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（陈述出品方/做者：中泰证券，曾彪）
钠电池 ，是锂离子电池的 完美替补？
钠离子电池具备替代锂离子电池的前提
工做原理：与锂离子电池不异：属摇椅式二次电池， 充电时钠离子从正极脱嵌，通过电解量和 隔阂后在负极嵌进，放电时则相反运动。
钠源：氢氧化钠、碳酸钠、甲酸钠、醋酸钠、氯化钠等；储量丰富， 易于开摘，赐与链平安风险小；锂源：氢氧化锂（三元）、碳酸锂（铁锂）；原矿档次低，开摘难度 大，周期长，价格颠簸较大，对外依存度高；
钠离子电池财产化开展的打破口：素材端，重点是钠电公用正负极主材的开发
正极素材：离子半径上的差别意味着钠化合物 在晶格构造与锂存在区别，需要发掘或通过界 面和构造调控实现兼具优良电性能和轮回寿命 的钠基正极主材。
负极素材：贸易化的石墨负极或硅碳负极（层 状有序构造）不合适贮存钠离子。
电解液：次要溶剂由六氟磷酸锂切换成六氟磷酸钠，壁垒较低。
隔阂、集流体：隔阂孔隙大小为纳米级别，离子半径的差别可漠视与锂电池通用；钠与铝无合金化反响，不 会侵蚀铝箔，负极集流体可用铝箔替代铜箔。
其他添加剂：包罗正负极添加剂，电解液溶剂，大致与锂电池不异，通过开发新型辅材、或配方用量的调配 到达性能与成本的平衡兼顾。
钠离子电池财产化开展的打破口：电池端，重点存眷钠电公用电池治理系统的开发，测试数据库的完美和行业原则的制定
电芯设想：包罗电池形态（圆柱、方形、软包），正负极主材的选型，和辅材的搭配， 以期优化电池的综合性能。电芯工艺：电芯产线工艺参数的优化（关键是极片段和化成段）和know-how体味的积存。
测试/模仿数据库：处在财产化初期，轮回性能、日历寿命等长周期验证数据相对匮乏（以1C倍率循 环为例，算上静置时间，一天8次轮回，获取3000次轮回数据需1年时间）。
模组/系统集成：钠电池在能量密度的表示逊色于锂电池，需要对模组集成上做出优化。电池治理系统开发：充放电特征、电压形式、热量散布等均有差别，需要针对性地开发 BMS系统。
原则化：包罗性能目标，规格和测试办法等，有利于产物妥帖和成本降低。
钠离子电池，若何设想？
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钠离子电池正极素材：层状金属氧化物
层状金属氧化物NaxMO2 因为钠离子的含量的差别存在多种结 构，次要分为O3（x=0.8~1）和P2（x=0.67~0.8）构造。1. O代指，Na+被周边氧离子包抄，占据八面体点位，P代指占 据棱柱点位 ，下标3指 ABCABC形式的层状堆积，2指 ABBAAB的堆积形式。2. O3构造Na+的含量更多，因而容量相对更高，但是Na+的传 输动力学相对P2构造更差，且在脱嵌过程中易使晶体构造发 生不成逆的相变，轮回性能下降。3. 若x
钠离子电池正极素材：层状金属氧化物造备
多离子掺杂+晶相调控：容百科技钠电池正极素材NaiNixFeyMnzM1-x-y-zO2
1. 通过多离子掺杂对晶相停止调控，构造中的TM-O键长发作改动，素材同时具备P2相和O3相，相界之间的复合有效按捺不成逆相变， 构造不变性进步，轮回性能和放电容量更佳。
其他改性体例：层状-隧道复合构造（格林美）
1. 内核包罗高锰含量的NaxMnaM1-aO2，供给高能量密度，外壳包罗NaxNibMncFedO2，起构造不变感化，减低活性物量与电解液发作的副 反响，进步轮回性能。2. 消费工艺与锂电池三元素材的消费流程类似，重置成本低。
钠离子电池，若何设想？--正极素材
NASICON型聚阴离子型化合物NaxM2 (XO4 )3，相较层状金属 氧化物，晶体构造闪现拥有较大间隙的三维框架。1. x=1~4; M能够是V, Fe, Ni, Mn, Cr等; X 则是P, S, Si, Se, Mo 等，典型代表为Na4V2 (PO4 )3 ，相较磷酸铁钠电压更高 （V4+/V3+氧化复原对平台电压3.4V）。2. 聚阴离子多面体中氧原子的强共价键(PO4) 3−，素材晶体构造 不变，轮回性能优于层状氧化物素材，同时，开放的三维通 道也带来更高的离子电导率。
钠离子电池正极素材：聚阴离子型化合物素材造备工艺（共沉淀法）
工艺要点 ：1. 在水系系统下对温度和PH的掌握，与钒源转换率，产物的晶粒和外表活性构造的润色息息相关。2. 钒源为氧化物钒源或偏钒酸盐，成本较低；钠源为氟化钠、碳酸钠、氢氧化钠等；氟源为氟化钠、氟化铵、氢氟酸等。3. 原液中Na:V:P:F摩尔比：(3-4):2:(2-2.5):(3-4)。
优化标的目的：1. 素材优化：掺杂、包覆；在Na4MnV(PO4 )3颗粒外表平均包覆碳层，且碳层上掺氮，进步电子/离子传输速度。2. 工艺优化：固相法；的钠源、磷源、锰源、碳源通过球磨混合，碳层包覆以及氮掺杂均在烧结过程一步成型，简化工艺，降低 成本，有利于大规模消费和工业。
