钠电池：不负众望，指日可待

蓝狮平台网讯：钠电池对比锂电池各有优劣，此前因为能量密度受限和技术突破较慢导致商业化进度慢于锂电池。2020年以来，伴随储能需求加速和锂电池成本提升、供应链安全问题日益严重，钠电池获政策、产业、资本重点加持，预计商业化渐行渐至，中期规模或达百亿。

钠电池的缘由、空间及格局

缘由：锂电池之外的选择。钠电池与锂电池的工作原理相同，作为嵌脱式二次电池，依靠钠离子在电池正负极之间的移动来充放电。钠电池的封装形态与制造工艺也与锂离子电池差异不大，均可分为圆柱、软包和方形硬壳三种形态，经过极片制造和电池装配装备完成。然而，与锂电池相比，钠电池有更好的倍率性能，适应温域更宽，供应链安全性更高，不足在于能量密度低于锂电池，且产业链商业化尚在初期。

钠离子电池工作原理

空间：商业化渐行渐至，中期规模或达百亿级别。钠电池与锂电池几乎同时起步，但由于能量密度限制及负极材料研发瓶颈，商业化进度慢于锂电池。2020年以来，伴随储能需求高企+锂电成本大幅提升+供应链安全问题日益严重，钠电池获得政策、产业、资本重点支持。考虑钠电池性能参数，预计后续在储能、二轮车、低速电动车上渗透率有望逐渐提升。目前，包括宁德时代、中科海钠在内多家公司已经提出2022-2023年实现中试、产能落地的目标，预计2023年开始产业商业化渐行渐至，预计到2025年国内市场或达百亿元级别。

格局：产业初期，格局未定。钠电池因其结构与锂电池相似，其产业链也大体相同。主要差异在于：1.正极材料采用过渡金属层状氧化物体系、聚阴离子体系、普鲁士蓝类似物等钠离子电池正极材料；2.负极材料以碳类为主，如硬碳、软碳等；3.负极集流体采用铝箔；4.电解液电解质采用六氟磷酸钠等钠盐。以目前钠电池材料成本测算，理论上钠电池长期成本能做到0.3元/Wh左右，具备一定性价比。目前，钠电池尚且处于产业化初期，各环节参与公司除原有锂电池对应公司外，也有一些单纯做钠电池业务的新参与者，尤其在一级市场项目居多，短期来看虽然部分公司钠电池参数领先，但整体格局确定尚早。

钠电和锂电材料体系异同

作为载流子，钠离子和锂离子的相似性相对较高。所以研究钠电材料体系的构建，从电解质出发较为适宜。钠离子电池的电解质体系包括电解液、固体电解质等。和锂电池电解液类似，有机体系的钠离子电池电解液得到了广泛的研究。在钠盐的选择上，以六氟磷酸钠为代表的钠盐体现了较高的离子电导率，在部分溶剂体系下甚至超过了对应的锂盐，接近或达到10E-2S/cm。钠离子电池有机电解液的溶剂选择和锂离子电池类似，均采用高成熟度的碳酸酯类。同时，也有研究者着手开发新型有机溶剂如醚类溶剂等。

钠离子电池有机电解液除了钠盐-溶剂的组合外，还有钠盐-离子液体的研究方向。离子液体的成本等问题影响了其产业化应用进程。部分研究者也在推进水体系钠离子电池电解液的研究工作。水系电解液的离子电导率高，但是电化学窗口窄，对电池能量密度影响较大。钠离子电池的固体电解质材料体系开发是重要的科学研究方向。鉴于钠的离子半径相当程度大于锂，固体电解质的开发难度也更高。部分硫化物体系固体电解质的离子电导率超过10E-3S/cm。

和锂电活性物质类似，钠电正负极材料也有插层类、相变类的基本区分；高容量、高电势差、高电导、高循环稳定性、动力学特性好、成本低等是共性需求。各类软碳、硬碳材料，以及氧化石墨烯等碳材料的碳层间距更合适，不同程度可以储钠。其中，硬碳材料容量较高、对钠电压较低、循环稳定性好，而且易于规模化。同时，提升首次循环效率的缺陷工程、表面工程工作也在进行。其他插层类钠电负极材料，如对钠电压较低的过渡金属氧化物等，也得到了一定程度研究。钠离子电池有相变类型负极材料的研究工作。和锂离子电池硅基、磷基负极类似，钠离子电池有锡基、磷基负极，而且体现了较高的储钠容量。最后，和锂金属负极类似，研究者也在进行钠金属负极甚至无负极钠电池的研究。有效控制钠金属负极溶解-沉积的难度较大，需要电池材料体系的深度优化。

