DeepTech：2022年中國鈉離子電池技術及應用發展研究報告（23頁）.pdf

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1、2021 年夏，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布最新報告，人類活動正在導致全球氣溫上升，未來 20 年，全球變暖將達到災難性的程度，這給人們再次敲響氣候變化的警鐘。緊迫的全球氣候危機使政策制定者、監管機構和投資者加大了對全球低碳能源體系的關注。儲能作為鏈接上游低碳能源端和下游能源應用端的中間環節，其發展對低碳能源體系的建設有重要意義。人們從未停止尋找性能優良、能夠大規模應用的儲能方案 ，鈉離子電池（Sodium-ion battery/Na-ion batteries -NIBs）便是最具潛力的選項之一。鈉離子電池是一種依靠鈉離子在正負極間移動來完成充放電工作的二次電池，與已被廣

2、泛使用的鋰離子電池的工作原理與結構相似。與受到資源限制的鋰離子電池相比，鈉離子電池原料來源廣泛，性能優良，在動力電池和大規模儲能等領域有廣闊的應用前景，是實現“碳中和、碳達峰”目標的利器，因此近年來受到了政府、科研領域和投資者的青睞。本報告聚焦鈉離子電池技術與應用，分析鈉離子企業的技術路徑，剖析各技術路線的優劣勢與發展瓶頸，洞察鈉離子電池技術在全球領域的商業化進展及產業化應用情況，詳解未來產業發展仍有哪些困難及挑戰亟待突破。此外，本報告厘清當前積極推進鈉離子電池技術產業化的中堅力量，研判未來鈉離子電池技術面臨的風險與機遇。前言2鈉離子電池：鋰離子電池同胞兄弟，具備成本優勢的新型儲能方式鈉離子電

3、池是一種依靠鈉離子在正負極間移動來完成充放電工作的二次電池。其工作原理與鋰離子電池相似，技術發展也曾與鋰離子電池并駕齊驅。充電時，鈉離子從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極；放電時則相反，與鋰離子電池的工作原理相似。鈉離子電池技術的研究可以追溯到 20 世紀 70 年代，甚至略早于鋰離子電池，但由于 20 世紀 90 年代鋰離子電池憑借更為優異的性能成功商業化，鈉離子電池的發展一度陷入沉寂。2010 年以來，隨著人類社會對儲能設備的需求飛速增加，鈉離子電池的優點凸顯，再度走上舞臺中央。成本優勢使鈉離子電池奪回關注焦點。工作原理的相似性讓鈉離子電池和鋰離子電池具備很高的可比較性，近年來由于鋰離子電池的

4、核心原材料碳酸鋰價格飛漲，高昂的成本限制了其繼續發展。相比之下鈉元素來源廣泛，價格低廉，鈉離子電池性能較為優良，在交通領域和大規模儲能領域表現出了強大的潛力。隨著技術的發展，鈉離子電池已逐步成為鋰離子電池的優質替補和潛在競爭者。3圖1丨鈉離子電池工作原理（來源：Nuria Tapia-Ruiz et al 2021 J. Phys. Energy 3 031503）成本鈉離子電池的突出優勢與鋰離子電池相比，鈉離子電池的低成本優勢如何體現？原材料方面，鈉資源儲量大且分布廣泛。鋰與鈉同屬元素周期表 I A 族堿金屬元素，在物理與化學性質上較為相似，都可以作為二次電池的金屬離子載體。近年來由于鋰離子

5、電池需求量增加，鋰資源儲量較少導致供應不足，電池用碳酸鋰價格從 2020 年中約 4 萬元/噸漲至 2022 年 4 月約 50 萬元/噸。相比之下鈉元素在地殼中含量豐富，成本更低，價格受供需影響小，碳酸鈉常年處于 3000 元/噸以內水平。鈉離子電池正負極集流體材料可用鋁箔，進一步擴大了鈉離子電池低成本優勢。由于鋁制集流體在低電位下易于與鋰發生合金化反應，鋰離子電池負極處只能使用價格昂貴的銅箔作為集流體。而鈉離子電池正負極集流體均可使用價格便宜的鋁箔，這使得鈉離子電池的成本優勢更加明顯。在以上因素的作用下，鈉離子電池相較于鋰離子電池有 30%-40% 的成本優勢。4元素離子半徑（pm）密度（

6、g/cm3）氧化還原電位（V）地殼豐度鋰760.534-3.00.0065%鈉1020.968-2.72.74%表1丨鈉元素與鋰元素部分參數對比（來源：DeepTech）圖2丨鈉離子電池與鋰離子電池成本對比（來源：中科海鈉官網）能量密度上遜色于鋰離子電池，安全性等方面展現優勢與其他電池相比，鈉離子電池的性能如何？在能量密度方面，鈉離子電池與磷酸鐵鋰電池有重疊區間，整體強于鉛酸等電池。目前鈉離子電池的電芯能量密度約為 70-200Wh/kg，高于鉛酸電池的 30-50Wh/kg。目前鈉離子電池的能量密度相較于三元鋰電的 200-350Wh/kg 有所遜色，但與磷酸鐵鋰電池的 150-210Wh/

