未知：2021新能源車子電池前沿技術鈉離子發展分析報告（42頁）.pdf

1、2021新能源車前沿技術鈉離子電池發展分析報告核心觀點 鈉電池現狀：1）鈉離子電池原理與鋰離子電池一致，均為搖椅式二次電池；2）鈉離子基礎研究始于20世紀70年代，發展中遇到了較多問題；3）鋰資源緊張局勢凸顯，鈉離子電池研究開始受重視；4）已有多家廠商布局鈉電池。鈉電池與鋰電池的比較：1）能量密度與磷鐵電池差異?。浩潆娦締误w能量密度可達160Wh/kg，已接近鐵鋰的水平；2）快充性能優：鈉離子相對鋰離子斯托克斯直徑更小，相同濃度的鈉鹽電解液比鋰鹽電解液離子電導率更高，第一電離能更小，常溫下充電15分鐘電量可達80%以上；3）低溫性能好：在-20C低溫環境中，也擁有90%以上的放電保持率；4）安

2、全性好：熱失控過程中容易鈍化失活，熱穩定性遠超國家強標的安全要求；5）成本較低：鈉的地殼豐度（2.6%）遠高于鋰（0.0065%），其價格更低，目前電池級碳酸鋰的價格已上漲至約9萬元/噸，鈉離子電池成本優勢明顯。鈉電池結構變化：1)正極材料：可能采用普魯士白或者層狀氧化物路線，核心在于體相結構的電荷重排和材料表面改性設計；2）負極材料：進展比較快的是碳基材料，采用改性硬碳，克容量350mAh/g，整體性能指標與石墨相當；3）電解液：采用新型的電解液，主鹽從六氟磷酸 鋰變成六氟磷酸鈉；4）負極集流體：可以從銅箔變為鋁箔；5）隔膜：保持原先產品。鈉電池推薦標的：寧德時代在鈉電池技術突破，技術優勢明

3、顯，繼續保持推薦?，F階段鈉離子電池技術發展仍處于早期階段，與下游適配的電池材料體系尚未定型，預計實現量產還需要至少18個月，寧德時代的入局會加速推動鈉電池產業化進程和成本快速下降。風險提示：1）鈉電池產業化進度不及預期；2）新能源車銷量不及預期；3）技術路線革新。目錄鈉電池介紹鈉電池與鋰電池的比較鈉電池工藝及材料鈉電池產業鏈分析資料來源：Electronicsweekly，鈉離子電池原理與鋰離子電池一致 鈉離子電池是搖椅式二次電池，與鋰離子電池原理一致。鈉和鋰屬同一主族元素，在電池工作中均表現出相似的“搖椅式”電化學充放電行為。鈉離子電池在充電過程中，鈉離子從陰極脫出并嵌入陽極，同時電子通過外

4、部電路，嵌入陽極的鈉離子越多，充電容量越高；放電時，發生相 反的過程，回到正極的鈉離子越多，放電容量越高。與鋰離子電池內部結構一致，鈉離子置換鋰離子。與鋰電池一樣，鈉電池主要由正極、負極、集流體、電解液和隔膜組成。由于鈉離子的半徑比較大，因此陰陽極材料優先選擇規律的層狀結構，通過層間距的設計是鈉電池性能表現的關鍵參數。圖表：鈉電池工作原理資料來源：整理鈉電池發展歷時五十多年，國內外沒有明顯差距 鈉離子和鋰離子電池研究均起始于20世紀70年代，由于儲能需求日益增長，低成本儲能電池技術的需求愈發緊迫，鈉離子電池研究在近十年內突飛猛進。圖表：鈉離子電池發展歷程中科院在2010年開始研發鈉離子電池，是

5、國內早涉及該領域的組織機構最早出現鈉離子電池相關研究交大發布國家首臺 鈉離子電池儲能系 統寧德時代7月發布鈉電池，加速產業化全球首家鈉離子電池公司，英國Faradion公司成立中科院發布軟包電池示范國內主要研發鈉離子電池的公司中科海鈉成立首座100kWh鈉電池儲能示范發布中科海鈉發布第一輛鈉離子電動車示范2021年2019年2018年2017年2015年2015年2011年2010年20世紀70年代資料來源：CNESA，早期：鈉離子基礎研究始于20世紀70年代，主要用于儲能場景 20世紀70年代末期，人們對鈉離子電池和鋰離子電池幾乎同時開展研究工作，但由于受到當時研究條件的限制以及鋰離子電池的

6、濃厚興趣使 得鈉離子電池在早期研究處于緩慢和停滯狀態，早期鈉離子電池研究主要集中在鈉硫電池。鈉硫電池最早由在美國福特公司工作的Kummer和 Weber于1966年提出，早期的研究主要集中在電動汽車的應用上。早期鈉硫電池以其低成本和能量密度的明顯優勢，在大規模儲能系統方面得到了廣泛的研究和應用。鈉硫電池仍面臨循環過程中容量衰減快、可逆容量低的關鍵挑戰。這些問題是由在充電/放電過程中形成的硫和含硫物質的低電子電導率引起的。同時，不可避免地溶解的可溶性多硫化物嚴重穿梭于負極，參與氧化還原反應，在負極表面形成不溶性硫化物，導致庫倫效率低和活性物質損失，這些問題都阻礙了鈉硫電池的進一步發展。圖表：20

