陈述出品/做者：浙商证券、张雷、黄华栋、王婷
以下为陈述原文节选
1钠离子电池：性价比凸起，支流道路了了
1.1钠电池性价比凸起，目前处于痛点攻坚期
钠离子电池次要由正极素材、负极素材、电解量和隔阂等关键部件构成。钠离子电池的工做原理和锂离子电池类似，都属于“摇椅式”。充电时钠离子从正极素材脱出后，颠末电解量嵌进负极素材中。与此同时电子则从正极经由外电路运动到负极，以维系整个系统的电荷平衡。放电过程则与充电过程相反。此中钠离子电池正、负极素材系统为决定性因素，电解量次要与正、负极素材系统停止抉择婚配利用。
与锂电池比拟，钠电池的优势在于：1)资本丰富和低成本：比拟锂离子的稀缺性，钠离子在地壳元素中的储能更丰富，因而成本低，可成为锂离子电池很好的填补，截至2022年11月数据，碳酸钠价格约为碳酸锂价格的1/200，此外钠电池的正负极均摘用铝箔，可进一步降低成本；2)宽温性：在-40°C~80°C的温度范畴内均有较好的容量连结率；3)快充和倍率性好：不异浓度的钠离子电池电解液比锂离子电池电解液具有更高的离子电导率，同时钠离子在极性溶剂中具有更低的溶剂化能，使其在电解液中具有更快的动力学性量，具有更高的电导率；4)平安性：钠电池可在零电压下保留及运输，无运输平安风险，在短路时，自觉热热量少，无起火/爆炸等隐患；5)消费：与锂离子电池具有类似的工做原理和素材构成，消费体味和设备能够部门兼容。
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钠离子电池手艺适用化的痛点在于：1)钠离子量量比锂离子重，电负性不及锂，因而能量密度不及锂。同类电极素材钠离子电池的电压比锂离子电池低，因而钠离子电池比容量低，能量密度也低。2)钠离子体积更大，难以脱嵌，轮回性能较差。钠离子半径比锂离子大，因而招致钠离子在刚性构造中相比照较不变，难以可逆脱嵌。即便能够发作脱嵌，钠离子嵌进脱出的动力学很慢，而且随便引起电极素材的构造产生不成逆的相变，从而降低了电池的轮回性能。
1.2电极素材手艺阐发：支流道路根本了了
(1)正极素材：层状氧化物是支流标的目的
针对钠离子电池的两个痛点，电极素材是改进其能量密度、电压与轮回性能的关键。只要研发出适于钠离子不变脱嵌的正负极素材，才气推进钠离子电池的适用化。已有的正极素材次要包罗层状氧化物素材、聚阴离子素材和普鲁士蓝/白类素材。此中，层状氧化物素材为目前钠离子电池的支流标的目的。
三种钠电正极素材性能各具好坏，别离对应差别的利用场景，各家企业规划差别。
(1)层状氧化物：与锂离子电池三元素材均为一种嵌进或插层型化合物，二者消费工艺类型不异，且产线能够共用，工艺成熟度相对较高。在性能方面，层状氧化物具有比容量高、压实密度高档，构造利于储钠，但构造存在相变，招致轮回性能和不变性较差；此外，层状氧化物极易与空气中的水和二氧化碳等物量反响，在晶体构造外表构成副产品，将来利用场景偏向于动力和性能要求较高的范畴。根据钠离子的配位情况和氧的堆积体例，层状氧化物可分为O3、P3、P2、O2等，此中O3型素材和P2性素材的开展前景较好。O3型素材(如NaNiO2、NaFeO2、NaCrO2等)具有更高的钠含量，能量密度更高，但因为钠离子迁徙的扩散能垒高，故其轮回寿命较差。P2型素材(如Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na2/3Fe1/2Mn1/2O2等)轮回寿命较好、空气不变性较高，但比容量略低。规划企业包罗中科海纳、宁德时代、钠立异能源和Faradian等。
(2)聚阴离子：具有不变的框架构造，使得该类素材具有优胜的热不变性、轮回寿命和平安性，但大量量的阴离子基团较多，招致素材的导电性和比容量较差，且能量密度较低，适宜在混动车、不连续电源等范畴利用。常见的聚阴离子素材有硫酸铁钠、磷酸铁钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、焦磷酸盐等。此中硫酸根比磷酸根电负性强、工做电压更高，且硫酸盐系素材具有低成本的优势，但其易吸潮合成使得素材的轮回寿命比力差。钒基聚阴离子素材具有较高的工做电压(3.4~3.8V)和较高的理论比容量，但因为钒成本较高且具有毒性，削弱了其做为钠离子电池素材的性价比优势。规划企业包罗寡钠能源、钠立异能源和Naiades等。