7、kg 有重疊范圍。鈉離子電池高低溫性能更優秀。相比于鋰離子電池 -20 到 60 的工作溫度區間，鈉離子電池可以在 -40 到 80 的溫度區間正常工作，-20 環境下容量保持率近90%，高低溫性能更優秀。鈉離子電池安全性更高。得益于更高的內阻，鈉離子電池在短路狀況下瞬間發熱量少，熱失控溫度高于鋰離子電池，具備更高的安全性。在針對過充過放、針刺、擠壓測試時，鈉離子電池的安全性表現也讓人滿意。倍率性能好，在快充方面具備優勢。鈉離子電池具備更好的倍率性能，能夠適應響應型儲能和規模供電，這一特性使鈉離子電池能夠更好地勝任大規模儲能方面的應用。5表2丨不同種類電池性能對比（來源：DeepTech）鉛酸

8、電池磷酸鐵鋰電池三元鋰電池鈉離子電池能量密度30-50Wh/kg120-200Wh/kg200-350Wh/kg70-200Wh/kg循環壽命300-500 次3000 次以上3000 次以上3000 次以上平均電壓2V3-4.5V3-4.5V2.8-3.5V安全性高較高較高高環保性差較優較優優高溫性能差較差差優低溫性能差差較差優下游應用儲能、低速車儲能、電動車儲能、電動車低速車、儲能低成本助力大規模使用，完善產業鏈形成優質發展土壤鈉離子電池的商業化潛力體現在哪些方面？低成本優勢使鈉離子電池具備大規模產業化應用潛力。全球鋰資源集中于南美洲和大洋洲，導致中國鋰離子電池核心原材料碳酸鋰對外依存度極

9、高，近 80% 依賴進口。隨著鋰離子電池市場規模不斷增長，中國本就匱乏的鋰礦資源顯得捉襟見肘，碳酸鋰價格飛漲。鈉元素在地球分布廣泛，儲量較高，原料獲取容易，價格較低且受需求波動影響較小，可以滿足大規模應用的需要。鈉離子電池產業鏈基礎完善，切換技術路線成本低。由于鈉離子電池的工作原理和結構與鋰離子電池極為相似，其制造工藝也與鋰離子電池相近，鋰電池相關生產企業生產鈉離子電池無重置成本。中國完備的鋰離子電池產業鏈為鈉離子電池產業化提供了優良的土壤。6圖3丨2019年5月-2022年5月電池用碳酸鋰價格走勢（元/噸）（數據來源：Choice）圖4丨鋰離子電池與鈉離子電池產業鏈條相似（來源：DeepTe

10、ch）0100,000200,000300,000400,000500,000600,000鈉離子電池應用領域：交通領域替補鋰離子電池，替代鉛酸電池鈉離子電池可以應用在哪些領域？新能源汽車發展受成本限制，鈉離子電池有望替補鋰離子電池。隨著全球減碳進程推進，新能源汽車替代燃油汽車是大勢所趨。目前新能源汽車普遍使用鋰離子電池，受鋰礦供應影響，鋰離子電池成本問題隨著新能源汽車的普及愈發凸顯。由于鈉離子電池具有成本優勢且性能較好，具有替補鋰離子電池的潛力。但由于鈉離子電池在比容量面略遜于鋰離子電池，因此其主要針對能量密度要求不高的使用場景。鉛酸電池性能低下且污染嚴重，鈉離子電池有望在低速車等領域替代鉛

11、酸電池。由于鉛酸電池污染嚴重，性能不佳，根據工信部 2021 年修訂的國家標準純電動乘用車技術條件，已被禁止應用于微型低速純電動乘用車，鈉離子電池技術成熟后成本較低，且性能可以滿足國家標準要求，是低速車動力電池的理想選擇。同理，鈉離子電池也具備潛力逐步在其他領域取代鉛酸電池。在存量上，鉛酸電池占全球可充電電池的 75%；在增量上，中國 2020 年鉛酸電池產量 228GWh。鈉離子電池技術成熟后可對鉛酸電池實現替代，增長前景廣闊。7圖5丨二次電池市場份額，鉛酸電池占比可觀（來源：美國能源部ENERGY STORAGE GRAND CHALLENGE）鈉離子電池應用領域：大規模儲能在電源側助力清

