1 Tabl e_First Table_First|Table_ReportType 行业报告行业深度研究 Tabl e_First|Tabl e_Summary 我国锂资源储量相对不足，未来或将进一步牵制电池产业发展；钠离子 电池理论成本低廉，能量密度和循环寿命与锂电的差距逐渐拉近；高倍率 耐低温更 安全 的特 性较 锂电 具备独 特优 势，有望 于23 年初步 形成 产业 化。层状氧化物路线有望 先行 量产 钠电与锂电原理类似，产业化可延续锂电经验。正极材料预计维持多种 路线并存的格局，并匹配不同场景下的需求。负极材料硬碳的前驱体来源、批次一致性及工艺适配性亟待突破，是制约其产业化的关键一环。我们 认为，以层状氧化物正极+无定形碳负极+六氟磷酸钠电解液为基本体系，凭借其成 熟的 技术 发展 及较 高的能 量密 度及 锂电 产线 兼容性 有望 先行 量产。高价碳酸锂带来钠电 池关 键产业化窗口 由于核心原材料尚未量产，根据我们的测算，当前钠电池理论价格大约 为1.09-1.23 元/Wh，性 价比较低；随着23 年内各环节产能释放，预计23年底和25 年钠电 池成本有望分别降至0.85/0.62 元/Wh。钠电产业化 窗口与锂价高度相关，我们预计23年内锂价或将在40-45 万元/吨左右高位震荡，首 批量产的钠电池可具备较明显价格优势；我们预计26年碳酸锂价格或将维 持在30万元/吨以上，并且只要26年碳酸锂价格在15万元/吨以上，钠电即有望具备 较大 产业 化窗 口。三大应用场景有望快 速扩 大市场空间 预计钠离子电池在 两轮车领域凭借较铅酸和锂电更高的性价比率先快速 替代；储能领域凭借安全和耐低温的优势，率先应用在对于能量密度和循 环寿命要求较低的用户侧储能、通信基站和数据中心；乘用车领域通过钠 锂混搭技 术有 望覆 盖65%纯 电 乘用车 市场。根 据我 们的 测算，预计25年 国内 钠电池需求有 望达到32.9GWh，对应市场 空间 约203.7 亿元；预计27 年国内需求有望 达到137.3GWh，对 应市场 空间 约824 亿 元，23-27年CAGR 为141.3%。投资建议 供给端 产线 建设 提速，建 议 关注弹 性较 大的 正极 和电 池厂商 量产 出货 情况；中短期对低速电动车的供货有望最先贡献业绩，中长期对储能客户的绑 定和渗透是市场空间扩大的关键。重点推 荐量产进展较快，打造钠电一体 化布局的 传艺科技；绑 定浙 江钠创，具备 丰富 锂电 生 产技术 积淀 的 维科技术；凭借三元材料深厚积累，钠电层状氧化物正极量产在即的 振 华新材。同时建议关 注上 下游 协作 推进 普鲁士 蓝正 极产 业化 的 美联新材；以 及 宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、蔚蓝锂芯 等公 司相 关进 展。风险提示：钠 电性 能提 升 不及预 期；原材 料降 本进 程不及 预期；行 业竞 争加剧；碳酸 锂 价 格短 期内 大幅下 降 相关 标的 简称 EPS（元/股）PE CAGR-3 评级 2021E 2022E 2023E 2021E 2022E 2023E 传艺科技 0.62 1.08 1.80 71 41 25 46.76%买入 维科技术-0.18 0.41 0.71-37 21-增持 振华新材 2.91 3.65 4.96 17 13 10 74.61%买入 美联新材 0.62 0.93 1.32 31 21 15 122.02%-数据来 源：Wind，国 联证 券研 究所 预 测；股价 取 2023.2.2 收盘 价，美联 新 材盈利 预测 为 Wind 一致 预期 证券研 究报 告 Tabl e_First|Tabl e_R eportDate 2023 年 02 月 03 日 Tabl e_First|Tabl e_Rati ng 强于大市(维持评级)强于大市 Tabl e_First|Tabl e_C hart 相对大盘走势 Table_First|Table_Author 分析师：贺朝晖 执业证书编号：S0590521100002 邮箱：Table_First|Table_Contacter 联系人 梁丰铄 邮箱：Tabl e_First|Tabl e_Rel ateRepor t 相关报告 1、硅料价格触底 反弹，工商业储能发展提速 2023.01.29 2、多重因素共振，风光有望迎来加速建设期 2023.01.18 3、六 部 门 发 文 力 挺“光 储 端 信”全 面 发 展 2023.01.18 请务必 阅读 报告 末页 的重要 声明-40%-30%-20%-10%0%10%20%22-02-04 22-06-04 22-10-04电力设备 及新能 源指数 沪深300 2 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 投资聚 焦 本 篇 报 告 专 注 于 研 究 市 场 关 注 的 钠 离 子 电 池 材 料 体 系 相 较 锂 电 的 变 化 以 及 性 能进展、锂价 下行 背景 下的 钠电产 业化 窗口 和价 格空 间、下 游不 同领 域的 渗透 预期及 市场空间。