和锂电既有联系又有区别，钠电的层状结构正极过渡金属中心离子有更丰富的选择，包括锰、铁、镍、铜、钛、钒、铬、锰等等，还可能和部分主族金属共掺杂；对应的细分晶体结构也比较多样。研究者还需要减少乃至避免过渡金属离子溶解进入电解液、晶体结构和晶胞参数的大幅变化等。在商业化进程中的典型选择包括铜铁锰酸钠、镍铁锰酸钠、镍锰镁钛酸钠以及部分复杂多元层状氧化物等。钠基聚阴离子多面体和过渡金属离子多面体可以形成具有网络结构的储钠正极材料，过渡金属中心和聚阴离子中心元素都有繁多的种类选择。

各类钠电正极材料的实际容量在几十到200mAh/g以上范围，对钠电压在2到4V以上范围。除了对能量密度有直接贡献的容量-电压特性需要关注外，钠离子的有效扩散和各类（成分、价态、物相结构、聚集态）稳定性也很重要。和锂电材料体系性能提升（主要指能量密度）的瓶颈类似，钠电能量密度提升的主要瓶颈也在正极材料。

从钠和锂的相似性出发，综合上述活性物质和辅助组元材料体系的比较与选择情况，我们可以得出基本结论：短中期内商业化的钠离子电池，选择硬碳（为主的）负极，层状氧化物、普鲁士蓝-普鲁士白或聚阴离子正极，有机碳酸酯-钠盐电解液、隔膜和铝箔集流体的材料体系是最合理的。远期看，产业应用的大门也未对钠金属电池、固态钠电池等关闭。

钠电特点

从锂资源端来看，全球锂资源可开采储量，仅够13亿辆电动汽车使用，中国锂资源仅占全球6%，且大多数锂资源集中于青海、四川、西藏等区域，开发利用困难。供不应求下，锂电池主要原料碳酸锂价格过去一年已经上涨了11.4倍。

碳酸钠的成本是碳酸锂的1/170，近10年来碳酸钠价格维持在1000-4000元/吨，相比锂资源受限，锂电成本持续攀高，发展无资源限制的钠离子电池，可以保障我国储能战略发展的安全性和独立性。

成本优势是钠的核心关注点。依托层状氧化物或普鲁士蓝/普鲁士白正极和硬碳负极，以低成本为特色的钠离子电池，其BOM成本较低，在0.3元/Wh附近，而且因为碳酸钠廉价，BOM成本波动不大。未来，随技术进步与成熟化，规模效应体现等原因，钠电的成本有一半甚至更多的下降空间。各类物料的成本变化对钠离子电池企业的影响较小，电池企业的盈利能力更稳定是大概率事件。

钠电安全性较好。从电池材料的热稳定性区间来看，钠离子电池电解液和负极与锂离子电池类似或稍好；正极普遍优于三元，和磷酸铁锂互有胜负。电池在放电状态下，锂电不耐过放，过放甚至会导致负极侧的铜箔溶解、沉积到正极表面乃至引发内短路，而钠离子电池铝箔的稳定性高，使得0V状态储存、运输成为可能。

钠电倍率性能尚可。对于钠离子电池，其倍率性能的基本原理和锂离子电池一致。对于普鲁士蓝体系和层状氧化物体系，5C的放电倍率下容量保持率均在1C的90%以上；对于聚阴离子体系，部分细分方向超高倍率放电能力优异。如果能量密度提升，则钠离子电池的倍率性能一定程度上承压。前述能量密度达到或超过磷酸铁锂的钠电，对应的倍率性能在0.5C或以内。所以，和锂离子电池相比，钠离子电池的倍率性能不构成瓶颈。

钠电循环寿命不低但需要进一步提升。电池循环寿命和循环的条件非常相关。钠离子电池总体循环寿命不及锂离子电池。有研究者证实，采用普鲁士蓝-硬碳-电解液体系的钠离子电池1.5C条件下循环700次，容量保持率约有90%。采用层状氧化物-硬碳-电解液体系的钠离子电池在1C倍率下循环4000次，容量保持率还有80%。高循环寿命和高能量密度的同时实现也有一定挑战。高能量密度钠离子电池的循环寿命需要进一步提升。前述两个高能量密度钠电在较低倍率下的循环寿命在200次左右。钠离子电池的循环寿命仍有提升空间。

综上所述，“常规”钠离子电池立足成本优势潜力，和磷酸铁锂性能指标各有所长；高能钠离子电池可能在能量密度上超过铁锂，但技术成熟度较低，综合性能占优难度很大，不确定性较高。钠离子电池相比于铅酸电池性能（除极限安全性外）全面胜出，而且充分发展后成本差距也可以有效缩小。

钠电池专利布局

钠离子电池专利规模增大。2010年以来，以中文或英文申请的处于有效、实质审查和公开状态的钠离子电池专利数共有近3000个。主要申请量在中国，也有相当数量在美、日、欧、韩、世界知识产权组织。近年来，钠离子电池的专利申请基本呈递增趋势。钠离子电池专利的主要申请人包括多个车企、电池企业、材料企业、科研院所。钠离子电池专利的主题内容广泛，电池材料、单体、系统均有涉及。