12、潔能源開發，在負荷側提高電網運行經濟性鈉離子電池具有構建大規模儲能系統的可能，有望提高清潔能源利用率。隨著人類社會的發展、科學技術的進步，人們對能源的需求愈發強烈。中國作為全球最大的電力消費國，2019 年用電量達 7.2 萬億千瓦時，人均用電量突破 5000 千瓦時。從電能來源來看，目前中國主要依靠化石能源發電，但隨著中國近年來“碳達峰、碳中和”戰略的迅速推進，中國需要更多的使用太陽能、風能等清潔低碳的能源。而這些能源大多存在不確定性和間歇性等特點，受限于電網消納能力，高比例間歇性可再生能源并網，不僅會對現有電網穩定性造成沖擊，還可能導致棄風率、棄光率升高。由于性能和成本方面較為優秀，鈉離子

13、電池可以構建大規模儲能系統，在 AGC系統調度下接入清潔能源發電系統，既可以降低棄風率、棄光率，還能平抑能源波動，參與系統調峰調頻，增強電網穩定性。在負荷側，鈉離子電池可以平滑負荷曲線，提高電網運行經濟性。鈉離子電池構建的大規模儲能電站可以在負荷低谷時儲電，在負荷高峰時供電，平滑負荷曲線，通過儲能系統降低電費支出。同時，由于鈉離子電池具備寬溫區特性，能夠適應不同緯度地區氣候條件，可以提高儲能電站的滲透率。8圖6丨鈉離子電池儲能電站（圖片來源：中科海鈉官網）鈉離子電池在新能源汽車動力電池和大規模儲能領域的應用潛力使多個國家開始重視鈉離子電池技術的發展。美國：美國能源部（DOE）于 2020 年底

14、發布了一份儲能大挑戰路線圖（ENERGYSTORAGE GRAND CHALLENGE）報告，進一步提升了儲能技術的戰略地位。通過“三大課題”和“五大路徑”推進美國在儲能領域的發展。報告中肯定了鈉離子電池在儲能領域的應用潛力，并表明有多家隸屬于 DOE 的研究機構正專注于鈉離子電池的開發工作。歐洲：歐洲汽車和工業電池制造協會（EUROBAT）也在 2021 年發布了2030 電池創新線路圖報告，將鈉離子電池列入了“電池2030”未來重點發展的電池體系。路線圖認為：鉛系、鋰系、鎳系和鈉系電池，不同種類的電池都有適合于特定應用的優點，沒有一種電池或技術能滿足全部應用要求，應當將聚焦于各種關鍵應用，

15、結合各種電池的特殊優點和關鍵應用的需求，對電池關鍵性能進行改進。多種電池技術共同發展，從而實現歐盟的脫碳目標。中國：中國于 2022 年 4 月由國家發改委和國家能源局聯合印發了“十四五”新型儲能發展實施方案，提出推動多元化技術開發，開展鈉離子電池、新型鋰離子電池等關鍵核心技術、裝備和集成優化設計研究?？萍疾吭凇笆奈濉逼陂g實施的“儲能與智能電網技術”重點專項中，也將鈉離子電池技術列為子任務，目標是進一步推動鈉離子電池的規?；?、低成本化，提升綜合性能。鈉離子電池戰略地位凸顯，多方勢力先后布局9全球只有少數公司致力于鈉電池的開發和產業化布局，如 Faradion（英國）、Tiamat（歐洲）、A

16、ltris AB（歐洲）、寧德時代、中科海鈉、眾鈉能源科技、鈉創新能源、星空鈉電、立方新能源等（中國）、Indi Energy（印度）、NatronEnergy、Aquion Energy（美國）以及日本松下、三菱等。其中歐洲因其鋰、鈷等重要鋰電上游資源缺乏，相對重視鈉離子電池的發展。全球部分鈉離子電池企業圖7丨全球部分鈉離子電池企業（來源：DeepTech）鈉離子電池首先要解決：能量密度、安全性和成本鈉離子電池技術目前面臨哪些挑戰？能量密度是首要指標，提升依靠正極材料技術發展。相較于鋰離子，鈉離子質量和半徑更大，離子擴散速率較低，反映在電池性能上為理論容量和反應動力學特征較為遜色，這些問題需

17、要正極材料的突破來改善。得益于鋰離子電池成熟的技術與生產工藝，鈉離子電池正極材料發展較為迅速。鈉離子電池在安全性方面具備先天優勢，進一步強化需要在電解質和負極材料入手。由于鈉離子電池內阻較大，短路時瞬時放熱量較鋰離子電池少，溫升較低，在安全性方面具備先天優勢。但鈉離子電池電解液易燃、負極處鈉枝晶生長易導致短路等問題依舊存在，因此安全性的提高需要在負極材料、電解質環節入手。成本是鈉離子電池的突出優勢，但需要大規模商業化后才得以體現。目前磷酸鐵鋰電池產業鏈成熟，設備折舊等費用均已攤薄，行業平均成本約為 0.5元/Wh。目前鈉離子電池由于產業尚不成熟，成本優勢尚未完全體現。鈉離子電池成本為推廣期 0

