鈉離子電池引領電池體系新革命

• 劉春天 2023年2月24日 來源：中研網 393 19
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我國鋰資源儲量相對不足，未來或將進一步牽制電池產業發展；鈉離子電池理論成本低廉，能量密度和循環壽命與鋰電的差距逐漸拉近；高倍率耐低溫更安全的特性較鋰電具備獨特優勢，有望于23年初步形成產業化。

根據中研網《2022-2027年中國水系鈉離子電池行業深度分析與投資預測報告》分析，鈉電與鋰電原理類似，產業化可延續鋰電經驗。正極材料預計維持多種路線并存的格局，并匹配不同場景下的需求。負極材料硬碳的前驅體來源、批次一致性及工藝適配性亟待突破，是制約其產業化的關鍵一環。當前以層狀氧化物正極+無定形碳負極+六氟磷酸鈉電解液為基本體系，憑借其成熟的技術發展及較高的能量密度及鋰電產線兼容性有望先行量產。

鈉離子電池與鋰離子電池工作原理基本相同。鈉離子電池也是“搖椅式電池”的一種，利用堿金屬離子在正負極間可逆的定向遷移過程實現電池的充放電，充電時，Na+從正極材料中脫出，經電解液的輸運穿過隔膜嵌入負極材料，放電過程與之相反。充放電過程中相同數量的電子經外電路傳遞，與Na+一起在正負極材料間遷移以維持電荷平衡。

電池結構相似，產線易于改造。鈉離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液和集流體構成，與鋰離子電池工作原理相似，結構機理高度重合。鋰電池的隔膜、鋁箔和其他電池組件可以直接應用在鈉電池中；用于鋰電池生產和檢測的設備可直接或略加改造后應用在鈉電池產線，改造成本低，能夠相對快速開啟量產，彌補鋰電池供需緊張、上游原材料處于價格高位的問題。

鈉離子電池能量密度有提升空間。相較于鋰離子電池，鈉離子電池能量密度稍低，原因有三點：1）鈉離子擁有更大的離子半徑，影響反應過程中相的穩定性、離子輸運及擴散較慢；2）鈉離子的質荷比較大，降低材料的理論質量比容量；3）鈉具有較高的標準電極電勢。

鈉離子電池能量密度高于鉛酸電池，低于鋰離子電池。目前商業化鈉離子電池的能量密度在90~160Wh/kg，遠高于鉛酸電池的50~70Wh/kg，循環壽命相較于鉛酸電池具有明顯的優勢，且環保性更佳，未來可能對鉛酸電池進行全面的替代。與鋰離子電池相比，鈉電的能量密度已接近于磷酸鐵鋰電池120~180Wh/kg的水平，但與三元電池相比具有較大能量密度差距。從長期發展空間來看，鈉電的能量密度提升及降本均具有較大挖掘空間，未來在能量密度要求不高的應用場景具備挑戰磷酸鐵鋰電池的潛力。

鈉離子電池耐候性具有明顯優勢。鈉離子電池的工作溫度范圍在-40℃~80℃，目前商業化產品可以做到-20℃容量保持率88%的水平，相較于鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池60%~70%的容量保持率具有明顯優勢，在氣候寒冷地區展現出良好的應用場景。倍率性能好。鈉離子的溶劑化能顯著低于鋰離子，從而在電解液中具有更快的動力學，離子界面擴散能力更強；同時鈉離子的斯托克斯半徑更小，相同濃度的電解液中離子電導率更高；高電導率及優秀的離子界面擴散能力賦予鈉離子電池出色的倍率性能，具備較好的快充潛力，在儲能調頻等高功率場景具有較大應用潛力。

由于核心原材料尚未量產，根據測算，當前鈉電池理論價格大約為1.09-1.23元/Wh，性價比較低；隨著23年內各環節產能釋放，預計23年底和25年鈉電池成本有望分別降至0.85/0.62元/Wh。鈉電產業化窗口與鋰價高度相關，預計23年內鋰價或將在40-45萬元/噸左右高位震蕩，首批量產的鈉電池可具備較明顯價格優勢；預計26年碳酸鋰價格或將維持在30萬元/噸以上，并且只要26年碳酸鋰價格在15萬元/噸以上，鈉電即有望具備較大產業化窗口。

預計鈉離子電池在兩輪車領域憑借較鉛酸和鋰電更高的性價比率先快速替代；儲能領域憑借安全和耐低溫的優勢，率先應用在對于能量密度和循環壽命要求較低的用戶側儲能、通信基站和數據中心；乘用車領域通過鈉鋰混搭技術有望覆蓋65%純電乘用車市場。根據測算，預計25年國內鈉電池需求有望達到32.9GWh，對應市場空間約203.7億元；預計27年國內需求有望達到137.3GWh，對應市場空間約824億元，23-27年CAGR為141.3%。

中國電池廠商供給全球市場。2022年1-11月，全球電動汽車電池總裝車量為446GWh，同比增長74.7%。其中寧德時代和比亞迪合計占50.7%市場份額，中國廠商合計占60%以上市場份額；據Info Link，2022年全球儲能電池出貨量總計142.7GWh，出貨Top5中中國廠商占據4席。中國鋰電池廠商在全球范圍內的產能、制造、技術迭代和創新等方面均具備明顯競爭優勢。

國內鋰資源儲量無法匹配鋰電產業的全球地位。7%的鋰資源儲能份額與60%以上的動力電池市場份額之間難以匹配，在碳酸鋰價格高企的背景下，利潤更多留在上游鋰礦端，下游電池廠面臨較大成本壓力。根據我們的測算，假設中國150萬噸鋰資源儲量全部用以制造鋰電池，大約可生產13.6TWh鋰電池；根據IEA對于未來全球電動車和儲能需求的展望，預計2030年全球電池累計需求在22TWh左右，2050年在126TWh左右。隨著各國對于外國企業開采本國鋰礦的限制提升，我們認為僅憑借我國自身的鋰資源儲量或將難以支撐遠期的鋰電產業全球市場地位，對于替代技術的探索對我國企業而言至關重要。

圖表：2017-2021年全球鋰資源儲量情況

數據來源：USGS，中研普華產業研究院

圖表：2021年全球鋰資源儲量分布情況

數據來源：USGS，中研普華產業研究院

鈉元素儲量豐富，降本潛力大。鈉元素的地殼儲量為鋰的1000倍以上，儲量豐富，分布廣泛，成本低廉。據中科海鈉，鈉離子電池產業化后，憑借更廉價的正極材料和集流體，整體材料成本有望較鋰電池降低30%-40%。

兩輪電動車、儲能、A級以下乘用車為鈉離子電池主要潛在市場。兩輪電動車領域對于輕量化、長續航的需求催生了近年來鋰電池對鉛酸電池的替代，不過隨著鋰價的大幅上漲，需要通過換裝鈉離子電池實現降本并加速對鉛酸電池的替代。鈉離子電池的廉價、耐低溫、安全等特點帶來儲能領域的較大空間；同時由于儲能領域對于能量密度的要求相對較低，而對循環壽命的要求較高，與聚陰離子型鈉電池的特性比較契合。A級以下乘用車由于對于續航里程的需求較低，而對成本的敏感性較強，同樣適合應用鈉離子電池；而鈉電和鋰電的混用技術有望進一步覆蓋續航500公里以下的車型需求。

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