钠离子电池行业研究：厚积薄发_产业链加速布局.docx

钠离子电池行业研究：厚积薄发_产业链加速布局HYPERLINK"http://quote.eastmoney.com/SH601377.html"\h1、钠离子电池：从基础研究走向产业化应用1.1、前期研究停滞，如今终获重视钠离子电池起步较早，但前期研究进展缓慢。钠离子电池从上世纪70年代起便得到学术界的关注，甚至早于锂离子电池的研究。随着在90年代锂离子电池的成功商业化，锂电池相继在消费、动力和储能等领域被广泛应用，而钠离子电池的发展悄然中止。技术变革与锂资源约束推动钠离子电池复兴。21世纪以来由于锂资源的稀缺和分布不均，钠离子电池技术逐渐重新回到科研界的视野。背靠快速增长的新能源产业，钠离子电池的相关研究突飞猛进，技术进步下钠离子电池的优势不断被发掘，发展潜力逐步显现。1.2、工作原理相似，材质性能各异钠电池与锂电池结构类似，可借鉴锂电池产业化经验。钠离子电池与锂离子电池均属于可充电电池，都遵循脱嵌式工作原理，主要结构都包括正极、负极、集流体、电解液和隔膜。当钠离子电池充电时，钠离子从正极脱出，经过电解液和隔膜到达负极并嵌入，使正极电势高于负极，外电路电子从正极进入负极；放电过程则与之相反。正因为钠电池在架构方面与锂电池的高度相似，因此二者可以实现在电池生产设备、工艺方面的兼容和产线的快速切换。钠离子电池的特性体现在如下方面：原材料资源丰富，具有重要战略意义和经济价值。统计数据显示，锂离子电池所需的锂、钴、镍在地壳中的丰度仅为17ppm（百万分之一），30ppm和90ppm；且我国现阶段80%的锂资源依赖进口，锂资源供应受地缘政治影响，价值波动性大。相比之下钠离子电池正极常用的钠、铁、锰在地壳中的丰度则分别为23000ppm、63000ppm和1100ppm，且分布更加均匀。一方面，钠离子电池的应用可以缓解全球锂资源供不应求的局面，缩小供需缺口；另一方面，丰富的钠盐储量和成熟的提取工艺共同决定了钠离子电池更低的材料成本以及成本波动幅度（后文将详细分析）。理论能量密度上限低于三元锂电池，但能量密度区间与磷酸铁锂电池有重叠。钠离子电池能量密度为70-200Wh/kg，与NCM三元锂电池240-350Wh/kg范围无重合，远高于铅酸电池的30-50Wh/kg；理论上高能量钠电池和LFP锂电池在同一水平，固态钠电池的理论能量密度甚至有望超过400Wh/kg，但是现阶段能够投入量产的钠电池能量密度尚未突破160Wh/kg水平。钠离子提升能量密度的高确定性长期技术路径是“液态→半固态→固态电解质”，液态电池阶段正极材料的技术突破也为能量密度提供进步空间。仅从能量密度的角度考虑，钠电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主导的低速电动车、储能等市场，短期内难以撬动消费电子和动力电池领域的市场。安全性高，高低温性能优异。钠离子电池在高低温测试中均显示出较好的容量保持率。由于钠离子电池内阻略高导致瞬间发热量少，其在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中也未出现起火或爆炸，安全性和稳定性为钠电池开拓高寒和运输相关市场。快充优势显著，循环寿命长。快充能力方面，钠离子的斯托克斯直径比锂离子更小，相同浓度的电解液离子电导率高出20%，或者为达到同样离子电导率允许使用更低浓度电解液；钠离子的溶剂化能比锂离子更低，具有更好的界面离子扩散能力。循环寿命方面，钠电池的理论循环可达到10000次，现阶段在3000-6000次左右，基本相当于磷酸铁锂电池。2、产业需求差异化，技术路线多样2.1、正极材料：性能各有优劣主要的正极材料包括过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物。三种材料均处在持续研发和产业化探索的过程中，在比容量、稳定性、电导性等方面各有优劣。此外，由于钠离子电池有较为完善的专利保护，因此各个生产商选择的技术路线分化明显，尚不存在某一明确的主导技术路线。过渡金属氧化物分为隧道型和层状氧化物，其中后者极具商业应用前景。层状氧化物具有O2、O3、P2和P3四种结构。P2和O3两种层状氧化物有良好的结构以供离子通过，电极材料比容量分别为100mAh/g、140mAh/g，与硬碳组成的全电池实际能量密度较高（超过120Wh/kg）。但是，层状氧化物材料中选用部分过渡金属仍然会存在结构稳定性和循环性能差的问题，需要通过引入活性或惰性元素进行掺杂或取代。尽管如此，层状金属氧化物因为可以借鉴锂离子电池常使用的固相法或共沉淀法实现低成本规模化生产，仍然是当前比较主流的正极材料，受到中科海钠、钠创新能源、英国Faradion等公司的青睐。目前，P2结构材料通过多种元素混合形成的改进材料首圈比容量最高可实现190mAh/g。聚阴离子化合物主要分为橄榄石结构、NASICON结构、三斜结构以及混合聚阴离子化合物材料，结构稳定但比容量较低、导电性偏低。橄榄石型材料