7、12年鈉硫電池為全球電化學儲能主流技術鈉硫電池鋰離子電池其他資料來源：儲能世界，圖表：電池級碳酸鋰價格上漲至9萬/噸中期：鋰資源緊張局勢凸顯，鈉離子電池研究開始受重視 鈉離子電池研究受到重視，主要由于：1）鉛酸電池環境污染不可避免：其固態、氣態污染可能可以消除，但無法避免水溶性鉛重金屬離子的污染；2）鋰資源儲量有限：目前全球70%鋰資源分布在南美洲，我國鋰資源80%依賴進口，鋰離子電池難以兼顧電動汽車和電網儲能兩大產業的需求；3）鈉離子電池成本優勢：目前電池級碳酸鋰的價格已上漲至約9萬元/噸，而鈉容易獲取，鈉離子電池成本優勢明顯。圖表：2017年中國鋰資源供應體系結構澳大利亞鋰輝石國內鹽湖南美

8、鹽湖國內鋰云母國內鋰輝石資料來源：Wind，資料來源：中國儲能網，當前：從實驗室走向實用化階段，已有多家企業布局 國內鈉離子電池技術研究現處于世界前列。浙江鈉創新能源制備了NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2三元層狀氧化物正極-硬碳負極體系的鈉離子軟包電芯，能量密度達到100120Wh/kg，循環1000次后容量保持率超過92%。依托中科院物理研究所技術的中科海鈉公司已經研制出能量密度高于135Wh/kg的鈉離子電池，平均工作電壓為3.2V，在100%深度放電，循環1000次后容量保持率為91%，現已實現正、負極材料的百噸級制 備及小批量供貨，鈉離子電芯也具備了MWh級的制造能力，并率先完成

9、了在低速電動車和30kW、100kWh儲能電站的示范作用。海外也有多家企業布局鈉離子電池：1）英國Faradion公司較早開展鈉離子電池技術的研發，其正極材料為鎳、錳、鈦層狀氧化物，負極材料采用硬碳，且公司已研制出10Ah軟包電池樣品，能量密度達到140Wh/kg，電池平均工作電壓為3.2V，在80%放電深度下的循環壽命預測可超過1000次；2）美國Natron Energy采用普魯士藍材料開發了高倍率水系鈉離子電池，2C倍率下的循環壽命達到10000次；3）日本豐田公司電池研究部在2015年宣布開發出了新的鈉離子電池正極材料體系。圖表：鈉離子電池企業布局全球主要鈉電池制造企業的開發狀態資料來

10、源：中國儲能網，公司官網，國家公司/機構鈉電池產品核心指標中國寧德時代鈉電池-方殼；正極材料-普魯士白；負極材料-硬碳；電解液160Wh/kg，常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上，-20放電保持率90%+中科院物理所中科海鈉鈉電池-軟包、圓柱及鋁殼電池；正極材料-Cu基層狀氧化物；負極材料-煤基碳材料135Wh/kg，3C/3C，100%DOD循環超過2000次，循環1000次后容量保持率為91%鈉創新能源鈉電池-軟包；正極材料-Ni基層狀氧化物；負極材料-硬碳120KWh/kg，1000次循環保持率92%星空鈉電鈉電池-軟包；正極材料-普魯士藍；負極材料-硬碳-山東章鼓鈉電池；正極材料-

11、磷酸釩鈉/鎳錳酸鋰；負極材料-硫化亞鐵-30-55工作范圍，理論循環周期5000次以上鵬輝能源鈉電池；正極材料-磷酸釩鈉；負極材料-硬碳-美國Natron Energy公司鈉電池-對稱水系電池；正極材料-高倍率普魯士藍50Wh/L，2C循環10000次英國FARADION公司鈉電池-軟包；正極材料-Ni基層狀氧化物；負極材料-硬碳140Wh/kg，80%DOD循環壽命超過1000次法國NAIADES計劃團體鈉電池-圓柱；正極材料-氟磷礬酸鈉；負極材料-硬碳90Wh/kg，1C倍率4000次容量保持80%，瑞典ALTRIS公司正極材料-普魯士白-日本豐田正極材料-岸田化學正極材料-過渡金屬氧化物

12、；電解質-澳大利亞臥龍崗大學正極材料-普魯士藍；負極材料-硬碳-資料來源：鈉離子電池下游應用與磷酸鐵鋰有一定重疊 由于能量密度限制，鈉離子的應用場景更多是在儲能、兩輪車等領域。鈉離子電池與NCM呈互補關系，與LFP存在一定的替換關系。寧德 時代宣布的AB鈉鋰電池方案，可能會拓寬在乘用車領域的應用場景。圖表：鈉離子應用場景AB鈉鋰電池方案提供 乘用車應用的可能鈉離子電池圖表：鈉離子電池空間測算鈉電池的空間測算 儲能市場預計每年保持50%以上增速，假設產業鏈如期推進，偌全部采用鈉電池，預計25年鈉電池的潛在市場將達到272GWh。資料來源：目錄鈉電池介紹鈉電池與鋰電池的比較鈉電池工藝及材料鈉電池產