18、.5-0.7元/Wh；發展期 0.3-0.5元/Wh；爆發期 0.3元/Wh。待鈉離子電池產能達到GWh 水平時，各項費用攤薄，鈉離子電池的成本優勢將顯現出來。為了高安全性和低成本，市場可能接受較低的能量密度?；仡欕姵匕l展歷程，對能量密度的追求一直都是電池技術發展的重要驅動力。在此驅動下，使用三元正極材料的鋰離子電池裝機量自 2017 年開始超越使用磷酸鐵鋰的鋰離子電池。但磷酸鐵鋰憑借著更低的成本和更高的安全性經過了時間的考驗，在 2021 年裝機量實現了對三元正極材料的反超。依此邏輯，鈉離子電池前景依然可期。10正極材料決定能量密度，三大方向脫穎而出為突破技術瓶頸，鈉離子電池正極材料有哪些發

19、展路線？層狀金屬氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍類化合物是鈉離子電池正極材料的三種主要發展方向。正極材料是鈉離子電池的關鍵材料之一，很大程度上影響著電池的能量密度和功率密度。目前鈉離子電池正極材料主要有層狀金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類化合物三種。三種材料處于持續研發及產業化過程中，在比容量、循環等電化學性能上各有所長。（1）層狀金屬氧化物：具備高比容量優勢，但循環性能有待提高層狀金屬氧化物正極材料，通式為 NaxTMO2(TM 指過渡金屬，以資源較為豐富的錳和鐵最為普遍)，該類正極材料由 Delmas 等人于1980年率先提出。按照鈉離子配位環境不同可分為 P 型和 O 型；按照氧層

20、的堆疊順序不同進一步分為 P2、P3、O3 等類型，其中以 O3 型和 P2 型為主。常見的鈉離子電池層狀金屬氧化物正極材料如 P2-NaxMnO2以較高的可逆容量（200mAh/g）和較低的成本見長，但由于 Jahn-Teller 效應，結構穩定性差，導致循環性能不佳；-NaFeO2容量較低且同樣存在循環穩定性差的問題。其他層狀金屬氧化物正極材料如NaxNiO2、NaxVO2同樣受到人們關注，表現出一定的應用潛力。11圖8丨層狀氧化物結構示意圖；(a) P2 型、(b) 03 型、(c) P3 型（來源：CNKI）正極材料決定能量密度，三大方向脫穎而出發展趨勢：改性可明顯提升性能，陽離子取代

21、最為常用。層狀金屬氧化物鈉離子電池比容量較高，但由于鈉離子在脫嵌過程中，層狀金屬氧化物易發生結構變化或相轉變，導致電池循環性能衰減。為此人們開發了多種改性手段。陽離子取代是最為常用的方法，通過摻雜 Mn、Fe、Ni 等電化學活性元素，依靠不同陽離子氧化還原電對的特性互補，提升材料的穩定性，從而提高循環性能，誕生了二元及多元金屬基材料。在此基礎上引入少量電化學惰性元素如 Li、Zn、Cu 等可進一步提高材料結構穩定性。（2）聚陰離子化合物正極材料：氧化還原電位高且穩定性好，但比容量較低聚陰離子化合物的組成可用通式 NaxMy(SOm)n-z（M為過渡金屬離子；X為P、S、V等元素），是由鈉、過渡

22、金屬以及陰離子構成，其中過渡金屬主要有鐵、釩、鈷等。由于聚陰離子對材料的氧化還原電對具有可調的誘導效應，易于成為高電位正極材料。另外由于聚陰離子化合物中陰離子結構單元通過強共價鍵形成三維網格結構，穩定性好，循環性能和安全性能良好。但這種結構也帶來了比容量和導電性較差的問題。發展趨勢：針對聚陰離子化合物正極材料比容量和導電性較差的問題，目前改性手段主要為碳材料包覆、氟化、摻雜、不同陰離子基團混搭等。12圖9丨常見聚陰離子型化合物正極材料NaFePO4 的兩種結構 (a) olivine 相; (b) maricite 相（來源：CNKI）正極材料決定能量密度，三大方向脫穎而出（3）普魯士藍類化合

23、物正極材料：比容量較高，循環性能存在短板普魯士藍化合物的通式為 NaxMFe(CN)61-yyzH20（可簡寫為 MHCF 或PBAs），其中M代表鐵、鈷、鎳、錳等過渡金屬元素， 代表 Fe(CN)6缺陷。普魯士藍類化合物的晶體結構是由過渡金屬 M 及 Fe 元素分別與 CN-中的 N 和 C 相連而形成的獨特三維開放框架結構。眾多普魯士藍類材料中，以 FeHCF 和 MnHCF 由于成本低廉、原料豐富、理論容量高等優勢最受關注。普魯士藍類化合物具備獨特的開放框架和三維大孔道結構，適合鈉離子的遷移和存儲。普魯士藍類化合物的比容量較高，但以目前的共沉淀法制備工藝，在合成過程中，往往會產生許多結晶