钠离子电池正极素材：普鲁士蓝类(PBAs)正极素材价格廉价，理论比容量高，但是财产化难度相对较大
普鲁士蓝类Na2M[M'(CN)6 ] (M, M' = Fe, Co, Mn, Ni, Cu, Zn etc.),持久用于消费深蓝色颜料，因为成本上具备优势，其在 钠电池正极范畴的利用被开发。1. 晶格是具有开放的离子通道和宽阔间隙的三维刚性框架， 利于钠离子快速传输。2. 含两种差别的氧化复原活性中心：(如Na2Fe[Fe(CN)6 ]的 M2+/3+和Fe2+/3+），理论比容量高（170mAh/g）。3. 该 晶 格 结 构 存 在 结 晶 水 和 [Fe(CN)6 ] 空 位 , 导 致 Fe−C≡N−Mn骨架毁坏，可逆容量，倍率才能和轮回稳 定性低于理论值。
钠离子电池，若何设想？--负极素材
钠离子电池负极素材：硬碳系统消费工艺
工艺要点：1. 微孔构造调剂：0.3～0.7nm，更多的锂簇储锂空间，进步素材容量，更快脱嵌钠，提拔倍率性能；2. 素材构造调剂：硬炭负极素材为球形，硬炭颗粒球形化削减颗粒间堆积密度，进步负极压实，获得高能量密度。3. 交联剂的抉择：摘用有机交联剂制止了无机交联剂（氯化铵和硫酸铵)在高温碳化过程合成并侵蚀碳化设备带来的风险；此外，适宜的交联剂亦可增大碳链之间的交联反响，调剂碳层间孔隙数量，供给更多储钠空间 4. 烧结体例：需要在效率和化学反响量量上做出权衡，进步加热速度、降低保温时间的同时，需要包管内部脱氢足够，淀粉 原料的球形描摹不被毁坏等，制止对首效、能量密度和压实密度形成影响。
硬碳的碳化温度小于1500°C，低于石墨化温度，消费成本低；次要设备为球磨机，加热炉，工艺简单，设备重置成本低；摘用差别 的前驱体，消费工艺需针对性的停止细节调整，在素材性能、成本和消费难度等方面逃求平衡。
钠离子电池，若何设想？--电池环节
钠离子电池优化：正极补钠
钠离子电池硬碳负极存在首效较低的问题，形成正极活性物量在初次充放电的大量缺失，全电池能量密度下降。通过在电池激活前前添 加额外钠离子来抵偿活性钠离子缺失，以此进步首效，称为补钠手艺。正极补钠剂：做为添加剂与正极活性物量混合造成浆料，涂敷在铝箔造成极片，构成电芯。在电池化成时被氧化，释放钠离子填补初次 充放电过程不成逆的活性钠离子缺失。
1. 正极补钠剂典型代表有Na2S、NaN3、Na2NiO2、NaCrO2、Na3C6H5O7、Na2C6O6等。2. 需把控适宜的添加比例，存眷正极添加剂分阐明放气体或添加剂残留等问题。3. 中南大学摘用NaCxNyHz型补钠素材，掺杂比例9%-17%wt，进步全电池能量密度约20-30%；电池消费工艺方面，可增加degassing设 置、步调，处理素材反响合成的产气问题。
钠离子电池，财产化提速
钠离子电池政策撑持及末端利用需求
工信部及国度发改委出台多份文件，为钠离子电池的财产标准 化开展，行业原则化制定等范畴供给了撑持与批示定见。
估量2023年，钠离子电池先对二轮车市场停止渗入，并具备替 代低速车的前提；储能范畴，则先行对MWh根本的中小型工商 业储能系统和户储停止渗入。
钠离子电池财产化历程
估量2023年构成万吨级规模的钠离子电池正极产能，此中仅容百，钠创，美联新材远期规划近30万吨正极产能，称心近115GWh的电池 拆机需求。国内次要负极造造商均已起头规划，目前构成千吨级规模的钠离子电池负极产能。
投资阐发
单晶素材无晶界，制止了轮回过程晶界开裂、颗粒破裂，内 部摆列具各向同性，构造不变更高；同时也更适配高压系统， 使更多离子脱嵌，进一步进步能量密度。通过特殊微晶构造前驱体，连系多原子掺杂停止润色，形 成有特殊外壳包裹的核状构造层状金属氧化物，在消费过 程中通过煅烧工艺调剂晶相，进步素材轮回不变性。
传统办法造备普鲁士蓝类正极素材粉末，因为颗粒粒径小、比外表积大、以及外表吉布斯自在能大，随便呈现团聚问题，通过机械、离 心手段难以构成素材平均分离的浆料。1. 工艺间接摘取普鲁士蓝类化合物的溶液（对固含量停止调控），加进粘接剂、导电剂等辅料构成浆料（固含20％-60％），活性素材分 散平均，团聚现象得以处理。2. 省往了沉淀、过滤以及枯燥等工序，消费效率大大提拔。
处理行业痛点：普鲁士蓝除结晶水；电池集成处理计划。通过枯燥脱水获得的普鲁士蓝类正极素材，加进导电改性液 停止外表处置，改性液中的含硼元素，如(BO3 ) 3-、BF3能够 与过渡金属构成配位或代替过渡金属连系的配位水，避免曝 露在空气中从头产生结晶水
钠离子电池模组计划，处理能量问题（AB电池）。整合锂离子电池的高能量密度和钠离子电池的快充和低温 利用，搭配A00/A0车型拥有较大优势。将两种系统的电池混搭、集成至同一系统，BMS系统的 精准算法和联动调控是关键难点。
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陈述节选：
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