13、業鏈分析資料來源：中國儲能網，中科海鈉官網，鈉離子電池能力密度70-200Wh/Kg，循環可達10000次 能量密度來看，鈉離子電池能力密度70-200Wh/Kg，與NCM鋰電池240-350Wh/Kg的能量密度范圍沒有沖突，理論上高能量鈉電池和LFP電池 在同一水平，現階段鈉電池主要集中在130-150Wh/Kg區間。循環來看，鈉電池的理論循環可以達到10000次，現階段在3000-4000左右，與 LFP鋰電池還有一點差距。圖表：鈉離子電池與鉛酸、鋰離子電池當前性能比較項目鉛酸電池鈉離子電池鋰離子電池能力密度：Wh/kg2770-200150-350循環壽命：次3002000+3000+工

14、作電壓：V2.1V2.83.5V3.04.5V低溫容量：發揮率小于60%85%75%安全性優優優自放電率：每月5%5%30%資料來源：CNKI儲能用鈉離子電池的發展，鈉離子電池快充性能較鋰離子電池更優鈉離子對比鋰離子：1）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率，或者更低濃度電解液可以達到同樣離子電導率，快充性能好；2）盡管鈉離子較鋰離子半徑更大，很難嵌入電極晶體結構中導致其移動速率較慢，但該缺點可以通過改變負極材料特性而改善。早在2017年合肥工業大學材料科學與工程學院團隊就利用氯化鈉模板法結合優化的碳源組成制備出的三位無定形碳材料，實現了 對其微觀孔隙與微觀結構的

15、有效調控。圖表：鈉與鋰物理化學性質差異項目鈉鋰原子序數113原子質量/（g/mol）22.996.94電子構型Ne3s1He2s1密度/（g/cm3)0.9680.534電負性0.930.98第一電離能/（kJ/mol）495.8520.2原子半徑/A1.861.52離子半徑/A1.020.76標準電極電位/V-2.71-3.04資料來源：中國儲能網，圖表：2011-2021年全球發生多起儲能電站爆炸事故鈉離子電池安全性較鋰離子更高 全球鋰電池起火事故頻出，電動車、儲能起火事故頻發，據不完全統計，2011-2021年全球共發生32起儲能電站起火爆炸事故，其中26起事故采用三元鋰離子電池。鈉離子

16、電池電化學性能相對穩定，熱失控過程中容易鈍化失活，安全實驗表現較鋰離子電池更好。目前，鈉離子電 池已通過中汽中心的檢測，針刺時不冒煙、不起火、不爆炸，經受短路、過充、過放、擠壓等實驗也不起火燃燒。對比鋰離子電池起始自加 熱溫度達到165，鈉離子電池則達到260；且在ARC測試中鈉離子電池最大自加熱速度顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有 更好的熱穩定性。圖表：18650型鈉離子電池安全性測試資料來源：新能源leader，技術路徑事故次數三元鋰離子26其他鋰離子電池4鈉硫電池1鉛酸電池1正極材料負極材料電解液隔膜集流體其他注：鈉離子電池選用NaCuFeMnO/軟碳體系，鋰離子電池選用磷酸

17、鐵鋰/石墨體系資料來源：中科海鈉官網，鈉電池成本分析 材料成本下降30-40%，現階段成本在0.6-0.8元區間 主要通過替換鋰元素降本（正極和電解液），通過無煙煤降低負極成本，同時替換掉負極的銅箔之后，成本能有30-40%的材料降幅?，F階段 供應鏈不完整，同時生產工藝待提升，樣品成本在0.6-0.8元左右，小規模以后物料價格0.6元/Wh，未來技術進一步成熟、規模進一步擴大，理論上能降到0.2-0.3元/Wh。圖表：鈉離子電池成本可較鋰離子電池低30%-40%鈉離子電池成本Vs.鋰離子 電池成本26%16%26%18%410%材料成本降低3040%43%11%15%13%13%5%鈉離子電池

18、成本能低-鋰 我國80%的鋰資源供應依賴進口，是全球鋰資源第一進口國。我國鋰資源主要分為鹵水型和礦石型，其中鹵水型占比85%，而礦石型占比15%。整體上我國鹽湖鋰資源品質和外部開發條件較差，導致開發難度大、成本高，供應能力較弱。我鋰已上升為戰略資源，現階段中 國高度依賴進口，尤其是澳洲進口依賴度高?，F階段澳洲已出現將鋰產業鏈回遷本土、對鋰資源出口限制的趨勢，加之中澳兩國關系惡化，戰略角度看，必須確保鋰資源供應安全，國內鋰資源價值重估。隨著對鋰離子電池需求的快速增長，鋰資源的供應情況卻變得越來越緊張。近期電池級碳酸鋰價格持續上漲至9萬/噸，而碳酸鈉價格僅數千元/噸。圖表：電池級碳酸鋰價格上漲至9

