物美价廉!中国钠离子电池产业研究分析
发布日期：2024/8/9
全球碳中和趋势下，电化学储能加速发展，发展钠离子电池对我国减少锂资源对外依存度具有重要的战略性意义，钠电被视为最有潜力的新型储能电池，产业迎来高速发展的历史机遇。
钠离子电池（Sodium-ion battery），是一种二次电池（充电电池），主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。2022年度化学领域十大新兴技术之一。
工作原理：
在充放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱出：充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。新款18650钠离子电池，借助了钠离子转移（而不是锂离子）来存储和释放电能。
钠离子电池与锂离子电池的区别
虽然钠离子电池和锂离子电池的基本工作原理相似，但它们在离子脱嵌过程、材料选择和电化学特性上存在一些重要区别：
• 离子半径和质量：钠离子的离子半径（1.02 A）大于锂离子（0.76 A）， 质量也比锂离子重。这意味着钠离子的迁移速度和扩散系数较低，可能导致钠离子电池的动力学性能逊色于锂离子电池。
• 电极材料选择：由于钠离子半径较大，一些适用于锂离子电池的电极材料并不适用于钠离子电池。例如，石墨在钠离子电池中并不稳定，而硬碳、氧化物和聚阴离子化合物在钠离子电池中表现较好。
• 电压平台：钠离子电池的工作电压通常低于锂离子电池。这是由于钠的标准电极电位（-2.71 V vs. SHE）高于锂（-3.04 V vs. SHE），因此钠离子电池的能量密度较低。
• 电解质兼容性：钠离子电池的电解质体系需要适应钠离子的特性，通常使用NaPF6或NaClO4等钠盐，而锂离子电池通常使用LiPF6作为电解质盐。
钠离子电池发展历史沿革
钠离子电池工作原理与锂电池一致
• 钠离子电池由来已久，与锂离子电池原理相同。钠离子电池最早由ARMAND团队于20世纪80年代提出，在90年代经过产业化推广得到技术应用。钠离子电池本质是在充放电过程中由钠离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移、而锂离子电池是通过锂离子在正负间移动来进行电荷转移，工作原理实质上相同的。
钠电池生产工艺与锂电池相似
• 生产工艺方面：钠离子电池生产工艺同锂离子电池类似，主要包括极片制造（正负极搅拌制浆料-烘干-涂布等）和电池装配（辊压-模切-卷绕/叠片-入壳-封 装-化成-分容分选等），主要区别在于钠离子电池可采用铝箔作为负极集流体，因此正、负极片可采用相同的铝极耳，极耳焊接等相关工序可以更加简化。因此，锂离子电池现有的电池组装生产线稍加修改即可用来生产钠离子电池，发展钠离子电池的重置成本很低。
钠离子电池生产工艺图
钠离子电池优势：资源丰富
• 钠资源丰富：钠元素在地壳中丰度为2.3%，位居所有元素第六位，显著高于锂元素的0.0017%。陈立泉院士表示目前全球探明的可供开采的锂资源储量仅能满足14.8亿辆电动汽车，随着全球电动化加快，锂资源短缺压力进一步体现。
• 钠资源分布更均匀：据美国地质调查局2019年报告显示，南美洲国家阿根廷、智利、玻利维亚三国锂资源储量在全球中占比达到52.10%，中国锂资源储量占比仅为7.26%，资源分布极度不均匀。中国所需60%以上锂原料均需要进口，对外依存度高。钠元素以盐的形式广泛存于陆地与海洋中，获取便捷度高。
地壳中部分元素丰度
2019年世界主要锂资源国家的探明储量和产量占比
钠离子电池优势：成本低
• 钠离子电池成本优势主要体现在：
1）钠盐替换锂盐。金属钠价格为1.9万元/吨、碳酸钠价格为0.3万元/吨，显著低于金属锂的298万元/吨、碳酸锂的48.4万元/吨，原材料价格更为低廉。
2）铝箔替换铜箔。假设铜箔价格为11万元/吨、铝箔价格为4万元/吨，假设1GWh锂电池需要622吨铜箔、400吨铝箔，1GWh钠离 子电池需要800吨铝箔，那么锂电池单Wh集流体成本为0.084元、钠电池单Wh集流体成本为0.032元，成本下降0.052元/Wh。
3）石墨负极有望更换为无烟煤降低 成本。根据中科海钠数据，钠离子电池材料成本约0.37元/Wh，显著优于磷酸铁锂和三元锂电池体系。
钠离子电池成本和锂离子电池原材料成本对比
钠离子电池成本结构
钠离子电池优势：安全性高
钠离子电池具有更为优异的安全性能：
• 钠离子电池内阻高，在电池短路时电路中电流更低，瞬间发热更少。
• 锂的标准电极电位更负，在水溶液里表现更为比钠更容易失电子，因而钠离子电池具有更高的稳定性。
• 钠离子电池经历短路、针刺、挤压等测试后，无起火、无爆炸。锂离子电池存在过放电的问题，会造成铜箔等集流体溶解、电池容量不可逆衰减；而钠离子电 池无过放电情况，正极可以放电至0V而不影响后续使用，进而使得电池在储存运输过程中更具安全性。同时，钠电池在热失控时容易钝化失活，因而安全测试 表现更优。
锂与钠的物理化学性质对比
钠离子电池优势：低温性能佳&倍率性能好