钠离子电池专利的申请地分布

钠离子电池专利的年份-规模分布

综上所述，钠离子电池专利内容丰富，布局者众多，最关键的内容是电池材料，尤其是正极材料。以当前实现的正极材料比容量、对钠电压等性能指标，结合负极性能推断，钠离子电池单体的能量密度达到磷酸铁锂水平仍有相当难度；电池材料层面的技术路线确定、生产工艺优化、成本控制等内容还需要大量工作加以夯实。

重点案例：中科海钠-国内钠电池先驱，产品领先

产业链朋友圈逐步扩大，投资方股东实力较强。中科海钠成立于2017年2月，是中科院物理所的科技成果转化项目，也是国内第一家专注于钠离子电池研发和生产的公司。2022年4月，华为旗下的哈勃投资注资中科海钠，中科海钠朋友圈进一步扩大，股东包括国科嘉合、中科创星、梧桐树资本、海松资本等多家知名机构。在产业链布局方面，中科海钠已经和华阳股份、多氟多达成深度合作，负极材料使用粉碎后碳化的华阳股份无烟煤，电解液供应则与多氟多合作密切。

中科海钠融资情况

电芯生产计划全国领先，与下游公司合作密切。总体而言，中科海钠的电芯生产计划走在了国内同类创业公司的前端。2019年3月29日，中科海钠自主研发的30kW/100kWh钠离子电池储能电站在江苏省溧阳市成功示范运行；2021年6月28日，中科海钠与华阳股份合作开发的1MWh钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运行；2021年12月，中科海钠宣布与三峡能源、三峡资本、安徽省阜阳市人民政府达成合作，成立阜阳海钠科技有限责任公司共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线，产能规划为5GWh，并计划在2022年正式投产；2021年12月，华阳股份召开1GWh钠离子Pack电池生产线建设项目可研报告评审会，该条产线由华阳股份全资子公司山西新阳清洁能源有限公司发起，中科海钠参与。

中科海钠下游客户

中科海钠目前产品种类较为丰富，可分为电芯和模组两类。其体积和重量不到同等容量的铅酸电池的三分之一，能量密度已达到145Wh/kg，是铅酸电池的3倍左右，循环寿命是铅酸电池的十倍，同时具备5-10分钟充电的快充能力。其中，电芯产品有圆柱形和软包型两种形态，模组产品则根据下游应用场景的不同分为电动自行车电池组、备用电源电池组、低速电动车电池组和规模储能电池组。

中科海钠产品梳理

专利技术积累雄厚，全面构建核心竞争力。中科海钠拥有多项钠离子电池核心专利，是国内外少有的拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业之一。在正极材料方面，中科海钠设计和制备出的低成本、环境友好的Na-Cu-Fe-Mn层状氧化物正极材料已经在中国、日本、美国、欧盟获得专利授权；而在负极材料方面，其所掌握的使用低成本的煤作为原材料制备负极材料的技术同样获得了专利授权。基于以上专利技术，中科海钠构建了较为全面的核心竞争力，电池产品性能较为优越。

中科海钠专利总结

率先拥有量产能力，计划2023年大规模扩产。中科海钠在2017年初完成正负极关键材料百公斤级放大生产、钠离子软包电池批量测试验证，2017年底研制出应用于电动自行车的48V?10Ah钠离子电池组；2018年6月研制出了72V?80Ah钠离子电池组应用于低速电动车上；2019年3月研制出的30kW/100kWh钠离子电池储能电站，首次实现在大规模储能上的示范应用。2020年9月公司钠离子电池产品实现量产，其与华阳股份共同成立的合资公司计划于2023年扩产至可以满足生产10GWh钠离子电池所需的正、负极材料生产线。

结语

从前述钠离子电池性能、成本、安全性等方面的研究，以及产业链实际布局情况出发可以看出，近期钠离子电池产业化的关键思路是初步规模化同步降本，将钠的本征低成本属性发挥出来。钠电性能指标会有一定程度提升，但能量密度大幅增加，同时其他性能、成本指标不劣化的可能性不大。在2022年年底至2023年初步规模化后，2025年至2030年是较高性能、较低成本钠离子电池大规模验证到高速发展的时间段。估计至2025年，两轮电动车、低速电动车、叉车、储能和少量A00级乘用车等是钠离子电池率先发力的细分战场。至2030年，部分商用车、启停电池等也开始贡献销量。钠离子电池的规模扩张主战场还是两轮、低速、叉车与储能。

预计，2025年我国钠离子电池市场空间近30GWh，近150亿元；2030年市场空间扩大至近200GWh，近千亿元。钠离子电池规模在对应二次电池市场中的规模总计分别超过5%、15%。2030年以后，我们估计钠离子电池规模增速超过二次电池行业增速均值。钠离子电池路线将成为助力能源革命、实现碳达峰和碳中和的重要技术路线。

梧桐树资本长期看好新一代储能技术的发展，未来将持续助力优质企业快速实现先进技术的转化落地和推广，致力于加快国内新能源、新材料相关领域的科技创新及技术发展，助力实现碳达峰碳中和目标。