)域形成千億級(jí)的市場(chǎng)。而且與鋰相比，它有望將電池成本降低30%。

浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員范修林表示，鈉離子電池與鋰離子電池未來(lái)將會(huì)是同時(shí)存在、共同發(fā)展、部分替代、相互補(bǔ)充的關(guān)系，鋰離子電池可專(zhuān)注于高比能儲(chǔ)能領(lǐng)域，鈉離子電池可發(fā)揮其成本和規(guī)模優(yōu)勢(shì)。

曾經(jīng)不被看好的鈉離子電池，正在迎來(lái)屬于它的高光時(shí)刻！

下文，我們將對(duì)鈉離子電池的構(gòu)成、優(yōu)劣勢(shì)、技術(shù)路線(xiàn)、經(jīng)濟(jì)性、市場(chǎng)空間以及產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)布局情況進(jìn)行系統(tǒng)梳理。

鈉離子電池主要由正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜等關(guān)鍵部件組成。鈉離子電池的工作原理和鋰離子電池相似，都屬于“搖椅式”。充電時(shí)鈉離子從正極材料脫出后，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極材料中。與此同時(shí)電子則從正極經(jīng)由外電路運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，以維系整個(gè)系統(tǒng)的電荷平衡。放電過(guò)程則與充電過(guò)程相反。其中鈉離子電池正、負(fù)極材料體系為決定性因素，電解質(zhì)主要與正、負(fù)極材料體系進(jìn)行選擇匹配使用。

與鋰電池相比， 鈉電池的優(yōu)勢(shì)在于：

1、資源豐富和低成本：相比鋰離子的稀缺性，鈉離子在地殼元素中的儲(chǔ)能更豐富，因而成本低， 可成為鋰離子電池很好的補(bǔ)充，截至 2022 年11 月數(shù)據(jù)，碳酸鈉價(jià)格約為碳酸鋰價(jià)格的 1/200，此外鈉電池的正負(fù)極均采用鋁箔，可進(jìn)一步降低成本；

2、寬溫性：在-40℃~80℃的溫度范圍內(nèi)均有較好的容量保持率；

3、快充和倍率性好：相同濃度的鈉離子電池電解液比鋰離子電池電解液具有更高的離子電導(dǎo)率，同時(shí)鈉離子在極性溶劑中具有更低的溶劑化能，使其在電解液中具有更快的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，具有更高的          
電導(dǎo)率；

4、安全性：鈉電池可在零電壓下保存及運(yùn)輸，無(wú)運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)，在短路時(shí)，自發(fā)熱熱量少，無(wú)起火/爆炸等隱患；

5、生產(chǎn)：與鋰離子電池具有類(lèi)似的工作原理和材料構(gòu)成，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)備可以部分兼容。

鈉離子電池技術(shù)實(shí)用化的痛點(diǎn)在于：

1、鈉離子質(zhì)量比鋰離子重，電負(fù)性不及鋰，因而能量密度不及鋰。同類(lèi)電極材料鈉離子電池的電壓比鋰離子電池低，因此鈉離子電池比容量低，能量密度也低。2)鈉離子體積更大，難以脫嵌，循環(huán)性能較差。鈉離子半徑比鋰離子大，因此導(dǎo)致鈉離子在剛性結(jié)構(gòu)中相對(duì)比較穩(wěn)定，難以可逆脫嵌。即使可以發(fā)生脫嵌，鈉離子嵌入脫出的動(dòng)力學(xué)很慢，并且容易引起電極材料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的相變， 從而降低了電池的循環(huán)性能。

1、正極材料

針對(duì)鈉離子電池的兩個(gè)痛點(diǎn)，電極材料是改進(jìn)其能量密度、電壓與循環(huán)性能的關(guān)鍵。只有研發(fā)出適于鈉離子穩(wěn)定脫嵌的正負(fù)極材料，才能推進(jìn)鈉離子電池的實(shí)用化。已有的正極材料主要包括層狀氧化物材料、聚陰離子材料和普魯士藍(lán)/白類(lèi)材料。其中，層狀氧化物材料為目前鈉離子電池的主流方向。