创新之 处 1）我 们梳 理了 目前 钠离 子电 池的多 条路 线及 进展，从 第一性 原理 出发 详细 分析了 各 路线 钠离 子电 池的 电化 学 性能 及应 用场 景，并与 锂 电池 体系 进行 对比。2）我们搭 建了 钠离 子电 池的 成本模 型，以分 析原 材料 成本的 下降 对于 电池 终端售 价 的影 响，并进 一步 分析 不 同碳 酸锂 价格 对应 下的 钠 电池 价格 优势 区间。核心结 论 1）量产体系初定，负极为关 键制约因素。钠电 与锂 电 原理类 似，在 产业 化方 面可 复 用锂 电产 线及 经验，以 层 状氧 化物 正极+无定 形碳 为 基础 的现 行路 线量产在即，长 期看，正极 材 料三条 路线 会保 持同 步发 展状态，分 别在 不同 场景下获得 实际 应用。负极 材料 体系基 本确 定为 无定 形碳，以硬碳 为主 软碳 为辅，但是碳 源的 一致 性问 题对 于钠电 池具 有较 大影 响，是制约 其产 业化 的关 键环节。2）钠电产业化窗口和价 格空 间足够大。预 计碳 酸锂 价 格分别 降至 40/30/20/10万元/吨时，对 应的 磷酸 铁 锂电池 PACK 价格 分别 为 1.1/0.91/0.81/0.72 元/Wh。若 2023 年碳 酸锂 价 格维 持 45 万元/吨以 上，则年底 首批 量产 的钠 离子电池有望 较 锂电 池具 备明 显价格 优势；即使 碳酸 锂 价格低 至 25 万元/吨，钠电价格 仍有 望低 于锂 电。而 只要 2025 年碳 酸锂 价格 在 15 万元/吨 以上，钠电价格 即有 望具 备明 显优 势。3）钠 电 市 场 空 间 有 望 快 速 扩 大。我们预计钠 电 在 电 动 两 轮 车 领 域 的 渗 透 率 在2025 年 快速提 升至 与当 前 锂电渗 透率 相当的25%左右；在户 用及 工商 业储 能、5G 基 站、数据 中心 领域2025 年渗 透率 达到15%；大 型 储能领 域的 应用 从 2025年开始 放量；A00 级电 动 车 2025 年 渗透 率达 到10%，A0 级电 动车 通过 锂钠 各占 50%混搭 的形 式应 用，2025 年渗 透率 为10%。预 计 25 年国 内钠 电池 需求有望达 到32.9GWh，对应 市场空 间 约 203.7 亿元。投资建 议 供给端 产线 建设 提速，建 议关注 弹性 较大 的正 极和 电池厂 商量 产出 货情 况；中短期 对 低速 电 动车 的供 货 有望 最 先贡 献 业绩，中 长 期对 储 能客 户 的绑 定和 渗 透是 市 场空间扩 大的 关键。重 点推 荐量产 进展 较快，打 造钠 电一体 化布 局的 传艺科技；绑定 浙江钠创，具 备丰 富锂 电生 产技术 积淀 的 维科技术；凭借三 元材 料深 厚积 累，钠电层 状氧 化 物正 极量 产在 即 的振华新材。同时 建 议关 注上下 游 协作 推进 普 鲁士 蓝正极 产 业化的 美联新材；以及 宁德时代、亿纬锂能、鹏辉能源、蔚蓝锂芯 等公 司相 关 进展。ZXEVvMnQsRqRtNtQtOtMrQ8OaO8OmOqQsQoNiNpPmOiNqQoN8OoPnQMYoOtQMYqRtO 3 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 1 储能降本诉求驱动钠 离子 电池产业化加速.6 1.1 锂资源 储量 不足 牵制 我国 电池行 业发 展.6 1.2 电池性 能提 升助 推产 业化 加速.7 2 材料体系初定推动量 产在 即.10 2.1 正极：层状 氧化 物有 望率 先破局.10 2.2 负极：无定 形碳 为主 流路 线.16 2.3 其他材 料：基本 可复 用锂 电池技 术.21 3 量产后钠电池性价比 有望 大幅提升.21 3.1 当前钠 离子 电池 成本 较高.21 3.2 核心原 料供 给提 升有 