19、萬/噸資料來源：Wind，資料來源：USGS，圖表：全球探明鋰資源儲量中國澳大利亞智利玻利維亞阿根廷美國塞爾維亞俄羅斯剛果捷克墨西哥加拿大正極材料負極材料電解液隔膜 集流體 其他資料來源：中科海鈉官網，鈉離子電池成本能低-銅箔/負極集流體：鋰電池以石墨為負極，鋁制集流體在低電位下易與鋰發生合金化反應而被消耗，因此鋰電池負極集流體為銅箔。鈉離子電池正負 極集流體均為鋁箔，鋁與鈉在低電位不會發生合金化反應，因此鈉離子電池可以選擇更便宜的鋁做集流體。負極：無定型碳材料（包括軟碳、硬碳）是目前最有希望走向商業化的，其可逆容量和循環性能均已接近應用要求。目前開發的無煙煤基 無定型碳材料是性價比最高的鈉離

20、子電池負極材料，中科海鈉采用無煙煤作為碳源前驅體，平均1800元/噸，用無煙煤制備無定形碳負極 材料將有利于大幅降低電池成本。圖表：鋰離子電池各部分成本占比目錄鈉電池介紹鈉電池與鋰電池的比較鈉電池工藝及材料鈉電池產業鏈分析資料來源：鉅大鋰電，負極集流體：銅箔鋁箔電解液：六氟磷酸鋰 六氟磷酸鈉/高氯酸鈉 溶劑：碳酸丙烯酯（PC）正極材料：（不含鋰）LFP/NCM鐵錳銅/普魯士藍負極材料：石墨硬碳鈉電池結構與工藝 鈉電池中不再有鋰離子，除隔離膜外原材料均有變化，鋰電池設備基本復用。與鋰電池結構一樣，同樣由正極材料、負極材料、集流體、隔離膜、電解液和殼體、頂蓋組成。正極材料進展較快的是，銅狀氧化物的

21、鎳鐵錳/銅鐵錳體系和普魯士化合物路線；負極材料進展比較快的是碳基材料；電解液主鹽從六氟磷酸鋰變成六氟磷酸鈉；負極集流體可以從銅箔變為鋁箔；隔離膜保持原先產品；電池廠產線可以完 全復用，設備的小升級可以實現，基本沒有額外固定資產投資。圖表：鈉離子電池結構正極集流體：鋁箔無變化隔離膜：無變化正極路線：主要過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態材料四種路線 正極主要有四種路線，重點關注過度金屬氧化物和普魯士化合物路線 正極路線主要有：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態材料四種路線。過渡金屬氧化物是目前最受歡迎的正極材料，例 如磷酸鐵鈉、錳酸鐵鈉、鈦錳酸鈉等，中科海

22、鈉、鈉創新能源和Faradion是該路線的主要公司。普魯士類材料，具有較好的電化學性能，具備成 本低、穩定性好等優點，但在制備過程中存在配位水含量難以控制等問題，寧德時代、星空鈉電和Natron Energy是該路線的主要公司。聚陰離 子型材料，穩定性和循環壽命好，化合物族類具有多樣性，但是較低的本征電子電導率，限制了這類材料的實際應用。圖表：鈉離子電池正極材料主要路線資料來源：CNKI鈉離子電池關鍵電極材料研究進展，材料說明優勢劣勢過渡金屬氧化物可分為層狀和隧道狀過渡金屬氧化物，通常用 NaxMO2(M=Co、Fe、Mn和 Ni 等)表示。層狀金屬氧化物是當前主流的正極材料。能力密度高循環性

23、能差普魯士藍類似物普魯士藍類化合物 NaxMAMB(CN)6zH2O(MA 和 MB 為過渡金屬離子)，晶體結構為面心立方，過渡金屬離子與氰化根形成六配位，堿金屬離子處于三維通道結構和配位孔隙中較好的電化學性能具備成本低 穩定性好生產對水敏感聚陰離子類化合物聚陰離子類化合物NaxMy(XOm)n-z(M為具有可變價態的金屬離子；X為 P、S 和 V等元素)主要分為：橄欖石結構磷酸鹽、NASCICON(鈉離子快離子導體)化合物和磷酸鹽化合物熱穩定性好循環壽命好能量密度低導電性差非晶態材料也叫無定形或玻璃態材料，是固體中的原子不按照一定的空間順序排列的固體，原子排布上表現為長程無序、短程有序循環性

24、能好能力密度好電導率低 穩定性和耐酸堿性差圖表：過渡金屬氧化物晶體結構正極路線：過渡金屬氧化物 層狀氧化物結構是良好的離子通道，循環性能有短板，平均成熟度相對高。過渡金屬氧化物NaxMeO2(Me 代表過渡金屬)是一種嵌入或插層型化合物。在理論上具有較高的放電比容量，但循環性能較差。但通過引入活性或惰性元素進行摻雜或取代，可以改善其缺點。層狀氧化物主要分為 O2、O3、P2 和 P3 型，其中“O”或“P”表示 Na+在八面體或棱鏡中的位置，數字表示不同氧化層的重復排列單元。目前過渡金屬氧化物體系是成熟度相對高的路線，中科海鈉使用的銅基氧化物電池表現優越，能量密度達到135Wh/kg；英國FA