24、水與 Fe(CN)6結構缺陷。晶格間隙的結晶水容易占據晶體中的儲鈉位點及鈉離子脫嵌通道，降低材料中可以脫嵌的鈉離子含量和鈉離子的遷移速率。且Fe(CN)6結構缺陷與結晶水會在材料充放電過程中導致結構坍塌，影響材料的循環性能。發展趨勢：目前主要通過優化合成工藝、離子摻雜和與其他材料復合使用以改善儲鈉性能。實現規?；苽淝?，仍需解決共沉淀制備法帶來的結晶水和機構缺陷含量高、生產效率低下等問題。隨著材料研究工藝的不斷深入，MHCF 將有機會與層狀金屬氧化物、聚陰離子型化合物形成“三足鼎立”之勢。13圖10丨普魯士藍類化合物的 3 種晶體結構圖； (a) Cubic、 (b) Monoclinic、

25、(c) Rhombohedral（來源：CNKI）負極材料：無定型碳材料具備商業化潛力為突破技術瓶頸，鈉離子電池負極材料有哪些發展路線？多種負極材料中無定形碳材料最具商業化潛力。由于鈉離子的原子半徑較大，鈉離子無法在石墨負極材料處進行高效率的脫嵌，因此尋找合適的儲鈉負極材料至關重要。鈉離子電池負極材料主要有無定型碳類（硬碳、軟碳等）、合金類、過渡金屬氧化物等。其中合金類容量較高但循環性能和倍率性能不佳；過渡金屬氧化物容量較低；無定形碳可逆容量和循環性能優良，控制成本后有望實現商業化。無定形碳材料主要分為硬碳和軟碳兩種。（1）硬碳負極材料：來源廣泛，可逆容量可觀。硬碳是高分子聚合物、石油化工產品

26、（如瀝青類）或生物質材料（如植物殘渣）碳化而成，這些碳質材料即便加熱到 2800 也難以石墨化，以這些材料作為前驅體進行熱處理，即可獲得硬碳負極材料。由于其結構高度無序且穩定，氧化還原電位較低，硬碳被認為是較為理想的鈉離子電池負極材料。由于硬碳材料具有較大的層間距離和較多晶格缺陷，為鈉離子提供了豐富的位點，在作為鈉離子電池負極材料時表現出了較高的可逆容量。14圖11丨硬碳材料儲鈉機理示意圖； (a) “微孔吸附”機理、 (b) “微晶插層”機理（來源：CNKI）負極材料：無定型碳材料具備商業化潛力趨勢：對硬碳負極材料進行改性以提高首周庫倫效率（ICE），并進一步提高比容量和循環性能。硬碳負極材

27、料的首周庫倫效率（ICE）偏低。對于全電池，儲存在正極和電解液中的鈉離子是有限的，低庫倫效率將嚴重影響電池容量。為解決這一問題，研究人員開發了包括材料結構調控、陽離子摻雜、調控含氧官能團等手段，改善了硬碳負極材料 ICE 的同時，其比容量和循環性能也得到了進一步提升。（2）軟碳負極材料軟碳是一種可以在 2800 下石墨化的非晶碳材料，也被稱為石墨化碳。軟碳材料中含有石墨微晶無規則堆垛架構而成的孔道結構，具備容納鈉離子的功能，因此可以作為鈉離子電池負極材料。相比于硬碳材料，軟碳材料具備更高的電子導電性和倍率性能，這得益于其富含的 sp2碳。趨勢：通過異相原子摻雜、制備納米結構等手段改性碳材料以改

28、善軟碳負極材料性能。由于軟碳材料在高溫下容易石墨化，其層間距會隨碳化溫度升高而逐漸減小，令孔道結構塌陷而導致儲鈉性能明顯。而碳化溫度較低無法使其發揮電子導電性優勢，且結構不穩定，不可逆容量大。為解決這些問題，研究人員開發出了多種改性手段，如通過制備納米結構、設計多孔結構加快鈉離子傳輸、摻雜異相原子以增加層間距，改善容量與導電率、預氧化策略抑制其石墨化等。15生產工藝的突破將掃清從實驗室到商業化的障礙鈉離子電池從實驗室到市場還有多遠？成熟的鋰離子電池產業鏈已經為鈉離子電池商業化準備好了土壤。鈉離子電池與鋰離子電池結構相似，均由正極材料、負極材料、隔膜和電解液構成，被稱為四大主材。鈉離子電池的模商