(3)普鲁士蓝类：开展较晚，成本更低，能量密度较高，开放三维构造利于钠离子脱嵌，平安性、倍率性好，但造备过程中难以掌握配位水，导电性和轮回寿命较低，合成前提苛刻，且氰化物具有潜在毒性，目前次要的造备办法是共沉淀法和水热法，更适用于大规模妥帖的场景，例如储能电站。规划企业包罗宁德时代、星空钠电和Natron Energy等。
层状氧化物是目前研发停顿最快的正极素材，有看率先实现量产。中科海纳做为聚焦层状氧化物正极素材的代表公司，在手艺研发方面停顿敏捷。层状氧化物的研发次要需要征服复杂构造演变、不成逆相改变、传输动力学差、空气不变性差等关键科学问题。中科海钠在国际上初次发现Cu2+/Cu3+氧化复原电对在含钠层状氧化物中高度可逆。基于此，公司设想和造备出低成本、情况友好的Na-Cu-Fe-Mn-M-O层状氧化物正极素材(铜铁锰皆为廉价金属)，该正极素材的专利已经在中国、日本、美国、欧盟获得受权。
(2)负极素材的改进：软碳、硬碳好坏纷歧
碳基素材中首选无定形碳素材。目前能够做电池负极素材的碳基类素材次要包罗石墨类碳素材和无定形碳(硬碳和软碳)素材。在锂离子电池负极中常用的石墨素材，因为热力学原因，无法与钠离子构成不变的化合物，因而钠离子电池难以利用石墨做为负极素材。碳纳米素材次要包罗石墨烯、碳纳米管等，依靠外表吸附实现钠的存储，可实现快速充放电，但存在库仑效率低、轮回性差等问题使其难以获得现实利用。层间距较大的无定形碳素材因具有较高的储钠容量、较低的储钠电位和优良的轮回不变性，成为更具利用前景的钠离子电池负极素材。
无定形碳素材中首选硬碳素材。在碳基素材中，比拟于石墨等软碳素材而言，硬碳素材无法石墨化。硬碳素材的碳层摆列规整度低于软碳素材，其层间能够构成较多的微孔以便利钠离子的脱嵌。硬碳素材具备储钠比容量较高、储钠电压较低、轮回性能较好等诸多性能优势，同时具备碳源丰富、低成本、无毒环保等优势，与石墨电极比拟，在冷启动和快速充电形式方面也更具优势，是当前首选的钠离子电池负极素材。
硬碳做为负极素材时也存在部门缺点，如电极电位低、首圈库伦效率低和轮回不变性差等，那对硬碳基负极素材的财产化利用形成了障碍。固然对硬碳素材的储能机理有待进一步确认，但是关于硬碳储钠性能的提拔战略已经闪现了共通之处。硬碳素材储钠性能(倍率、比容量、首圈库伦效率)提拔的战略次要集中在以下几个方面：通过调控前驱体的合成及热解过程调控硬碳的孔隙构造和层间距；与其他素材的包覆和复合、杂原子掺杂等来调控素材的缺陷水平和层间距；电解液的调控和预钠化的处置。
(3)电解液：溶剂类似，差别点在于钠电池次要摘用六氟磷酸钠
钠离子电池的电解液与锂离子电池的电解液类似，能够沿用现有锂离子电池的部门消费配备与手艺。NaPF6和NaClO4是最常被研究的两种钠盐。NaPF6曲至300°C几乎没有量量缺失，PC基(碳酸丙烯酯)电解液中导电率更高。因为其合成原理与LiPF6类似，在造造工艺方面能够与目前的锂离子电池造造工艺和设备兼容，成为了钠离子电池电解液的支流标的目的。NaClO4拥有离子迁徙速度快、热不变性强、成本低等优势，但含水量高、易爆炸和高毒性等不敷影响了其现实利用。相关于传统的钠盐NaPF6和NaClO4，含氟磺酰基团的钠盐(NaTFSI，NaFTFSI，NaFSI等)具有较高的热不变性和无毒的特征，但是因为其阴离子关于铝箔集流体具有侵蚀感化，所以很少被当做零丁的钠盐来利用。
1.3成本：量产后将具有凸起的素材成本优势
当前钠电芯的素材成本约为0.427元/Wh，磷酸铁锂电芯的素材成本约为0.627元/Wh，当碳酸锂价格降低至20万元/吨时，磷酸铁锂电芯的素材成本与钠电芯的素材成底细当。考虑到造造工艺和设备非常附近，假设钠电池财产链成熟后，与锂电池的单元造形成底细同，因而次要比照二者的素材成本。根据目前的素材价格和单耗，我们预算钠电芯的素材成本约为0.427元/Wh，此中正极素材、负极素材和电解液占据较高比例；当大规模量产后，假设素材能量密度提拔带来单GWh素材消耗量、财产开展成本降低带来售价的下降，我们预算财产成熟后，钠电芯的素材成本约为0.285元/Wh；在目前碳酸锂价格约为50万元的情状下，磷酸铁锂电芯的素材成本约为0.627元/Wh；当碳酸锂降价30万元/吨至20万元/吨时，我们计算得到磷酸铁锂电芯的素材成本约为0.438元/Wh，与目前钠电芯的素材成底细当。
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精选陈述来源：陈述派
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