25、RADION公司的鎳層狀氧化物電池，能量密度達到140Wh/kg。資料來源：CNKI鈉離子電池關鍵電極材料研究進展，正極路線：普魯士化合物 電化學性能好，成本優勢明確，制備過程存在技術門檻。普魯士類材料具有較好的電化學性能，成本優勢明確，通過表面改性處理之后，增加 了循環壽命、活性材料的利用率，增強了電池的熱穩定性和可逆比容量。晶體結構為面心立方，過渡金屬離子與CN-形成六配位，堿金屬離子 處于三維通道結構和配位孔隙中。這種大的三維多通道結構可實現堿金屬離子的嵌脫；不同的過渡金屬離子，會使材料結構體系發生改變，儲鈉性能也就有所不同。制備過程中存在配位水含量難以控制等問題，結合水會阻礙a+的遷移

26、，空位還會引起晶格扭曲，甚至造成Fe-CN-Fe橋鍵的塌陷，從而降低材料的比容量和庫侖效率，最終導致鈉離子電池性能的退化。寧德時代在普魯士化合物的路徑中，積累了較多的專利，能夠很好的控制結合水的形成，樣品階段能力密度達到160Wh/Kg，具有技術優勢。圖表：普魯士化合物空間結構資料來源：CNKI普魯士藍類材料在鈉離子電池中的研究進展，正極路線：聚陰離子型化合物 穩定性和循環性能有優勢，電導率和成本是短板聚陰離子化合物中，NASICON 型結構的化合物因其開放的結構和暢通的鈉離子擴散通道被廣泛地認為是最有前途的鈉離子電池正極材料，其中磷酸鹽因為在性能和成本的平衡表現相對好，是目前最熱門的一種研究

27、方向之一。聚陰離子型電極材料通?？梢钥醋?，一類含有一系列四面體陰離子結構單元及其衍生物的化合物，結構的穩定性以及多樣性是它的一大優勢，但是較低的本征電子電導率，以及關鍵化合物磷酸釩鈉的成本，限制了這類材料的實際應用?，F階段以聚陰離子的主要路線的企業是法國NAIADES計劃團體，國內的研究主力集中在中科院物化所。圖表：聚陰離子化合物空間結構資料來源：CNKI鈉離子電池磷酸鹽正機材料研究進展，負極路線：金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質四類路線金屬化合物：金屬氧化物、硫化物和硒化物為主要代表，金屬合金材料在放電過程低電位時與鈉發生合金化反應，充電過程高電位時發生去合金化反應，該類材料往往理

28、論可逆比容量高，輸出電位較低(200%)，使得材料在循環過程中容易破裂影響性能。合金類材料：依靠負極材料與鋰或鈉相互作用形成合金，進而產生電化學反應，保證電池的正常運作。與鋰離子電池有明顯區別的是，鈉 離子本身相對于鋰離子有更大的離子半徑，因此金屬鈉與負極材料在形成合金時所導致的體積膨脹也更為明顯。非金屬單質：與碳同族的元素，磷和硅成為近年興起的方向，研究成熟度還不高。其中紫磷加熱易形成白磷，白磷具有不穩定的化學性質，紫磷和白磷均不能作為電極材料；紅磷導電率低以及體積膨脹問題難解決；黑磷有皺褶的層狀結構，高導電等特點，但制備較難。圖表：常見的磷基鈉電池類型資料來源：CNKI磷基鈉離子電池負極材

29、料研發進展，圖表：鈉離子電池負極路線眾多資料來源：CNKI鈉離子電池負極材料的研發與發展，種類優勢劣勢紅磷理論容量高儲量豐富導電性差存在體積膨脹黑磷理論容量高導電性好制備較難磷化錫容量穩定存在體積膨脹低容量圖表：碳基負極材料性能對比負極碳基材料優選硬碳，結構更穩定對應電池循環壽命更高 通常用硬碳代替石墨作為負極活性材料，石墨對鈉離子的儲存能力差 石墨材料因為結構關系，無法滿足為鈉離子提供足夠的移動空間。軟炭雖然有一定的儲鈉能力，但是其自身低儲鈉容量和高充電電位的缺點，限制 了軟炭作為理想的高比能量炭基儲鈉負極材料。軟炭內部炭微晶的炭片層呈現出亂層堆積結構，具有較高的導電性，儲鈉機理主要表現為炭

30、層邊緣、炭層表面以及微晶間隙對Na+的吸附。（CNKI 鈉離子電池炭基負極材料研究進展）無定形碳應用于鈉離子電池負極材料，就是從入手軟碳開始的，但現階段其儲鈉能力不理想。與軟碳不同的是，硬碳即便經高溫處理，也難以出現 石墨化的現象，表現出更強的儲鈉能力以及更低的工作電位，更適合于用作鈉離子電池負極材料。資料來源：CNKI基于生物質硬碳鈉離子電池負極材料研究進展，資料來源：CNKI鈉離子電池負極材料的研究與發展，圖表：鈉離子填充硬碳模型負極材料碳層間距nm比表面積/g循環性能倍率性能石墨材料0.4330.22100mA/g下2000圈后保持率73.92%20mA/g，28.4mAh/g軟碳材料0