29、業化需要四大主材的大規模生產支持。四大主材中，目前規?；a的隔膜孔徑均遠大于鈉離子的溶劑化半徑，滿足鈉離子電池的使用需求。鈉離子電池使用的電解質鹽一般為 NaPF6，其合成方法與目前已規模生產的 LiPF6基本相同，這降低了其規?；a難度。鈉離子電池使用的溶劑體系與鋰離子電池相同。中國成熟的鋰離子電池產業鏈為鈉離子電池的商業化提供了許多便利，目前的難點集中在正極材料與負極材料。正極材料：層狀金屬氧化物和普魯士藍類化合物未來可期，生產工藝需要技術突破。鈉離子電池正極材料的三大方向中，層狀金屬氧化物和普魯士藍類化合物以較高的比容量展現出了強大的應用潛力。生產工藝方面，大多數 O3 和 P2 相

30、層狀金屬氧化物耐水性較差，易與空氣中的水分子發生反應，造成電池的損傷；目前普魯士藍類化合物通常使用共沉淀法制備，該工藝制備的產品結晶水含量較高，影響比容量和循環性能。這些問題對正極材料的生產工藝提出了更高的要求，生產工藝的技術突破將促進鈉離子電池的商業化進程。負極材料：無定型碳材料展現應用潛力，成本仍有降低空間。無定形碳材料以其較低的成本和較高的綜合性能成為最具應用潛力的鈉離子電池負極材料。但盡管整體上鈉離子電池相對于鋰離子電池具備成本優勢，但在負極材料方面無定型碳材料依然高于鋰離子電池常用的石墨，這一情況在一定程度上限制了鈉離子電池成本優勢的發揮。隨著生產工藝的發展和產業規模的擴大，無定型碳

31、材料成本有下降空間，這將進一步加快鈉離子電池的商業化進程。16四十年技術積累，產業化只爭朝夕鈉離子電池在走向商業化的過程中經歷了怎樣的發展歷程？鈉離子電池的研究自從20 世紀 80 年代開始至今已有 40 多年，但受到企業關注是從近 10 年開始。Faradion 成立于 2011 年，是全球第一家非水系鈉離子電池公司。中國鈉離子電池公司中科海鈉成立于 2017 年，雖然晚于其他國家，但是依托于中國科學院物理研究所，目前在技術開發和產品生產上都已初具規模。此外，以寧德時代為代表的電池巨頭，近幾年也已布局鈉離子電池產業化。171980s鈉離子電池研究開始金屬層狀氧化物正極材料發現2011英國 F

32、ARADION 公司成立系全球首家專注鈉離子電池工程化的企業中科海鈉公司成立中國首家鈉離子電池企業建成百噸級正負極材料中試線20172000硬碳負極材料發現鈉離子電池研究迎來轉機2015法國 NAIADES 項目組成立，同年成功開發出業界標準的 18650 規格鈉離子電池2018中科海鈉首輛鈉離子電池低速電動車問世中國鈉離子電池企業浙江鈉創新能源公司成立2021中科海鈉 1MWh 鈉離子電池儲能系統在太原投入運行寧德時代發布首代鈉離子電池，并計劃于 2023 年形成基本產業鏈2019中科海鈉鈉離子電池儲能站鈉創新能源先后建成正極材料和兆瓦級電池中試生產線圖12丨鈉離子電池行業主要事件節點（來源

33、：公開信息整理）四十年技術積累，產業化只爭朝夕傳統企業積極布局鈉離子電池產業鏈。近年來鈉離子電池初創企業不斷嶄露頭角，面對鈉離子電池發展浪潮，傳統企業也不愿錯失機會。近兩年各類大型企業在鈉離子電池產業鏈的布局陸續浮出水面。以寧德時代、容百科技為代表的鋰離子電池產業鏈企業，由于鈉離子電池生產工藝和鋰離子電池高度相似，這些企業生產鈉離子電池重置成本低。另一方面由于鈉離子電池在儲能方面具有巨大潛力，以三峽能源為代表的清潔能源企業在該領域進行布局，期待鈉離子電池的發展為清潔能源的開發利用做出貢獻。18表3丨在鈉離子電池領域進行布局的部分企業（來源：公開信息）企業在鈉離子電池領域的布局寧德時代2021

34、年 7 月發布了第一代鈉離子電池，并計劃于 2023 年形成基本產業鏈容百科技積極開展鈉離子電池錳鐵普魯士白及層狀氧化物正極材料的技術迭代與產線建設，預計 2022 年實現噸級產出，2023 年規模達到百噸級三峽能源與中科海鈉等合作建設全球首條鈉離子電池規?；慨a線，預計 2022 年正式投產華陽股份開工建設的電芯項目與鈉離子電池正負極材料一期工程規模匹配，pack 電池生產線也按照材料一期規模建設，預計 2022 年 3 季度末投產鵬輝能源公司已制備出鈉離子電池樣品，采用陰離子聚合物正極與硬碳負極體系預計，2022 年 6 月進行中試翔豐華針對鈉離子電池開發高性能硬碳負極材料，目前正在測試中

