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01

為何這個(gè)節(jié)點(diǎn)談起了鈉電池？

其實(shí)鈉電池的研究工作，與鋰電池幾乎是同時(shí)開(kāi)始的。

早在20世紀(jì)70-80年代，鈉離子電池的研究工作和鋰離子電池就同時(shí)期萌芽。鈉離子電池結(jié)構(gòu)和原理類(lèi)似鋰電池，鈉離子電池主要由兩種不同的鈉嵌入型材料（正極材料、負(fù)極材料）、電解液、隔膜等關(guān)鍵部件組成。

充電時(shí)，鈉離子從正極材料中脫出，經(jīng)過(guò)電解液，隔膜，最后嵌入到負(fù)極材料；與此同時(shí)，電子經(jīng)外電路從負(fù)極流向正極，放電過(guò)程則與充電過(guò)程相反，工作原理和鋰離子電池基本類(lèi)似，也是一類(lèi)“搖椅式電池”。

只是因?yàn)樨?fù)極材料嵌鈉能力較弱、鈉電池能量密度較低，使得鈉電池一直未能受到重視。

但供需緊張帶動(dòng)鋰價(jià)高漲，使得具備成本優(yōu)勢(shì)的鈉離子電池開(kāi)始發(fā)力。

數(shù)據(jù)顯示，全球純電小汽車(chē)滲透率從2016年的0.87%快速提升至2021年的8.7%，過(guò)去五年，全球純電小汽車(chē)滲透率增長(zhǎng)9倍。這導(dǎo)致上游電池鋰鹽的需求快速增長(zhǎng)，并且受到全球疫情對(duì)于供應(yīng)鏈的打擊，以及各國(guó)對(duì)于稀有金屬鋰的管控，鋰資源擴(kuò)產(chǎn)周期大幅長(zhǎng)于下游擴(kuò)產(chǎn)速度，鋰鹽價(jià)格上漲顯著。同時(shí)，我國(guó)鋰鹽上游原材料鹽湖或礦石70%，是依賴進(jìn)口的。

數(shù)據(jù)來(lái)源：Wind

此背景下，原料豐富且成本低廉的鈉再次引起了市場(chǎng)的興趣。

在元素周期表中，鈉與鋰是處于同一主族且具有相似物理化學(xué)性質(zhì)的金屬元素，地球上的鈉資源儲(chǔ)量非常豐富，鈉資源地殼含量占2.75%（鋰資源僅占0.0065%），豐度位于第6位，且分布于全球各地，可完全不受資源和地域的限制。所以在資源方面，鈉離子電池比鋰離子電池具有更大的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)iFinD數(shù)據(jù)，截止至2022.10.13，碳酸鈉的價(jià)格僅2791.67元/噸，與碳酸鋰52.5萬(wàn)元/噸的價(jià)格相差甚遠(yuǎn)。而根據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)測(cè)算，量產(chǎn)后鈉離子電池成本可以降到0.5-0.6元/度，將比磷酸鐵鋰成本低40%左右。

資料來(lái)源：中科海納官網(wǎng)

除了能量密度、循環(huán)壽命受限外，鈉離子電池其實(shí)有著不少優(yōu)勢(shì)。

相較磷酸鐵鋰電池，鈉離子電池兼具快充性能、高低溫性能、安全性優(yōu)勢(shì)?？斐湫阅芊矫妫c離子斯托克斯直徑更小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率，或者更低濃度電解液可以達(dá)到同樣離子電導(dǎo)率，快充性能好。

如寧德時(shí)代(行情300750,診股)的第一代鈉離子電池在常溫下充電15分鐘即可達(dá)到80%的電量，充電速度約為鋰離子電池的兩倍。

低溫性能方面，鈉離子電池可以在-40℃到80℃的溫度區(qū)間正常工作，-20℃的環(huán)境下容量保持率接近90%，而鋰離子電池（磷酸鐵鋰/石墨體系）則小于70%，因此鈉電池高低溫性能優(yōu)于其他二次電池。

安全性方面，鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，在短路的情況下瞬時(shí)發(fā)熱量少，溫升較低，熱失控溫度高于鋰電池，具備更高的安全性。因此針對(duì)過(guò)充過(guò)放、短路、針刺、擠壓等測(cè)試，鈉電池能夠做到不起火、不爆炸。

資料來(lái)源：CATL官網(wǎng)