望支 撑快速 降本.22 3.3 高价碳 酸锂 显著 提高 钠电 价格空 间.24 4 三大应用场景有望快 速扩 大市场空间.25 4.1 两轮电 动车 领域 有望 率先 放量.26 4.2 大型储 能的 应用 需待 循环 寿命提 升.27 4.3 钠锂混 搭打 开乘 用车 应用 空间.29 4.4 钠离子 电池 需求 有望 快速 扩大.30 5 投资建议.32 5.1 传艺科 技：打造 钠电 一体 化布局.32 5.2 维科技 术：携手 钠创 推进 钠电池 量产.34 5.3 振华新 材：钠电 正极 产能 加速扩 充.37 5.4 美联新 材：上下 游协 同推 进普鲁 士蓝 产业 化.39 6 风险提示.40 图表目 录 图表 1：2021 年全 球锂 资 源储量 分布.6 图表 2：全 球锂 储量 和资 源量的 探明 增速 放缓.6 图表 3：全 球锂 电池 需求 预测（GWh）.6 图表 4：22 年 1-11 月 全球 动力电 池装 车量 格局.6 图表 5：中 国锂 资源 储量 远无法 满 足 2050 年的 全 球电池 需求.7 图表 6：地 壳中 钠元 素丰 度远高 于锂.7 图表 7：产 业化 后钠 电材 料成本 有望 显著 低于 锂电.7 图表 8：钠 离子 电池 工作 原理和 结构 与锂 电相 似.8 图表 9：二 次电 池常 见电 荷载体 理化 性质.8 图表 10：各种 电荷 载体 离 子的性 质对 比.9 图表 11：铅 酸电 池、锂电 池和钠 电池 性能 比较.9 图表 12：钠离 子电 池主 要 优势.10 图表 13：纳离 子电 池主 要 正极材 料及 要求.11 4 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 图表 14：钠离 子电 池正 极 材料电 化学 性能.11 图表 15：层状 结构 过渡 金 属氧化 物和 隧道 结构 过渡 金属氧 化物 晶体 结构.11 图表 16：常见 的钠 离子 电 池层状 氧化 物的 晶体 结构 及钠离 子配 位环 境.12 图表 17：常见 的钠 离子 电 池层状 氧化 物正 极材 料.12 图表 18：各种 过渡 金属 元 素在钠 离子 电池 层状 氧化 物中的 特点.13 图表 19：采用 层状 氧化 物 路线的 公司.13 图表 20：橄榄 石构 型 Na(Li)FeP04.14 图表 21：NASICON 型结构 Na3V2(P04)3.14 图表 22：焦磷 酸盐 Na2FeP2O7 的晶体结构.15 图表 23：硫酸 盐 Na2Fe(S04)22H2O 晶体结 构.15 图表 24：采用 聚阴 离子 类 正极路 线的 公司.15 图表 25：普鲁 士蓝 化合 物 Na2MFe(CN)6 的晶体结 构示意 图.16 图表 26：采用 普鲁 士蓝 类 正极路 线的 公司.16 图表 27：钠离 子电 池主 要 负极材 料及 要求.17 图表 28：常见 的钠 离子 电 池负极 材料.17 图表 29：钠电 负极 材料 企 业布局.17 图表 30：钠离 子电 池典 型 负极材 料对 比.18 图表 31：软碳 的微 观结 构.18 图表 32：硬碳 的微 观结 构.18 图表 33：硬碳 的储 钠机 理：吸附-插层 模型.19 图表 34：硬碳 储钠 位点 示 意图.19 图表 35：不同 碳前 驱体 的 特性对 比.19 图表 36：不同 碳源 的碳 基 负极材 料电 化学 性能.20 图表 37：钠离 子电 池的 合 金化负 极材 料.20 图表 38：层状 氧化 物体 系 钠电池 物料 成本 拆分.21 图表 39：当前 钠离 子电 池 成本拆 分.22 图表 40：钠离 子电 池正 极 材料厂 商进 展.22 图表 41：国产 硬碳 性能 与 进口产 品差 距逐 渐缩 小.23 图表 42：钠离 子电 池电 解 液厂商 进展.24 图表 43：钠电 池关 键原 材 料价格 预测（万 元/吨）.24 图表 44：钠离 子电 池成 本 及价格 预测（元/Wh）.24 图表 45：储能 电站 造价 及 性能关 键参 数设 置.25 图表 46：不同 碳酸 锂价 格（万元/吨）对应 的锂 电价 格及钠 电优 势价 格测 算.25 图表 47：中国 电动 两轮 车 产量.26 图表 48：中国 电动 两轮 车 用锂电 池出 货量.26 图表 49：中国 两轮 锂电 车 销量占 比.27 图表 50：钠离 子电 池较 铅 酸电池 性能 优势 明显.27 图表 51：储能 