钠离子电池研究报告-潜在空间广阔-宁德时代入局加速产业化.docx

钠离子电池研究报告潜在空间广阔，宁德时代入局加速产业化1、钠离子电池：潜力巨大的电池路线1.1、钠资源：更高丰度，更低成本钠资源在电池上的商业化应用落后于锂资源。在元素周期表中，钠元素与锂元素处于同一主族，物理化学性质非常相似。在选择电池材料时，锂在电势、原子量、离子半径等基本性质上，相对来说都是比钠更好的材料。锂的原子量更低、离子半径更小，使得其理论质量比容量是钠的3.3倍，理论体积比容量是钠的1.8倍；且锂的电位更高，比钠高12%，这使得在能量密度上，锂材料的电池也更占优势。因此锂离子电池也更早大规模商业化。但是，随着全球电池需求量的迅速增长，锂资源开始面临着资源约束问题，一方面是锂资源的总量分布有限，地壳丰度仅为0.006%;另一方面是锂资源的空间分布不均匀，锂矿主要分布在澳洲、南美地区，根据美国地质勘探局2021年报告，我国锂资源储量仅占全球6%，且开采成本较高，现在的电池生产用锂对外依存度过高。锂资源的供需紧张也使得2021年以来，锂资源大幅涨价。根据wind数据，与2021年1月1日价格相比，2021年7月20日碳酸锂价格上涨66%，氢氧化锂价格上涨96%与锂资源相比，钠资源储量非常丰富，地壳丰度为2.64%，是锂资源的440倍。且钠资源分布广泛、提炼简单。钠离子电池大规模商用后，会具有较大的成本优势。1.2、钠离子电池：原理相似，潜力巨大钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，为嵌脱式电池。充电时，Na+从正极脱嵌，进入负极；放电时，Na+从负极回到正极，外电路电子从负极进入正极，将Na+还原为Na。在电池的核心性能上，钠离子电池的理论能量密度上限低于锂离子电池，但能量密度区间与磷酸铁锂电池有重叠范围。当前的钠离子电池能量密度大约在70-200Wh/kg的区间上，而锂离子电池能量密度大约在150-350Wh/kg的区间上，其中，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，约在150-210Wh/kg的区间上。除钠资源储量与价格优势之外，钠离子电池在其他一些方面上同样优于锂离子电池：（1）集流体材料更便宜：铝与锂在低电位会发生合金化反应，锂离子电池只能选择铜做集流体。而铝与钠在低电位不会发生合金化反应，因此钠离子电池可以选择更便宜的铝做集流体。（2）界面离子扩散能力更好：钠离子的溶剂化能比锂离子更低，界面离子扩散能力更好。（3）离子电导率更高：钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率。（4）高低温性能更优异：根据目前初步的高低温测试结果，钠离子电池高低温性能更优异。（5）安全性能更好：钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高，在短路情况下瞬间发热量少、温升较低。与其他电池路线相比，钠离子电池还有一个重要优势：钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，与锂离子电池的生产设备大多可兼容。1.3、发展速度快，是锂电的有效补充钠离子电池商业化进展近年来加快。2021年5月21日，宁德时代董事长宣布公司将于今年7月份左右发布钠离子电池。而早在2020年6月宁德时代成立21C实验室时，就把钠离子电池作为中短期的三个主要研究方向之一。我国的中科海钠公司也在近年来先后推出钠离子电池电动自行车、电动汽车和储能电站的示范。钠离子电池的出现是现有锂电池技术的补充，目前钠离子电池的能量密度可以做到150Wh/kg上下，与锰酸锂电池接近，循环寿命可以做到3000~6000次，与磷酸铁锂相当，优于锰酸锂和三元材料，热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当。成本方面，以中科海钠数据为例，按照等容量软包电池成本分析，钠离子电池BOM理论成本比锂离子电池低30%。但现阶段，与铁锂等成熟锂离子电池相比，钠离子电池体系由于工艺不成熟、研发设备成本摊销大以及产品一致性等问题，造成生产成本难以控制，BOM成本优势难以发挥，钠电的性能和价格均处于劣势。目前钠离子电池也尚无统一的标准体系及第三方检测认证机构，性能参数需要长期且具体地来甄别判断。但随着宁德时代等公司的持续研发推进，钠离子电池的产业化进程有望持续加速。2、电池材料：正负极材料变化较大2.1、正极：基于钠资源，成本优势显著钠离子电池与锂离子电池最大的区别在于正极材料。目前钠离子电池正极材料主要有钠过渡金属氧化物（如NaMnO2）、钠过渡金属磷酸盐（如Na3V2(PO4)3)、钠过渡金属硫酸盐（如Na2Fe2(SO4)3)、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物（如Na2FeFe(CN)6)等几大类。层状金属氧化物是当前比较主流的正极材料。中科海钠、钠创新能源、Faradion（英国）等公司均选择了层状金属氧化物作为正极材料，其中中科海钠的产品能量密度达到135Wh/kg，循环寿命大于2000次；Faradion的产品能量密度达到140Wh/kg，循环寿命达到1000次。正极材料使用钠资源，将为钠离子电池提