02

行業(yè)空間究竟有多大？

在儲(chǔ)能、基站等對(duì)能量密度不敏感的固定式場(chǎng)景，鈉離子則有著巨大市場(chǎng)潛力。

首先在快速發(fā)展的儲(chǔ)能領(lǐng)域，鈉電池有望成為重要的技術(shù)路線之一。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模1830.9MW，功率規(guī)模占比高達(dá)99.3%；鉛蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模2.2MW；液流電池儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模10.0MW；其它電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)規(guī)模1.52MW。

根據(jù)中國(guó)化學(xué)(行情601117,診股)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)發(fā)布的《2022儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》，預(yù)計(jì)到2025年，電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)或?qū)⑦_(dá)到40GW，到2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，新能源發(fā)電年裝機(jī)量將保持年均100GW增量，電化學(xué)儲(chǔ)能的年裝機(jī)增量將保持在12GW至15GW，預(yù)計(jì)到2030年，電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到約110GW。

中郵證券研究所預(yù)測(cè)，電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)量還將快于此，預(yù)計(jì)2025年電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量將達(dá)到52GW，2030年累計(jì)裝機(jī)量將達(dá)到297GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率在58%。其中鈉電池預(yù)計(jì)2023年開(kāi)始提升滲透率，于2025年、2030年分別達(dá)到10%、30%，需求量也由2023年的0.1GWh增至2025、2030年的2.7GWh、17.8GWh。

雖然在動(dòng)力電池領(lǐng)域，因能量密度和使用壽命原因，鈉離子電池?zé)o法完全取代鋰離子電池，但同樣有著巨大的需求量。

當(dāng)前電動(dòng)二輪車(chē)、A00，級(jí)均受到鋰電池價(jià)格高企的影響，增長(zhǎng)有所放緩，鈉電池憑借著成本的優(yōu)勢(shì)，一方面對(duì)鋰電池進(jìn)行替代，另一方面通過(guò)低成本可以助力電動(dòng)二輪車(chē)、A00級(jí)汽車(chē)的銷(xiāo)售。

再加上鈉離子電池有望對(duì)當(dāng)前存量的鉛酸蓄電池進(jìn)行替代，預(yù)計(jì)2025年年為中國(guó)鈉離子電池總需求量為61GWh，到2030年總需求將達(dá)到292GWh，2022-2030年年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)82.5%。

數(shù)據(jù)來(lái)源：鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

03

國(guó)內(nèi)鈉電池商業(yè)化進(jìn)展如何？

國(guó)內(nèi)鈉電池進(jìn)展迅速，已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化前夕。

2010年，中科院開(kāi)始發(fā)現(xiàn)鈉離子電池，成為國(guó)內(nèi)最早涉及該領(lǐng)域的組織機(jī)構(gòu)；2017年，國(guó)內(nèi)首家專(zhuān)注于鈉離子電池開(kāi)發(fā)與制造的企業(yè)中科海納成立；2018年，中科海納首輛鈉離子電池低速電動(dòng)車(chē)亮相，同年，浙江鈉創(chuàng)新能源有限公司注冊(cè)成立；2019年，鈉創(chuàng)新能源全球首條噸級(jí)鐵酸鈉基正極材料生產(chǎn)線完工，同年，中科海納首座鈉離子電池儲(chǔ)能電站問(wèn)世。

2021年，中科海納全球套1MWh鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)成功投入運(yùn)行，同時(shí)期，鈉創(chuàng)新能源發(fā)布全球首套鈉離子電池-甲醇重整制氫綜合能源系統(tǒng)，而且寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池，其能量密度可達(dá)160Wh/kg。

2022年，鈉離子電池消息更是頻現(xiàn)。

9月30日，華陽(yáng)股份(行情600348,診股)全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線在山西陽(yáng)泉正式投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了鈉離子電池從中試到量產(chǎn)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)換，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化迎來(lái)新的里程碑。

10月8日中國(guó)能建(行情601868,診股)安徽院中標(biāo)三峽能源(行情600905,診股)安徽阜陽(yáng)南部風(fēng)光儲(chǔ)基地項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)EPC總承包工程，該項(xiàng)目含30兆瓦/60兆瓦鈉離子電池，是國(guó)內(nèi)最大鈉離子儲(chǔ)能電池項(xiàng)目。

10月11日中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布鈉離子電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)通知，著手推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制工作。硬碳方面，9月14日，杉杉股份(行情600884,診股)硬碳負(fù)極率先實(shí)現(xiàn)自由化、產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，并已批量供貨頭部電池企業(yè)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外各企業(yè)開(kāi)始進(jìn)行GWh 級(jí)產(chǎn)能規(guī)劃，預(yù)計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能將集中在2023-2024 年投產(chǎn)。

04

值得關(guān)注的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)

