2022年钠离子电池行业分析.docx

2022年钠离子电池行业分析战略意义驱动钠离子电池重拾热度钠离子电池基本原理：用钠再现锂电结构框架钠离子电池（SIB）是一种使用钠离子（Na+）作为电荷载体的可充电电池，和锂离子电池同为二次电池，都是由载荷金属离子在电极之间发生可逆的嵌入和脱出，进行化学能和电能之间的转换。具体来说，放电时，负极材料失去电子，其中的钠离子嵌脱进入到电解液，正极材料中的可变价过渡金属得到电子发生还原反应，使得电解液中的钠离子向正极运动并且嵌入到正极晶格中，化学能转化为电能，驱动外电路运行；充电时外加电压使“摇椅反应”逆向进行，正极失去电子发生氧化反应，钠离子从正极晶格中脱嵌进入电解液，负极得到电子发生还原反应，使得电解液中钠离子向负极移动并插入负极材料中，将电能转化为化学能储存起来。理论上这种充电—放电反应能反复进行，一轮为一个充电周期，或称循环周期。钠资源可以缓解锂资源的稀缺和垄断问题。锂在地壳中的丰度仅百万分之十七，美国地质调查局公布2019年全球探明锂资源储量约6200万吨。另外锂资源目前70%储量分布在南美洲，其中智利锂矿储量排名世界第一，占全球储量的50%以上，资源呈现明显的寡头垄断格局，地缘政治、全球性事件较易对产业链供应带来冲击。钠是地壳中第六丰富的元素和第四丰富的金属元素，丰度是锂的1300倍以上。并且钠资源分布广泛，目前海水制氯化钠技术也十分方便高效。上述因素使得2022年8月单吨碳酸钠价格（2000元一吨）仅为碳酸锂（48万元/吨）的0.4%，且价格相对稳定。钠和锂的化学性质相近，能复用部分锂离子电池生产技术和体系。钠元素和锂元素处于元素周期表碱金属族相邻位置，原子最外层都仅有单个电子，化学性质十分接近。以它们的离子作为载流子的电池也具有类似的原理和结构。钠离子电池正极也常用高温固相、共沉淀、球磨法等方法制备。锂离子电池的生产体系大部分可以在钠离子电池上复用、生产能力可以部分兼容。重拾热度：锂电上游供给紧张下的破局之道基础研究始于20世纪70年代，中间被搁置，而后重拾热度。钠离子电池的研究可以追溯到20世纪70年代，几乎和锂离子电池是同时开始，而随着20世纪90年代锂离子电池的商业化，钠离子电池的研究被搁置，主要是因为钠的质量和体积较大，锂离子电池的能量密度更优，且钠的原子量大、工作电压偏低。近年来在全球新能源产业的加速布局下，市场的逐渐成熟和政策补贴的退坡催生行业进一步拓展产品类型匹配应用场景、分化路线降本的需求。并且由于锂离子电池上游原材料的垄断性、产能扩张缓慢，产业链价值量有向上游倾斜的趋势，给下游电池厂带来了向上掌控原材料供应链和向下传导成本的双重压力，下游电池厂因此开始积极找替代方案以提升对供应链的掌控能力。英国Faradion公司于2011年成立，是全球首家从事钠离子电池工程化研究的公司，目前Faradion公司的产品正极材料为镍、锰、钛层状氧化物，负极材料采用硬碳，且公司已研制出10Ah软包电池样品，能量密度达到140Wh/kg，电池平均工作电压为3.2V，在80%放电深度下的循环寿命预测可以超过1000次；此外，美国NatronEnergy采用普鲁士蓝材料开发了高倍率水系钠离子电池，2C倍率下的循环寿命达到10000次；日本丰田公司电池研究部也在2015年宣布开发出了新的钠离子电池正极材料体系。国内首家钠离子电池公司中科海钠于2017年成立，依托中科院物理研究所技术的中科海钠公司已经研制出能量密度高于135Wh/kg的钠离子电池，平均工作电压为3.2V，在100%深度放电，循环1000次后容量保持率为91%，现已实现正、负极材料百吨级制备及小批量供货，钠离子电芯也具备了MWh级的制造能力，并率先完成了在低速电动车和30kW、100kWh储能电站的示范作用。2021年，宁德时代发布钠离子电池，并宣告23年实现量产。2022年，传艺科技、维科技术等新进入者也纷纷宣告布局钠离子电池。宁德时代：战略性布局，融入锂离子体系，产品应用布局超预期确定钠电定位，吹响钠电产业化号角。宁德时代2021年7月29日发布其第一代钠离子电池，宣布采用普鲁士蓝和（或）层状金属氧化物/硬碳体系，定位为与锂离子电池相互补充。发布会意义在于证明钠离子电池的性能可用性和具体场景的落地，利用宁德时代强大的供应链影响力吹响了钠离子电池正式产业化的号角。但是发布会未直接提及的成本和循环性能有待长期考量。其制造体系主要是材料改变，制造设备可以与现有锂电产线兼容：1)正极材料：普鲁士白、层状氧化物，体相结构进行电荷重排，还有一些表面改性，解决了循环过程中的能量快速衰减问题，160mAh/g，与锂离子正极相当；2)负极材料：改性后的硬碳，比容量350mAh/g，与目前石墨相当；3)电解液：新型电解液。电芯性能相较于现有钠离子电池产品有了很大提高，位于世界顶尖