層狀氧化物是目前研發(fā)進(jìn)展最快的正極材料， 有望率先實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。中科海納作為聚焦層狀氧化物正極材料的代表公司，在技術(shù)研發(fā)方面進(jìn)展迅速。層狀氧化物的研發(fā)主要需要克服復(fù)雜結(jié)構(gòu)演變、不可逆相轉(zhuǎn)變、傳輸動(dòng)力學(xué)差、空氣穩(wěn)定性差等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。中科海鈉在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn) Cu2+/Cu3+氧化還原電對(duì)在含鈉層狀氧化物中高度可逆?；诖耍驹O(shè)計(jì)和制備出低成本、環(huán)境友好的 Na-Cu-Fe-Mn-M-O 層狀氧化物正極材料(銅鐵錳皆為廉價(jià)金屬)，該正極材料的專(zhuān)利已經(jīng)在中國(guó)、日本、美國(guó)、歐盟獲得授權(quán)。

2、負(fù)級(jí)材料

目前可以作電池負(fù)極材料的碳基類(lèi)材料主要包括石墨類(lèi)碳材料和無(wú)定形碳(硬碳和軟碳)材料。在鋰離子電池負(fù)極中常用的石墨材料，由于熱力學(xué)原因，無(wú)法與鈉離子形成穩(wěn)定的化合物，因此鈉離子電池難以使用石墨作為負(fù)極材料。碳納米材料主要包括石墨烯、碳納米管等，依靠表面吸附實(shí)現(xiàn)鈉的存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)快速充放電，但存在庫(kù)侖效率低、循環(huán)性差等問(wèn)題使其難以獲得實(shí)際應(yīng)用。層間距較大的無(wú)定形碳材料因具有較高的儲(chǔ)鈉容量、較低的儲(chǔ)鈉電位和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，成為最具應(yīng)用前景的鈉離子電池負(fù)極材料。

在碳基材料中，相比于石墨等軟碳材料而言，硬碳材料無(wú)法石墨化。硬碳材料的碳層排列規(guī)整度低于軟碳材料，其層間可以形成較多的微孔以方便鈉離子的脫嵌。硬碳材料具備儲(chǔ)鈉比容量較高、儲(chǔ)鈉電壓較低、循環(huán)性能較好等諸多性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備碳源豐富、低成本、無(wú)毒環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，與石墨電極相比，在冷啟動(dòng)和快速充電模式方面也更具優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前首選的鈉離子電池負(fù)極材料。

3、電解液

鈉離子電池的電解液與鋰離子電池的電解液類(lèi)似，可以沿用現(xiàn)有鋰離子電池的部分生產(chǎn)裝備與技術(shù)。NaPF6 和 NaClO4 是最常被研究的兩種鈉鹽。NaPF6 直至 300℃幾乎沒(méi)有質(zhì)量損失，PC 基(碳酸丙烯酯)電解液中導(dǎo)電率最高。由于其合成原理與 LiPF6 相似，在制造工藝方面可以與目前的鋰離子電池制造工藝和設(shè)備兼容，成為了鈉離子電池電解液的主流方向。NaClO4 擁有離子遷移速度快、 熱穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)，但含水量高、易爆炸和高毒性等不足影響了其實(shí)際應(yīng)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的鈉鹽 NaPF6 和 NaClO4，含氟磺?；鶊F(tuán)的鈉(NaTFSI， NaFTFSI， NaFSI 等)具有較高的熱穩(wěn)定性和無(wú)毒的特點(diǎn)，但是由于其陰離子對(duì)于鋁箔集流體具有腐蝕作用，所以很少被當(dāng)作單獨(dú)的鈉鹽來(lái)使用。

1、中試線(xiàn)原材料成本拆分和敏感性測(cè)算

根據(jù)財(cái)通證券測(cè)算，推廣期，鈉離子電池成本相對(duì)較高，正極負(fù)極和電解液價(jià)格若隨量產(chǎn)化成本逐漸下降，鈉離子電池的 BOM 成本有較大下降空間。固定電解液價(jià)格在 10萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)正極材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料在 5 萬(wàn)元/噸時(shí)，鈉離子電池的 BOM 成本合計(jì)在 0.82 元/Wh；固定正極材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)電解液材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸時(shí)，鈉離子電池的 BOM 成本在 0.67 萬(wàn)元/噸；固定負(fù)極材料價(jià)格在 5 萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)電解液材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸，正極材料價(jià)格在 7 萬(wàn)元/噸時(shí)，我們預(yù)計(jì)鈉離子電池的 BOM 成本在 0.76 元/Wh。