电站 造价 及 性能关 键参 数设 置.27 图表 52：储能 电站 运行、收入及 税率 关键 参数 设置.28 图表 53：项目 IRR 对 循环 寿命和 电池 单价 的敏 感性 分析.28 图表 54：不同 性能 假设 下 与锂电 收益 率相 等的 钠电 价格测 算.29 图表 55：A 级以 下电动 车 销量增 长迅 速.29 图表 56：A 级以 下电动 车 销量占 比较 高.29 图表 57：宁德 时代 AB 电 池集成 方案.30 图表 58：宁德 时代 表示 钠 锂混搭 技术 有望 覆盖 纯电 乘用 车 65%的市 场.30 图表 59：钠离 子电 池市 场 空间测 算.31 图表 60：传艺 科技 近年 营 业收入 及增 速.32 5 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 图表 61：传艺 科技 近年 归 母净利 润及 增速.32 图表 62：传艺 科技 近年 收 益率情 况.33 图表 63：传艺 科技 近年 各 项费用 率情 况.33 图表 64：传艺 科技 分产 品 营收预 测.33 图表 65：传艺 科技 盈利 预 测.34 图表 66：维科 技术 近年 营 业收入 及增 速.35 图表 67：维科 技术 近年 归 母净利 润及 增速.35 图表 68：维科 技术 近年 收 益率情 况.35 图表 69：维科 技术 近年 各 项费用 率情 况.35 图表 70：维科 技术 分产 品 营收预 测.35 图表 71：维科 技术 盈利 预 测.36 图表 72：振华 新材 近年 营 业收入 及增 速.37 图表 73：振华 新材 近年 归 母净利 润及 增速.37 图表 74：振华 新材 近年 收 益率情 况.37 图表 75：振华 新材 近年 各 项费用 率情 况.37 图表 76：振华 新材 分产 品 营收预 测.38 图表 77：振华 新材 盈利 预 测.39 图表 78：美联 新材 近年 营 业收入 及增 速.39 图表 79：美联 新材 近年 归 母净利 润及 增速.39 图表 80：美联 新材 近年 收 益率情 况.40 图表 81：美联 新材 近年 各 项费用 率情 况.40 6 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 1 储能降 本诉求驱动钠离子 电池产业化加速 1.1 锂 资源 储量不 足牵 制我国 电池 行业发 展 我 国 锂 资 源 受 海 外 牵 制 较 大。全球锂矿高度集中于 智利、澳大利亚和阿根廷，2021 年 上述国 家锂 资源 储 量占全 球 72%。我 国锂资 源储量 占全 球 7%，且由 于开采难度大，成 本高，下 游需 求大，锂资 源供 应 进 口依 赖度较 高。当前 国内 企业 对于海 外锂矿投 资频 频受 限，且近 年全球 锂资 源探 明量 的增 速放缓，以 钠离 子电 池替 代锂电 池在相对 低端 场景 下的 应用，具备 战略 意义。中国电池厂商供给全 球市 场。2022 年 1-11 月，全 球电动 汽车 电池 总装 车量 为446GWh，同 比增 长 74.7%。其中 宁德 时代 和比亚 迪合计 占 50.7%市 场份 额，中 国厂商 合 计 占 60%以 上 市 场 份 额；据 InfoLink，2022 年 全 球 储 能 电 池 出 货 量 总 计142.7GWh，出货 Top5 中 中国厂 商占 据 4 席。中 国锂 电池厂 商在 全球 范围 内的 产能、制造、技术 迭代 和创 新等 方面均 具备 明显 竞争 优势。国内锂资源储量无法 匹配 锂电产业的全球地位。7%的锂资 源储 能份 额 与 60%以上的动 力电 池市 场份 额之 间难以 匹配，在 碳酸 锂价 格高企 的背 景下，利 润更 多留在 上游锂矿 端，下游 电池 厂面 临较大 成本 压力。