35、浙江醫藥持有浙江鈉創新能源有限公司 40% 的股份華為旗下哈勃投資公司持股北京中科海納科技有限責任公司，持股比例為 13.3333%技術路線：層狀金屬氧化物與普魯士藍類材料廣受青睞目前的鈉離子電池企業如何選擇技術路線？能量密度更受關注，成本影響企業選擇。鈉離子電池作為鋰離子電池的低成本替代品，能量密度和成本成為了鈉離子電池企業選擇技術路線時的首要指標。層狀金屬氧化物和普魯士藍類化合物憑借著較大的比容量，被大多數鈉離子電池企業選作正極材料，其產品在能量密度方面表現良好。負極材料和電解液體系方面，大多數鈉離子電池企業出于成本考量，選用了技術較為成熟，成本較低的硬碳材料和有機電解液體系。19公司/組

36、織國家材料體系性能（截至發文時最新公開數據，來源：官網公開信息）FARADION英國層狀金屬氧化物/硬碳/有機電解液體系10Ah 軟包電池能量密度可達155 Wh/kgNatron Energy美國普魯士藍類化合物/水系電解液體系水系電解液體系安全性高能量密度 50 Wh/kg超過 50,000 次循環壽命（2022年）NAIADES法國聚陰離子化合物/硬碳/有機電解液體系能量密度 90 Wh/kgAltris AB瑞典普魯士藍類化合物正極材料比容量 170 mAh/g中科海鈉中國層狀金屬氧化物/硬碳/有機電解液體系能量密度145Wh/kg循環 4500 次后留存超 83%鈉創新能源中國層狀金

37、屬氧化物/硬碳/有機電解液體系能量密度 120 Wh/kg循環壽命 1000 次寧德時代中國普魯士藍類化合物/硬碳/有機電解液體系能量密度 160 Wh/kg圖13丨截至2021年，部分企業的鈉離子電池當前性能，以及 Faradion 的鈉離子電池未來兩年目標（來源：Nuria Tapia-Ruiz et al 2021 J. Phys. Energy 3 031503）全球專利申請數量增長迅速，中國占比最高主要的研究機構與企業在鈉離子電池技術方向持續布局。自 2012 年起鈉離子電池專利申請量迅速增加，絕大多數申請來自中國。2010 年左右每年鈉離子電池專利申請不足 10 件，2018 年當

38、年申請超過 1000 件?？傮w上看，90% 的專利申請由中國申請人提出，這得益于中國的專利保護意識增強，對鈉離子電池的創新能力不斷提升。20圖14丨全球鈉離子電池專利申請量趨勢，截至2022年6月9日（數據來源：智慧芽；橫軸為專利數量、縱軸為申請人數量、檢索詞為鈉離子電池）圖17丨全球鈉離子電池專利詞云（數據來源：智慧芽）圖15丨全球鈉離子電池專利按公開年分布（數據來源：智慧芽）圖16丨全球鈉離子電池專利按當前申請人分布（數據來源：智慧芽）科研端研究逐年加速，為產業發展儲備彈藥。自 2013 年以來，科研界對鈉離子電池的關注度與日俱增，每年以鈉離子電池為核心研究主題的論文數量逐年攀升。2012

39、年單年全球鈉離子電池相關論文發表數量剛突破百篇，2021 年這個數字已經接近2900 篇。學術界對鈉離子電池的研究熱度不僅帶來技術研發突破，也培養了大量優秀的團隊與人才，助力鈉離子電池產業的商業化發展。根據 Web of Science 數據，這些研究成果背后的研究團隊，主要來自以下十多個國家：中國、美國（近 10%）、韓國、澳大利亞、日本、德國、印度、新加坡、英國、西班牙、法國和加拿大；中國占比 70%，位列第一。產學研緊密合作，頂尖團隊助力產業發展。通過近十年的積累，中國已經在鈉離子電池領域培養出相當數量的優秀科研團隊，其中部分團隊已經打破了實驗室和產業之間壁壘，開始以中試規模生產鈉離子電

40、池。050010001500200025003000圖18丨全球鈉離子電池論文發表數量按出版年份分布（數據來源：Web of Science，檢索關鍵詞為Sodium-ion battery）289726002578224117291260903537研究熱度逐年遞增，產學研合力助推行業發展21研究機構團隊孵化企業產業進展中科院物理所胡勇勝 團隊中科海鈉一期 1GWh 鈉離子電池規?；慨a線將于2022 年正式投產上海交通大學馬紫峰 團隊鈉創新能源2021 年開始建設萬噸級正極材料生產基地蘇州大學等趙建慶 團隊等眾鈉能源2022 年 3 月，百噸級正極材料線投產表4丨中國部分鈉離子電池企業技術