2、量產(chǎn)線(xiàn)原材料成本拆分和敏感性測(cè)算

量產(chǎn)期，鈉離子電池成本開(kāi)始逐步低于鋰電池，性?xún)r(jià)比逐漸凸顯。固定電解液價(jià)格在 3.5 萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)正極材料價(jià)格在 5 萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料在 3 萬(wàn)元/噸時(shí)，鈉離子電池的 BOM 成本合計(jì)在 0.50 元/Wh；固定正極材料價(jià)格在 4.5 萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)電解液材料價(jià)格在 5 萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料價(jià)格在 3 萬(wàn)元/噸時(shí)，鈉離子電池的 BOM 成本在 0.51 萬(wàn)元/噸；固定負(fù)極材料價(jià)格在 3.5 萬(wàn)元/噸時(shí)，假設(shè)電解液材料價(jià)格在 5 萬(wàn)元/噸，正極材料價(jià)格在 5 萬(wàn)元/噸時(shí)，我們預(yù)計(jì)鈉離子電池的BOM 成本在 0.53 元/Wh。預(yù)計(jì)量產(chǎn)后正極材料價(jià)格或低于5 萬(wàn)元/噸，負(fù)極材料價(jià)格或低于 3.5 萬(wàn)元/噸，電解液材料價(jià)格低于 4 萬(wàn)元/噸。

3、量產(chǎn)后成本優(yōu)勢(shì)明顯

盡管未來(lái)兩年或是碳酸鋰周期下行階段，但鈉電池已然開(kāi)啟量產(chǎn)化，且成本優(yōu)勢(shì)依舊明顯。根據(jù)上海鋼聯(lián)數(shù)據(jù)，目前電池級(jí)碳酸鋰均價(jià)報(bào)24.5萬(wàn)元/噸，而碳酸鈉價(jià)格僅約為3000元/噸。如此懸殊的對(duì)比，已經(jīng)是碳酸鋰價(jià)格“暴跌”之后的差異，雖然并不代表最終的電池成本，但一定程度上也能說(shuō)明問(wèn)題。

隨著圍繞鈉離子電池開(kāi)發(fā)的應(yīng)用場(chǎng)景逐步落地，預(yù)計(jì)鈉離子電池市場(chǎng)將逐漸擴(kuò)大，并且成為電化學(xué)市場(chǎng)中不可或缺的一環(huán)。根據(jù)券商測(cè)算，預(yù)計(jì)2025年采用層狀氧化物體系和聚陰離子體系的鈉離子電池成本均將低于鋰電池成本優(yōu)勢(shì)明顯。

市場(chǎng)空間

有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2023年全球鈉離子電池需求量為5.9GWh。海通證券、中金公司等預(yù)測(cè)，到2025年全球鈉離子電池需求規(guī)模約為67.4GWh。

鈉電池早期有望先在 A00級(jí)和 A0 級(jí)電動(dòng)車(chē)、后備電源、啟停電源等領(lǐng)域?qū)︺U酸電池和鋰電池進(jìn)行替代，之后在家庭儲(chǔ)能、電力儲(chǔ)能和 A 級(jí)電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大范圍滲透。

根據(jù)浙商證券的測(cè)算，按照電動(dòng)兩輪車(chē)、儲(chǔ)能(含通信儲(chǔ)能、備用電源等)和低速車(chē)(含專(zhuān)用車(chē)、商用車(chē)和低速乘用車(chē))三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)鈉電池的滲透率進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)在 2025 年鈉離子電池全球需求量有望達(dá)到 98GWh，其中兩輪車(chē)、 儲(chǔ)能、 A00+A0 級(jí)車(chē)、 A 級(jí)車(chē)的全球需求量分別為 6.4、 55.5、 18.4 和 17.5GWh，對(duì)應(yīng)正極、 負(fù)極、 電解液、 隔膜、 鋁箔的全球需求量為 22.5 萬(wàn)噸、 13.0 萬(wàn)噸、 13.9 萬(wàn)噸、 19.1億平方米及 7.4 萬(wàn)噸。

截至2022年底，鈉電池產(chǎn)能僅2GWh，即中科海鈉建成的2GWh鈉離子電池量產(chǎn)生產(chǎn)線(xiàn)。隨著傳藝科技、眾鈉能源、派能科技等代表性企業(yè)相繼入局，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開(kāi)始加速推進(jìn)，正負(fù)極及電解液等相關(guān)材料配套產(chǎn)業(yè)鏈也初步形成。        

鈉離子電池企業(yè)布局      

正極材料企業(yè)布局

負(fù)極材料企業(yè)布局

電解液企業(yè)布局