根 据我 们的测 算，假设 中国 150 万吨锂 资 1：2 0 21 年全球锂资 源储量分布 2：全球锂储量和资 源量的探明增速放缓 来源：USGS，国 联证 券研 究所 来源：USGS，国 联证 券研 究所 3：全球锂电池需求 预测（GW h）4：2 2 年 1-11 月全球 动力电池装车量格局 来源：EVTank，国 联证 券研 究所 测 算 来源：SNE Research，国 联证 券研 究所 智利42%澳大利亚21%阿根廷9%中国7%美国3%加拿大2%津巴布韦1%其他15%-20%-10%0%10%20%30%40%02000400060008000100002014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021储量（万 吨，左 轴）资源量（万吨，左轴）储量yoy（右轴）资源量yoy（右轴）14419623929556385012561679219005001,0001,5002,0002,5002017 2018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E小型电池 动力电池 储能电池宁德时代37%比亚迪13%LG 新能源12%松下8%SK On6%三星SDI5%中创新航4%国轩高科3%欣旺达2%亿纬锂能1%其他9%7 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 源储量 全部 用以 制造 锂电 池，大约 可生 产 13.6TWh 锂电池；根 据 IEA 对 于未 来全球电动车 和储 能需 求的 展望，预计 2030 年 全球 电池 累 计需求 在 22TWh 左右，2050 年在 126TWh 左 右。随着 各 国对于 外国 企业 开采 本国 锂矿的 限制 提升，我 们认 为仅凭借我国 自身 的锂 资源 储量 或将难 以支 撑远 期的 锂电 产业全 球市 场地 位，对于 替 代技术的探索 对我 国企 业而 言至 关重要。5：中国锂资源储量 远无法满足 2 0 50 年的全 球电池需求 来源：IEA，国联 证券 研究 所 钠元素储量丰富，降本潜 力大。钠元 素的 地壳 储量 为锂 的 1000 倍以 上，储 量 丰富，分布 广泛，成 本低 廉。据 中科 海 钠，钠 离子 电 池产业 化后，凭借 更廉 价 的正极 材料和集 流体，整 体材 料成 本有望 较锂 电池 降 低 30%-40%。1.2 电 池性 能提升 助推 产业化 加速 钠离子电池与锂离子 电池 工作原理 基本相同。钠 离 子电池 也是“摇椅 式电 池”的一种，利用 碱金属离 子在 正 负极间可 逆的 定向 迁移 过程 实现电 池的充放 电，充电时，Na+从 正 极材 料中 脱出，经 电解液 的输 运穿 过隔 膜嵌 入负极 材料，放电 过程 与 之相反。充放电 过程 中相 同数 量的 电子经 外电 路传 递，与 Na+一起在 正负 极材 料间 迁移 以维持电荷平 衡。以 NaxMO2 为正极材 料，硬碳 为负 极材 料，则 电极 和电 池反 应式 可分别0.95 22 126 0204060801001201401601802002020 2030E 2050E全球动力电池需求（TWh）全球储能电池需求（TWh）中国150 万吨锂资 源储量 大约可 供13.6TWh 电池制 造 6：地壳中钠元素丰 度远高于锂 7：产业化后钠电材 料成本有望显著低于 锂电 来源：钠离 子电 池标 准制 定的 必要 性（周 权等），国联 证券 研究 所 来源：中科 海钠 官网，国 联证 券研 究 所 全球 2200 万 吨锂资 源储量 大约可 供 200TWh 电 池制造 8 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 表示为：正极反 应:NaxMO2 Nax-yMO2+yNa+ye-(1-1)负极反 应:nC+yNa+ye-NayCn(1-2)电池反 应:NaxMO2+nC Nax-yMO2+NayCn(1-3)电池结构相似，产线易于 改造。钠 离子 电池 主要 由 正极、负 极、隔 膜、电解 液和集流体 构成，与 锂离 子电 池工作 原理 相似，结 构机 理高度 重合。锂 电池 的隔 膜、铝 箔和其他 电池 组件 可以 直接 应用在 钠电 池中；用 于锂 电 池生产 和检 测的 设备 可直 接或略加改造 后应 用在 钠电 池产 线，改 造成 本低，能 够相 对快速 开启 量产，弥 补锂 电池供 需紧张、上游 原材 料处 于价 格高位 的问 题。8：钠离子电池工作 原理 和结构 与锂电相 似 来源：钠离 子电 池储 能技 术及 经济 性分析（张 平等），国联 证券 研究 所 钠离子电池能量密度 有提 升空间。相较 于锂 离子 电池，钠离 子电 池能 量密 度稍 低，原因有 三点：1）钠离子 拥 有更大 的离子 半径，影 响 反应过 程中相 的稳 定性、离子输运及扩 散较 慢；2）钠 离子 的质荷 比较 大，降 低材 料 的理论 质量 比容 量；3）钠 具有较高的标 准电 极电 势。