31、.35620.220mA/g、200mA/g和1000mA/g 下分別循環10圈、50圈和100圈后保持率接近100%1000mA/g，114mAh/g硬碳材料0.413830mA/g下100圈后保持305mAh/g150mA/g，275mAh/g 300mA/g，180mAh/g圖表：2021年以來鋁價格走勢負極集流體由銅箔變為鋁箔，成本進一步降低除正負極材料外，集流體作為承載正負極活性、收集電子的材料發揮著重要作用。鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作原理，但在電 解質中流動的陽離子是鈉離子而不是鋰離子。與鋰不同，鈉在室溫下不會與鋁發生電化學合金化反應，因此銅集流體可以由更便宜的鋁代 替。

32、圖表：2016年以來電池級銅箔價格走勢資料來源：鋁途，資料來源：Wind，資料來源：CNKI有機電解液在鈉離子電池中的研究進展，資料來源：Himmpat，圖表：鈉離子電池電解液鈉鹽物化性能比較電解液替換為六氟磷酸鈉/高氯酸鈉，成本更低 仍以液體電解液為主，根據正極材料搭配電解液，鈉鹽成本更低。鋰鹽是電解液中的主要成本，替換成鈉鹽之后成本進一步降低。過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物常用的鈉鹽是六氟磷酸鈉，這和六氟磷酸鋰的制備工藝相同，原材料廠的產線基本可以復用；碳酸丙烯酯（PC）在鋰離子電池中沒有辦法用，鈉離子電池中低溫性能比較好，有希望以此提升鈉電池的低溫性能。寧德時代的鈉離子專利表述，其中一

33、種普魯士藍的電解液主要成分為將碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、鈉鹽NaClO4混合而成。圖表：寧德時代鈉電池專利鈉電池需要使用碳納米管 導電劑包括炭黑、VGCF、碳納米管等，相較于傳統炭黑導電劑。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構可以很好連接成不同結構狀態，在快充、循環、低溫性能上表現優異，預計在電池中的使用比例會逐漸提高。由于鈉的半徑比鋰大，所以鈉離子的化學鍵能較鋰離子小。鈉電池主要的技術路線電導率相對低一些，所以多數體系需要在正極材料中加入碳納米管或者碳納米片，提高電池的導電性能。寧德時代的專利正極片及電化學電池顯示，一種普魯士化合物（亞鐵氰化鈉）的正極片中使用了碳納米

34、管的導電劑。圖表：不同導電劑的性能對比圖表：寧德時代專利中包含碳納米管資料來源：天奈科技招股書，資料來源：Himmpat，導電劑種類第一代產品第二代產品碳納米管導電劑導電性能優異，添加量小，提升電池能量密度，提升電池循環壽命性能需要預分散，價格較高SP價格便宜，經濟性高導電性能相對較差，添加量大 降低正極活性物質占比，全依賴進口炭黑類導電劑 科琴黑添加量較小，適用于高倍率，高容量型鋰電池價格貴，分散難，全依賴進口乙炔黑吸液性較好，有助提升循環壽命價格較貴，影響極片壓實性能主要依賴進口導電石墨類導電劑顆粒度較大，有利于提升極片壓實性能添加量較大，主要依賴進口VGCF導電性優異分散困難、價格高、全

35、部依賴進口石墨烯導電劑導電性優異，比表面積大，可提升極片壓實性能分散性能較差，需要復合使用使用相對局限（主要用于LFP 電池）目錄鈉電池介紹鈉電池與鋰電池的比較鈉電池工藝及材料鈉電池產業鏈分析電解液隔膜鈉電池產業鏈 鈉電池產業鏈主要變化在中游和正極。鈉電池的產業鏈結構與鋰電池類似，負極、電解液、隔膜基本保持目前的競爭格局，集流體不再需要銅箔。主要技術路線的電池企業不同，所需要的正極材料或其關鍵材料也不同。由于產業體系在商業化初期，競爭格局還需繼續跟蹤，相關龍頭企業仍 然具有先發優勢。路線電池廠正極負極集流體過渡金屬氧化物普魯士化合物錳酸鈉-二氧化錳亞鐵氰化鈉-氰化物硬碳主鹽：六氟磷酸鈉磷酸釩鈉

36、-釩礦碳納米管聚陰離子化合物鋁箔普魯士化合物-亞鐵氰化鈉普魯士類材料主要由亞鐵氰化鈉組成，具有較好的電化學性能，成本優勢明確，通過表面改性處理之后，增加了循環壽命、活性材料的利用率，增強了電池的熱穩定性和可逆比容量。工業中使用氰化物很廣泛，主要有油漆、染料、橡膠等行業。由于電池領域之前不涉及該產 品的使用，且其他行業使用總量不大，目前鈉電池產業鏈環境仍是藍海。氰化物有毒，生產普魯士化合物需要嚴格的生產和環保資質，因此小型公司不易進入。目前全球從事氰化物生產的公司主要位于海外，國內主要有河北誠信、重慶紫光化工等公司從事氰化物生產。資料來源：CNKI納米錳基普魯士白的制備及電化學儲鈉性能，圖表：普