• 倍率性能优异：钠离子溶剂化能低于锂离子，界面离子扩散能力强,且钠离子斯托克斯半径小，相同浓度电解液情况下较锂盐电解液离子电导率更高，快充性能更好。根据宁德时代数据，钠离子电池能够在15min内充电至80%，中科海钠则提出其电池能够在12min内充电至90%，充电速度均明显优于正常状态下锂离子电池30min充电80%的充电速度。
• 低温性能优异：钠离子离子电导率高，电解液的浓度要求更低，低温时电解液粘度比锂离子电池更低，电池整体性能更为优异。钠离子电池正常工作温度范围在-40℃-80℃ , 部分产品在-20℃下容量保持率能够达到88%，显著优于磷酸铁锂60-70%左右的容量保持率。
钠离子电池优势
钠离子电池不足：循环寿命、能量密度尚有改善空间
• 循环寿命：钠离子电池现在整体循环寿命在2000次左右，比磷酸铁锂电池表现略差，相较于部分用于储能领域的循环寿命超5000次的磷酸铁锂电池而言仍有一定差距。
• 能量密度：钠创新能源钠离子电芯能量密度超130Wh/kg，立方新能源产品电芯能量密度为140Wh/kg，中科海钠产品能量密度为145Wh/kg，仍有进一步优化的空间。
不同电池体系性能对比
全球钠离子电池政策演进
全球钠离子电池政策演进
全球钠离子电池市场空间测算
• 预计2025年全球储能电池需求为342GWh，假设2025年全球储能领域钠电池渗透率5%，储能领域钠电池需求量为17GWh；
• 预计全球电动二轮车领域钠电池需求量5GWh，电踏车市场钠电池需求量为0.91GWh；
• 合计全球钠电池2025年需求为23GWh，假设单位价格0.6元/Wh，2025年钠电池市场空间为138亿元。
全球钠离子电池需求及市场空间测算
钠离子电池应用场景
储能 + 动力
可再生能源接入
工业储能
基站储能
数据中心
电动车
电动船舶
电动大巴
全球钠离子电池产业化发展现状
中国钠离子电池产业链
上游：原材料，包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体等
钠元素以盐的形式广泛地分布于陆地和海洋中，钠也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。钠离子电池的优势在于，一方面与锂处于同一主族具有相似物理化学性质的钠资源非常丰富，其在地壳中的丰度位于第6位，根据《中国矿产资源报告》，2022年中国钠盐储量为142.9亿吨。另一方面钠离子电池由于钠价格低廉而具有很大的潜在价格优势，非常适合应用于低速电动车和大规模储能等领域。
钠离子电池的结构和工作原理与锂离子电池相似，也是由正极、负极、隔膜、电解液和集流体组成。
中国钠离子电池材料成本构成情况
当前主流的钠离子电池正极材料主要有层状氧化物、普鲁士类化合物、聚阴离子化合物等。代表性企业主要有湘潭电化、攀钢钒钛、安庆曙光等。
在钠电池材料体系方面，正极材料方面主要布局厂商有容百科技、振华新材、当升科技等。其中匹配振华新材钠离子电池正极的电芯已经实现了装车应用。
中游：
电池制造环节，根据不同的封装形式，可以分为方形电池、圆柱形电池、软包电池、刀片电池等
钠离子电池主要应用领域集中在两轮电动车、三轮电动车、低速车、储能和新能源汽车等。中商产业研究院发布的《2024-2029年中国钠离子电池行业发展趋势及投资风险预测报告》显示，2023年中国钠离子电池出货量约为0.5GWh。中商产业研究院分析师预测，随看钠电产业在曲折中继续前行，2024年钠电池的出货量有望首次突破1GWh。
2023年以来已有超22家企业发布了钠离子电池新品、超31家钠电企业获得融资、超80个钠电项目签约/开工。据起点钠电不完全统计，目前宣布投产的企业主要包括阜阳海钠、 华钠芯能、传艺钠电 、多氟多、维科钠电、中比新能源等，合计产能超10GWh，此外还有多家企业中试线投产。
目前，中国钠离子电池相关上市企业主要分布在广东省，共28家。浙江省和江苏省分别为12家和10家，排名第二第三。
目前，国内布局钠离子电池的企业超过百家
下游：
应用领域，可应用于低速电动车、AGV、电动摩托车、电动自行车、智能电网储能和 家用储能系统等
中商产业研究院发布的《2024-2029年中国电动两轮车行业市场前景预测与发展趋势研究报告》显示，2023年我国电动两轮车的销量约为5600万辆，同比下降7.74%。中商产业研究院分析师预测，2024年我国电动两轮车的销量将增至6562万辆。
2024年1-3月，全国光伏发电累计装机容量约6.6亿千瓦，同比增长55.0%；新增装机4574万千瓦，同比增加1208万千瓦；光伏发电量783亿千瓦时，同比增长17.5%。
2024年1-3月，全国风力发电累计装机容量约4.6亿千瓦，同比增长21.5%；全国规模以上工业绝对发电量为22372亿千瓦时，同比增长6.7%。其中，1-3月风力发电量2419亿千瓦时，同比增长11.0％。
中商产业研究院发布的《2024-2029年中国工程机械市场需求预测及发展趋势前瞻报告》显示，2022年国内工程机械行业处于下行调整期，叠加宏观经济增速放缓、工程有效开工率不足等因素影响，国内工程机械市场需求大幅减少，2022年工程机械营业收入降至7977亿元，同比下降12%，2023年约为
8490亿元，中商产业研究院分析师预测，2024年工程机械市场将增至8766亿元。
来源：3060 钠电材料