9 二次电池常见电 荷载体理化性质 9 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 10 各种电荷载体离 子的性质对比 参数 Li+Na+K+Mg+Al3+Ca2+Zn2+相对原子质量 6.94 23.00 39.10 24.31 26.58 40.08 64.38 质荷比 6.94 23.00 39.10 12.16 8.86 20.04 32.69 ACoO2 的理论质量比容量（mAh/g）274 235 206 260 268 242 217 ACoO2 的理论体积比容量（mAh/cm3）1378 1193 906 E（A+/Aaq）(V vs.SHE)-3.04-2.71-2.93-2.4-1.7-2.9-0.76 E（A+/Apc）(V vs.Li+/Lipc)0 0.23-0.09 Shannons 半径/0.76 1.02 1.38 0.72 0.54 1.06 0.74 斯托克斯半径（H2O）/2.38 1.84 1.25 3.47 4.39 3.10 4.30 斯托克斯半径（PC）/4.8 4.6 3.6 PC 的离子电导率/（S.cm2/mol）8.3 9.1 15.2 去溶剂化能（PC）/（kJ/mol）215.8 158.2 119.2 569.4 熔点/180.5 97.8 63.4 650 660 842 420 钠离子电池能量密度 高于 铅酸电池，低于 锂离子电 池。目 前商 业化 钠离 子电 池的能量密 度 在 90160Wh/kg，远高 于铅 酸电 池 的 5070 Wh/kg，循环 寿命相 较于 铅酸电池具 有明 显的 优势，且 环保性 更佳，未 来可 能对 铅酸电 池进 行全 面的 替代。与锂 离子电池 相比，钠 电的 能量 密度已 接近 于磷 酸铁 锂电 池 120180Wh/kg 的水 平，但与三元电 池相 比具 有较 大能 量密度 差距。从 长期 发展 空间来 看，钠电 的能 量密 度提升 及降本均 具有 较大 挖掘 空间，未来在 能量 密度 要求 不高 的应用 场景 具备 挑战 磷酸 铁锂电池的潜 力。11 指标 铅 酸电池 磷 酸铁锂电 池 三 元锂电池 钠 离子电池 质量能量密度（Wh/kg）5070 120180 200300 90160 循环寿命(次）300500 3000 800 2000 平均工作电压（V）2.0 3.2 3.7 2.83.5-20 容量保持率 60%70%70%88%耐过放电性 差 差 差 可放电至 0V 安全性 优 优 差 优 环保特性 差 优 优 优 钠离子电池耐候性具 有明 显优势。钠 离子 电池 的工 作温度 范围 在-40 80，目前商业化产 品可以做 到-20 容量保持 率 88%的水平，相较于铅 酸电池和 磷酸 铁锂电池 60%70%的容 量保 持率 具有明 显优 势，在气 候寒 冷地区 展现 出良 好的 应用 场景。倍率性能好。钠 离 子的 溶 剂化能 显著 低于 锂离 子，从而在 电解 液中 具有 更快 的动力学，离子 界面 扩散 能力 更强；同时 钠离 子的 斯托 克斯半 径更 小，相同 浓度 的电解 液中离子 电导 率更 高；高电 导 率及优 秀的 离子 界面 扩散 能力赋 予钠 离子 电池 出色 的倍率性能，具备 较好 的快 充潜 力，在 储能 调频 等高 功率 场景具 有较 大应 用 潜 力。10 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 12：钠离子电池主要 优势 来源：中国 科学 院物 理研 究所，国 联 证券研 究所 电芯安全性能优异。钠电池 热失 控温 度高 于锂 离子 电池，电芯 层面 的安 全性 有所提升，其原 因在 于钠 离子 电池内 阻稍 高于 锂离 子电 池，在 安全 性实 验中 产生 的瞬发 热量少、电芯 温升有限 且目 前商业化应 用的钠电 正极 材料的热稳 定性高于 三元 锂材料，在过充、过 放、短路、针 刺 等电芯 安全 测试 中均 未发 生起火 爆炸 现象。实 际运 行安全性有待 观察，对 于普 鲁士 蓝正极 材料 在热 失控 情况 下释放 氢氰 酸、氰气 等有 毒气体 的问题尚 需技 术攻 关。2 材料体 系初定推动量产在 即 2.1 正 极：层状氧 化物 有望率 先破 局 正 极 材 料 体 系 是 钠 离 子 电 池 研 究 和 产 业 化 的 焦 点。钠离子电池正极材 料主要 包括氧化 物类、聚 阴离 子类、普 鲁 士蓝 类、有机 物类。