37、魯士白的外觀和微觀結構圖表：全球主要氰化物公司的狀態資料來源：Wind，公司國家是否上市Dupont美國是Cyanco美國-Evonik德國-Gold Reagents澳大利亞-Orica澳大利亞-Taekwang Ind.韓國-TongshuPetro韓國-安慶曙光化工中國否河北誠信集團中國否重慶紫光化工中國是晉城鴻生化工中國否過渡金屬氧化物-鐵/錳/銅酸鈉 過渡氧化物料具有較大的S形通道以及小的六邊形通道，Na離子可以快速擴散且結構穩定性良好，因而表現出可觀的放電比容量以及優異的循環性能。主流體系是錳/鐵/鈷/鎳/銅的氧化物，錳酸鈉與其它化合物相比，由于性能和成本的綜合表現比較好，是目前發

38、展較快的材料。相關公司：錳酸其制備過程均需氫氧化鉀或碳酸鉀跟二氧化錳，國內主要生產二氧化錳企業包括湘潭電化、南方錳業、廣西桂柳化工、貴州紅星發展、普瑞斯礦業、西南能礦等。圖表：常見鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物正極材料對比圖表：二氧化錳制備錳酸鈉反應流程資料來源：CNKI低品位軟錳礦堿浸預脫硅流化焙燒制備錳酸鈉，資料來源：CNKI鈉離子電池鈷酸鈉正極材料研究進展，二氧化錳NaOH、O2錳酸鈉軟錳礦粉碎、棒磨篩分、干燥高壓釜密封、攪拌焙燒、過濾名稱優點缺點NaMnO2Mn豐度高，理論容量高（243mAh/g）存在Jahn-Teller畸變，充放電多階梯狀曲線，結構穩定性差，循環性能差NaFeO2F

39、e豐度極高，低電壓充放電平臺穩定，電化學可逆性好質量比容量低，高電位下存在不可逆相變，循環穩定性差NaCoO2低電壓下電化學可逆性較好，離子電導率高Co豐度極低，成本高，容量低，充放電曲線多平臺，倍率性能差，高電位下循環性能差下載日志已記錄，僅供內部參考，股票報告網聚陰離子化合物-磷酸釩鈉 磷酸釩鈉屬于NASICON（sodium super ionic conductor）型化合物，其在 V4+/V3+的可逆電對的基礎上，具有 3.4V 左右的工作電壓平臺并同時提供約 117.6 mAh/g的理論比容量，且對材料進行氟化后可增強陰離子基團的電負性。中國是最大的釩制品國家，產量占比達67%，其

40、中規模較大的企業主要包括攀鋼集團、承德鋼鐵、釩鈦科技、中信錦州和建龍集團等。攀鋼集團是國內最大的釩產品生產商，擁有五氧化二釩、三氧化二釩、中釩鐵、高釩鐵、釩氮合金和鈦精礦、鈦白粉、高鈦渣等系列產品，在國內釩鈦行業具有較強的競爭力。中國澳大利亞南非俄羅斯美國巴西圖表：全球釩礦儲量地區分布資料來源：華經情報，資料來源：華經情報，圖表：全球主要釩生產企業產能一覽公司折V2O5：萬噸產品原料攀鋼集團4FeV、VN、氧化釩、釩鋁合金釩渣Evraz3FeV、氧化釩、釩鋁合金、催化劑釩渣、燃油灰渣、廢催化劑承德鋼鐵2.5FeV、VN、氧化釩鐵氧、氧化釩、釩鋁合金釩渣建龍重工1.5VN、氧化釩釩渣Treiba

41、cher IndustrieAG1.3三氧化二釩、五氧化二釩、釩鐵釩渣Xstrata1.2FeV、氧化釩釩鈦磁鐵礦釩鈦科技1.2五氧化二釩釩渣德勝集團1.2釩渣釩渣Largo Resources1.1五氧化二釩釩鈦磁鐵礦Bushveld Vametco0.6VN、氧化釩釩鈦磁鐵礦硬碳較軟碳更為適合作為負極材料，現有龍頭均有技術儲備 軟碳和硬碳的區別：根據碳材料于2800時高溫熱處理下是否可以充分石墨化，可將碳材料分成硬碳或軟碳。當溫度升高時，軟碳在層間距離和微晶上的變化速度會遠大于硬碳，軟碳經高溫熱處理會充分石墨化，而硬碳的石墨化則難以進行。雖然二者都有石墨微晶的存在，但軟碳內部的微晶尺寸更大

42、，具有更高的有序性。軟碳若不進行高溫熱處理碳化，會導致儲鈉可逆性、循環穩定性變差，且電壓出現延后的現象。目前硬碳是主流材料，主要的負極企業都有技術儲備。除了采用人工合成的硬炭前驅體外，自然界中許多天然的有機物也是制備硬炭材料的良好前驅體，而且它們還具有來源廣泛、價格低廉和環保等優點。相比于石墨，硬碳主要是在微觀結構和制備工藝上進行改進，目前主 要的負極企業均有技術儲備，仍以璞泰來、貝特瑞、中科電氣等負極廠商為主。圖表：中科海鈉的硬碳粉體實物圖表：中外龍頭廠商均有布局硬碳資料來源：中科海鈉官網，資料來源：中國粉體網，碳納米管企業-天奈科技、三順納米等 碳納米管導電劑行業集中度較高：一方面，下游客