41、團隊與產業進展（來源：DeepTech）科研側持續布局鈉離子電池技術，部分科研團隊研究成果進入產業化關鍵階段近年來，鋰資源稀少的儲量和迅速增長的需求之間的矛盾凸顯，碳酸鋰價格久居高位，也為鈉離子電池產業化創造了窗口期，研究團隊產業化因此進入關鍵階段。DeepTech 梳理當前中國（部分）聚焦鈉離子電池研究的科研人才，以饗讀者。（如果您的團隊也在從事鈉離子電池領域科研工作，歡迎與我們聯系交流）22表5丨中國（部分）涉及鈉離子電池技術科研團隊及其研究方向，順序不分先后（來源：DeepTech）人物所在單位研究方向陳立泉院士中科院物理所全固態鋰電池、鋰硫電池、室溫鈉離子電池等吳鋒院士北京理工大學綠色

42、能源材料、環境材料研究與應用、新型二次電池陳軍院士南開大學化學學院新型有機電極材料、高能量密度層狀氧化物正極材料錢逸泰院士中國科學技術大學化學與材料科學學院新型納米材料及復合納米材料在新能源領域的應用歐陽明高 院士清華大學汽車安全與節能國家重點實驗室動力電池熱失控導致的安全問題胡勇勝 研究員中科院物理所鈉離子電池材料與器件、納米離子學（離子/電子在納米尺度上的輸運、存儲與反應問題）趙君梅 研究員中國科學院過程工程研究所開發新型鈉離子電池正極材料，開展結構調控和界面強化研究；鈉離子電池正極低成本制備和放大，研發相應的電池器件楊全紅教授天津大學化工學院碳基電池材料設計和構建策略（鋰離子電池、鈉離子

43、電池、鋰硫電池）楊勇教授廈門大學發展高電壓及多電子交換的正極材料；發展功能電解液(含添加劑)調控電極的界面性能辛森 研究員中科院化學所高比能金屬二次電池關鍵材料及組件的開發范修林教授浙江大學材料科學與工程學院主要從事二次電池（包括鋰離子電池、鈉離子電池、鉀離子電池等）等能源存儲器件的界面工程及相關電解液/電解質的設計研究姜銀珠教授浙江大學材料科學與工程學院從事能源材料化學與新能源器件研究，重點關注薄膜電極的設計、制備和應用，涉及鋰離子電池、鈉離子電池、固態電池、鋰空氣電池等能源體系電極材料和能源器件的研發焦麗芳教授南開大學化學學院能源的高效儲存與電催化轉化：設計合成高性能鋰/鈉/鉀離子電池關鍵

44、電極材料，揭示新材料儲能機制張凱 研究員南開大學化學學院鋰/鈉二次電池中高比能電極材料設計、電化學反應機理解析以及新型電解液/固態電解質構筑等研究趙慶 研究員南開大學化學學院金屬二次電池，在構建安全穩定的高能金屬二次電池界面，固態電解質的界面優化，以及開發新型用于金屬二次電池的正極材料夏永姚教授復旦大學化學系新型儲能材料和儲能技術的研究唐有根教授中南大學化學化工學院從事先進電池、新能源材料和應用電化學等方面的教學、科研和開發工作，相繼開發出高鎳三元鋰離子電池正極材料、硅碳負極材料、水系鋰離子電池等新產品賴延清教授中南大學冶金與環境學院開展材料電化學（鋰離子電池、鋰硫電池、鈉離子電池、金屬空氣電

45、池和固態電池等）的研究23About UsDeepTech 成立于 2016 年，是一家專注新興科技的資源賦能與服務機構，以科學、技術、人才為核心，聚焦全球新興科技要素的自由鏈接，為產業、政府、高校、科研院所、資本等科技生態的關鍵角色提供服務，通過科技數據與咨詢、出版與影響力、科創資本實驗室三大業務板塊，推動科學與技術的創新進程。About the Report鈉離子電池作為一種有商業化潛力的儲能技術，對填補鋰離子電池供給缺口、滿足低碳能源儲能需求具有重要意義。近年來鈉離子電池技術已逐漸被大眾關注，但距離其真正商業化還有一段距離。本報告從鈉離子電池技術發展現狀出發，分析技術路線與發展瓶頸，洞悉推動鈉離子電池產業發展的生態力量，以期挖掘鈉離子電池商業化的機遇。鈉離子電池技術研究與產業應用離不開各方合力，我們希望這份報告得到政府、學者、產業人士、媒體及數百萬人關心全球氣候變化的人關注，進而推動鈉離子電池產業發展，為推動儲能技術發展、全球氣候發展貢獻一份力量。Please use the following to reference the report2022年鈉離子電池技術及應用發展研究報告, 2022. DeepTech 2022 Insights. China.DeepTech 2022