其中层 状氧 化物 结构 类似 锂电三元材料，比容 量相 对较 高、综 合性 能好，在 动力、储能领 域拥 有较 好的 应用 场景；聚阴离子 类正 极材 料晶 体 结 构与磷 酸铁 锂相 似，稳定 的 晶体结 构使 其具 有较 长的 循环寿命，适合应 用于储能 场景；普鲁士蓝 类正极材 料，低成本化潜 力最大，合成 温度低，但对于 结晶 水的 控制 较难，影响 其电 化学 性能，材 料 热失 控情 况下 会释 放氢 氰酸、氰气等有 毒气 体；有机 类正 极 材料一 般具 有多 电子 反应 的特点，从 而具 有较 高的 比 容量，目前处 于实 验室 阶段，尚 未商业 化应 用。11 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 13 14 Challenges in Developing Electrodes,Electrolytes,and Diagnostics Tools to Understand and Advance Sodium-Ion Batteries 层 状过 渡金属 氧化 物 层 状 过 渡 金 属 氧 化 物 是 当 前 最 接 近 规 模 化 量 产 的 正 极 体 系。当 氧 化 物中 钠 含量较高时(x 0.5)一般 以层 状结构 为主，当 钠含 量较 低时(x 0.5)主 要以 隧道 结构的 氧化物为 主。其中 层状 结构 氧化物 是研 究最 早的 一类 嵌入型 化合 物，具有 较高 的能量 密度以及 易制 备的 特点，现 阶段可 逆比 容量 高达 100-145mAh/g，是当 前最 接近 规模化量产钠 电体 系。隧道型 氧化 物是 将不 规则 的多面 体结 构和 独特“S”形通道 连接 形成 的，晶 体 结构较为 稳定，循 环寿 命及 倍率性 能优 异，对水 氧稳 定，但 是其 初始 钠含 量过 低限制 了其在实 际中 的应 用。15 12 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 层状过 渡金 属氧 化物 结构 通式 为 NaxMO2（M=Co,Mn,Fe,Cr,Ni 等）。晶体 结 构中过渡 金属 元素 M 与 周围 六个氧 形成 的 MO6 八面体，钠离 子位 于过 渡金 属层 之间，形成 MO6 八 面体 层与 NaO6 碱金属 层交 替排 布的 层 状结构。按 照钠 离子 配位 构型不同分 为 O3、O2、P3 和 P2 等不 同结 构，最常 见的 是 O3 和 P2 两 种结 构，在 特定合成条件 下也 可以 得 到 P3 结构。16 Challenges in Developing Electrodes,Electrolytes,and Diagnostics Tools to Understand and Advance Sodium-Ion Batteries 钠离子 电池 对于 过渡 金属 元素的 选择 更加 广泛：在 镍、钴、锰以 外，钛、钒、铬、铁和铜 等元 素均 可以 与钠 离子形 成层 状结 构并 具有 电化学 活性，通 过多 元阳 离 子取代可以减 少脱 嵌过 程中 的相 变问题，进 而提 升材 料的 晶体结 构稳 定性，从 而延 长循环 寿命，由 此，层状 氧化 物正 极材料 又分 为一 元材 料和 多元材 料。17 晶 体结构 元 素构成 化 学式 P2 型 一元材料 NaxCoO2 Na0.7CoO1.96 Na0.6MnO2 Na0.7VO2 多元材料 Na2/3Fe1/2Mn1/2O2 Na2/3Mn1/3Co2/3O2 Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 Na2/3Cu1/3Mn2/3O2 Na2/3Ni1/3Ti2/3O2 O3 型 一元材料 NaCoO1.96 NaCrO1.96 NaMnO2 NaFeO2 NaNiO2 多元材料 Na2/3Ni0.6Co0.4O2 NaNi0.5Fe0.5O2 13 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 NaNi0.5Ti0.5O2 NaFe0.5Co0.5O2 NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 Na0.9Cu0.22Fe0.3Mn0.48O2 NaNi0.12Cu0.12Mg0.12Fe0.12Mn0.10Ti0.1Sn0.1Sb0.04O2 18 钠 离 子 电 池 层 状 氧 化 物 正 极 材 料 合 成 工 艺 与 锂 电 三 元 材 料 类 似。