和企業(yè)又有哪些？

當(dāng)前鈉離子產(chǎn)業(yè)鏈已逐步完善，技術(shù)基本定型。

首先作為影響電池能量密度、循環(huán)壽命等關(guān)鍵組部件的正極材料方面，鈉離子電池主要的正極材料有過(guò)渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)，聚陰離子等。其中過(guò)度金屬氧化物能量密度高，是當(dāng)前鈉離子電池的主流正極。普魯士藍(lán)具有較好的穩(wěn)定性，但循環(huán)壽命較差，生產(chǎn)過(guò)程不環(huán)保。聚陰離子正極穩(wěn)定性較強(qiáng)，但成本較高。

負(fù)極材料作為鈉離子電池的核心部件之一，影響著電池首次庫(kù)侖效率、倍率性能和循環(huán)耐久等特性。目前鈉離子電池使用較多的負(fù)極是硬碳、軟碳。硬碳是目前最適合鈉離子電池的負(fù)極。同時(shí)，軟炭材料具有液相熱解的特性，并且相比于硬炭來(lái)說(shuō)，軟炭的比表面積較低。因此軟炭材料可以作為硬炭材料的包覆層，減少電極材料與電解液的副反應(yīng)，增大首次庫(kù)倫效率。

電池內(nèi)部溝通正負(fù)極橋梁的電解液，是影響電池安全性的主要因素，對(duì)電池的能量密度、循環(huán)壽命以及倍率性能等也起著重要影響。目前最常用的電解液可以分為醚類(lèi)電解液和酯類(lèi)電解液，其中酯類(lèi)電解液安全性高，具有良好的導(dǎo)電性，是鈉離子當(dāng)前最常用的電解液溶劑。

集流體方面，相比于鋰離子電池只能選擇銅做集流體，由于鋁與鈉在低電位不會(huì)發(fā)生合金化反應(yīng)，因此鈉離子電池可以選擇更便宜的鋁做集流體。

而在企業(yè)進(jìn)展方面，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)紛紛在布局鈉電池，跑馬圈地。

其中寧德時(shí)代于2021年發(fā)布第一代鈉離子電池，預(yù)計(jì)在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

華陽(yáng)股份則深度綁定中科海鈉，切入負(fù)極、電解液、電芯pack等，打造全產(chǎn)業(yè)鏈模式，規(guī)劃的全球首批量產(chǎn)1GWh鈉離子電芯生產(chǎn)線正式投產(chǎn)。根據(jù)各公司披露，除中科海鈉與華陽(yáng)股份使用無(wú)煙煤軟碳負(fù)極材料，以及多氟多(行情002407,診股)仍在軟碳與硬碳中選擇外，其余已披露負(fù)極材料種類(lèi)的鈉離子電池廠商均使用硬碳。而杉杉股份硬碳負(fù)極率將率先實(shí)現(xiàn)自由化、產(chǎn)業(yè)化，帶動(dòng)負(fù)極企業(yè)硬碳規(guī)劃提速。

同時(shí)，鈉創(chuàng)新能源今年擬完成3000噸正極材料和5000噸電解液投產(chǎn)，未來(lái)3-5年分期建設(shè)8萬(wàn)噸正極材料和配套電解液生產(chǎn)線。維克技術(shù)與鈉創(chuàng)新能源簽訂了《深度合作戰(zhàn)略框架協(xié)議》，研發(fā)中心在鈉電池正極、負(fù)極、電解液比較和性能測(cè)試工藝條件篩選等方面積累了數(shù)據(jù)并取得了技術(shù)突破，已在開(kāi)發(fā)鈉電池。

此外，立方新能源2022年4月19日第一代電池發(fā)布，處于客戶送樣階段，第二代產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。鵬輝能源(行情300438,診股)目前三個(gè)團(tuán)隊(duì)從事鈉離子電池研發(fā)工作，包括層狀氧化物、聚陰離子體系等正極路線。研發(fā)高性能鈉離子電池。

傳藝科技(行情002866,診股)則是轉(zhuǎn)型進(jìn)軍鈉離子電池，投資50億元建設(shè)10GWh鈉離子電池生產(chǎn)線及相應(yīng)產(chǎn)能的正負(fù)極材料產(chǎn)線，其中一期2GWh，二期8GWh。

2022年，已成為鈉電池產(chǎn)業(yè)化0-1質(zhì)變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；2023年，隨著各大企業(yè)產(chǎn)能集中投產(chǎn)，行業(yè)舞臺(tái)將正式拉開(kāi)帷幕。

關(guān)鍵詞： 鋰離子電池 能量密度 循環(huán)壽命