43、戶對產品質量要求較高，往往在全面評估產品質量、價格及持續供貨能力后選擇供應商，驗證周期長；另一方面，行業具有較高技術壁壘，因此碳納米管行業集中度持續提升，至2018年，行業主要玩家是天奈科技、三順納米、青島昊鑫等玩家。天奈科技技術行業領先，目前天奈最新產品已在第三代，其他競爭對手產品大都在第一、二代，不同代際產品制備方法、催化劑均不同，代際之間技術壁壘較高。圖表：2018年碳納米管競爭格局（出貨量）圖表：碳納米管目前已有多代產品天奈科技三順納米集越納米青島昊鑫德方納米無錫東恒金百納納米港其他資料來源：天奈科技招股書，資料來源：天奈科技招股書，、米項目第一代產品第二代產品第三代產品技術納米聚團流

44、化床宏量制備碳納米管技術定向生長流化床宏量制備碳納米管技術尖晶石復合催化劑流化床宏量制備配方元素鐵、鋁、鉬鈷、鐵、硅、鋁、鎂、鈣鈷、鎂、錳、鋁催化劑結構納米聚團無定型結構微米層狀結構尖晶石復合結構制備技術共沉淀法浸漬法高溫固相法流化床量產工藝湍動式流化、高空速、催化劑預活化、裂解時間短碳納米管非定向生長氣泡式流化、低空速、催化劑不需要預活化、裂解時間長、碳納米管 定向生長氣泡式流化、低空速催化劑不需要預活化裂解時間更長、碳納 管半定向生長電解液-主鹽六氟磷酸鈉 鈉離子電池電解液體系較鋰離子電池，最大改變是將電解質更換為六氟磷酸鈉，其制備過程六氟磷酸鋰基本復用。六氟磷酸HF溶劑法制備LiPF6，

45、先用PCl5與無水HF反應得到PF5與無水HF的混合液，再制備LiF的無水HF溶液。預計原六氟磷酸鋰企業繼續占優，現階段多氟多、天賜材料均已具備六氟磷酸鈉量產能力，且均已向寧德時代小批量供貨。圖表：2020年底國內六氟磷酸鋰名義產能統計資料來源：Wind，圖表：具有六氟磷酸鈉生產能力廠商較多資料來源：各公司官網，公司產能：噸擴產規劃天賜材料12000分別公布年產2萬噸和年產15萬噸液體6F擴產計劃新泰材料8160多氟多8000年產10萬噸6F擴產計劃森田化學7000南通厚成3800九九久5000石大勝華2000東莞杉杉2000中化藍天（湖北宏源）4000永太科技3000年產2萬噸晶體6F擴產計

46、劃江西石磊2000衢州北斗星1300天津金牛1500濱化1000鈉電池產業鏈企業梳理資料來源：Wind，*以上為產業鏈整理部分公司，不代表最終產業化狀態供應鏈位置部件主要原材料公司上市狀態中游鈉電池鈉電池-軟包，圓柱及鋁殼電池、正極材料-Cu基層狀氧化物；負極材料-煤基碳材料中科海鈉非上市 華陽股份持股1.68%鈉電池-軟包；正極材料-Ni基層狀氧化物；負極材料-硬碳鈉創新能源非上市 浙江醫藥持股40%鈉電池-軟包、正極材料-普魯士藍、負極材料-硬碳星空鈉電非上市鈉電池-方殼、正極材料-普魯士白、負極材料-硬碳、電解液寧德時代上市鈉電池、正極材料-磷酸釩鈉/鎳錳酸鋰、負極材料-硫化亞鐵山東章鼓

47、上市鈉電池、正極材料-磷酸釩鈉、負極材料-硬碳鵬輝能源上市上游正極粉體正極材料格林美上市圣陽股份上市上游導電劑碳納米管天奈科技上市三順納米非上市卡博特子公司青島昊鑫非上市 道氏技術子公司負極硬碳璞泰來上市貝特瑞上市中科電氣上市杉杉股份上市電解液六氟磷酸鈉多氟多上市天賜材料上市集流體（不再使用銅箔）鋁箔鼎盛新材上市明泰鋁業上市供應鏈位置部件主要原材料公司上市狀態上游原材料正極原材料二氧化錳湘潭電化上市南方錳業上市廣西桂柳化工非上市貴州紅星發展非上市普瑞斯礦業（中國）非上市西南能礦非上市釩資源攀鋼釩鈦上市承德鋼鐵非上市中信錦州非上市建龍集團非上市釩鈦科技非上市氰化物安慶曙光化工非上市河北誠信集團非

48、上市重慶紫光化工上市晉城鴻生化工非上市風險提示 鈉電池產業化進度不及預期；現階段鈉離子電池成本仍高，而鋰離子電池成本仍有下降空間，且鈉離子電池技術發展仍處于早期階段，與下游適配的電池材料解決方案尚 未定型。新能源車銷量不及預期；技術路線革新。參考文獻1謝佶晟,肖竹梅,左文華,楊勇.鈉離子電池鈷酸鈉正極材料研究進展J/OL.化學學報:1-122021-08-01.http:/ 進展:1-182021-08-01.https:/doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2021-0745.4王海斌,鄭永軍,王茂華,瞿忱.硫化物作為儲能材料及電催化研究進展J/OL.電池:1

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