层 状 氧 化物 最常用的 合 成 方法 是固 相反 应法，该 方法 操作 简单、易 于控制、具有 较短 的 工 艺流 程短，更易 于 工业 化生 产，主要 步骤包 括前 驱体 混合、烧 结、掺 杂，对于 制备 环境 无特殊 要求，可 兼容 锂电 三元 材料 生产线。中 科海 钠、钠创 新能源、孚 能科 技、蔚蓝 锂芯、传艺科技、湖 南立 方、Faradion(英国)等 公司 选择 层状 金属氧 化物 路线，其 中铜 系和镍系相对 主流，电 芯能 量密 度可 达 140Wh/kg 以 上。19 公司 体系 能 量密度 循 环寿命 中科海钠 铜铁锰层状氧化物/软碳/有机 电解液 150Wh/kg 4500 次，实验室环境 6000 次 钠创新能源 镍铁锰层状氧化物/软碳/有机 电解液 130-160Wh/kg 5000 次 孚能科技 层状氧化物 动力电池：160Wh/kg 储能电池：130Wh/kg 动力：1500 次 储能：10000 次 蔚蓝锂芯 层状氧化物 120-140Wh/kg 3500 次 传艺科技 镍铁锰层状氧化物/硬碳 157Wh/kg 5000 次 湖南立方 层状氧化物/硬碳 140Wh/Kg 2000 次 Faradion 镍锰钛层状氧化物/硬碳 140Wh/kg 1000 次 14 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 聚 阴离 子类化 合物 聚阴离子化合物正极 能量 密度低，循环寿命优 异。钠 基聚阴 离子 化合 物正 极具 有稳定材 料的 晶体 结构，因 此化学 稳定 性、热稳 定性 和电化 学稳 定性 较高，在 倍率性 能和循环 寿命 上具 有突 出优 势，但导 电率 需提 升，能量 密度存 在短 板。与 磷酸 铁锂 相似，由聚阴 离子 多面 体和 过渡 金属离 子多 面体 形成 具有 三维网 络结 构的 化合 物，化 学式为NaxMy(XaOb)zZw，M 为过 渡金属 或碱 金属 等阳 离子 以 Fe、Co、Ni 等为 代表，X 为较高电负 性元 素如 磷或 硫，Z 为 氟或 氢氧 根等 阴离 子，常见 的聚 阴离 子类 正极 材料主 要包括磷 酸盐、焦 磷酸 盐、硫酸盐 等。磷酸盐 体系 中具 有代 表性 的两种 材料 为橄 榄石 结构 的 NaFePO4 和 NASICON 型结构 Na3V2(PO4)3。对于 NaFePO4 而言，橄 榄石 相 只能 在 480 以下 稳定 存 在，高于 此 温 度 后 其 晶 体 结 构 转 化 为 不 具 备 电 化 学 活 性 的 磷 铁 钠 矿 相。目 前 橄 榄 石 型NaFePO4 的 制备 主要 通过 离子交 换法，由橄 榄石 型 LiFePO4 脱锂 后经 电化 学 钠化合成。Na3V2(PO4)3 是具 有 NASICON 型结构 钠电 正极 材料，因 其晶 体结 构稳 定，在 倍率性能 及循 环寿 命方 面表 现优异，但 比容 量低 于橄 榄石结 构材 料。此外，钒 元素价 格较贵且 存在 毒性，降 钒或 无钒材 料的 开发 是此 类材 料的发 展方 向。20 Na(Li)FeP04 21 NASICON Na3V2(P04)3 焦磷酸盐：焦 磷酸 盐 热 稳 定性较高，化学 式为 Na2MP 2O7（M=Fe,Co,Mn,Cu)，其结晶 体结 构包 括三 斜晶 型、四 方晶 型、正交 晶型 和单斜 晶型 几种，多 样性 的晶体 结构似的 该材 料吸 引了 广泛 的关注，但 是该 系列 材料 在 比容量 及动 力学 性能 上普 遍存在短板，尚未 得到 商业 化应 用。硫酸盐：硫 酸盐 类材 料大 部 分来源 于矿 物，其通 式可 以 写成 Na2M(SO4)2 2H2O。该材料 电压 较高，但 SO42-基团热 力学 稳定 性非 较差，在 400 下分 解产 生 SO 2，此外，该 材料 易受 环境 中水 分影响 其循 环寿 命，理论 容量也 相对 较低。15 请务必阅读报告末页的重要声明 行业报告行业深度 研究 22 Na2FeP2O7 23 Na2Fe(S04)2 2H2O 目 前 聚 焦 于 聚 阴 离 子 类 正 极 材 料 路 线 的 企 业 相 对 有 限。鹏 辉 能源 采 用 磷 酸钒钠类正极 材料，钠 创新 能源 布局磷 酸钒 钠及 磷酸 锰钒 钠体系，众 钠能 源则 选择 硫酸铁 钠方案，此外，法 国 Naiades 采用 氟磷 酸钒 钠作 为正 极材料。24 公司 体系 能 量密度