陈述出品/做者：海通国际、Yijie Wu
以下为陈述原文节选
1. 钠电vs 其他电池：原理类似锂电，成本更具优势
1.1钠离子电池原理：与锂电池类似
钠离子电池的工做原理和锂离子电池根本类似，均是一类“摇椅式电池”。钠离子电池次要由正极、负极、电解液、隔阂等构成。正极和负极包罗活性物量、导电剂、粘结剂等，平均涂布在铝集流体上。在充电过程中，电池内部钠离子从正极素材中脱出，颠末电解液迁徙到负极；同时，电子在外电路中从正极迁徙到负极，来确保电荷平衡。与之相反，在放电过程中，电池内部钠离子从负极中脱出，颠末电解液迁徙到正极；在外电路中，电子从负极迁徙到正极。一般的充放电过程是可逆的，电极素材的晶体构造不会因为钠离子的脱/嵌而改动，只要体积和面间距会发作细小的改变。
1.2 钠电池vs 锂电池vs 铅酸电池：钠电成本更低，性能接近锂电，优于铅酸电池
相较于锂资本，钠资本的丰富是钠离子电池的一大优势。据USGS 2021年陈述，全球锂资本量约为8900万吨。目前全球已探明锂资本量中可开摘的储量为2200万吨，按1kWh电池消耗0.6kg碳酸锂，全数锂只能存储约193809GWh的能量。以一辆电动汽车装备80kWh的电量停止计算，需要48kg碳酸锂，全球可开摘的锂资本仅能称心最多24亿辆电动汽车的需求。此外，锂资本还普遍利用在其他范畴，包罗电化学储能、便携式电子产物、玻璃陶瓷行业及核工业等。因而，锂比钠愈加稀缺，存在耗尽的风险。
钠资本丰富使得钠离子电池的原素材成本更低。地球上的钠资本储量相当丰富，相关于锂含量仅约为17ppm，钠含量约为23000ppm，品貌位于第6位，且散布于全球各地，不受地区的限造。所以在资本方面，钠离子电池比锂离子电池具有更大的优势。因为锂资本需求的高速增长，碳酸锂价格涨势迅猛，已从2022岁首年月的约25万元/吨涨至岁暮的56万元/吨，而金属钠和碳酸钠的价格显著较低，金属钠价格2022年约为2万元/吨，碳酸钠价格约为2700元/吨。
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除了资本丰富，钠离子电池还在电解液、集流体、电池治理系统、物流和贮存方面有成本上的优势。因为现阶段锂离子电池各个方面均比力成熟，且从1991年锂离子电池利用至今，其成本已经下降了97%。而钠离子电池财产处于起步阶段，可降的空间宽广。
钠离子电池的各项性能目标已经接近锂离子电池，部门目标以至优于锂电池。锂离子电池有良多系统，此中，磷酸铁锂/石墨系统具有低成本、高能量密度、平安性优良以及轮回寿命长等特征，与钠离子电池在高性价比、高平安性等方面的定位较一致，将该系统与钠离子电池比照，由表2能够发现，目前铜基钠离子电池固然在能量密度等方面与磷酸铁锂电池还有必然的差距，但有些方面钠离子电池独具优势，好比，钠离子相关于锂离子斯托克斯曲径更小，不异浓度的钠盐电解液比锂盐电解液离子导电率更高，第一电离能更小，使得钠电池有更优良的快充性能；此外，在-20 °C低温情况中，钠电池拥有88% 以上的放电连结率，阐明其低温性能好；钠离子电池平安性好，那是因为热失控过程中其随便钝化失活，热不变性强。
此外，钠离子电池和锂离子电池的消费工艺也很类似。钠离子电池的消费工艺可参照锂离子电池，其消费线与锂离子电池消费线根本类似。差别的处所在于钠离子电池可摘用铝箔做为负极集流体，因而正、负极片均摘用铝极耳。钠离子电池消费线原理示企图如下,每个工序对应的面积根本上与消费线的车间面积成反比。
除了锂电池，铅酸电池也是目前市场上支流的二次电池手艺。在2021年中国电化学储能拆机电池中，锂离子电池占比91.0%，铅酸电池占比5.5%。铅酸电池降生于19世纪，是一种手艺成熟的二次电池，普遍利用于电动自行车动力电源、汽车启动电源、通信基站应急电源等场景。颠末了一百多年来的手艺开展，其能量密度、利用寿命、成本等已欠缺改进空间。固然铅酸电池与锂离子比拟，在能量密度、轮回寿命、情况影响等多个方面存在明显优势，但因为售价较低且有收受接管价值，铅酸电池仍然具有不小的市场占有率。
钠离子电池的各项目标均明显优于铅酸电池，若钠离子电池顺利量产，可能会逐渐裁减铅酸电池。
2.钠离子电池各组件次要手艺道路
2.1 电池正极素材
电极素材的内在电化学特征决定了比容量、轮回不变性和工做电压等关键电池特征，正极素材部门决定了电池能量密度，因而非常关键。目前，钠离子电池正极素材次要包罗层状过渡金属氧化物、聚阴离子素材和普鲁士蓝类似物等。
层状氧化物类为周期性层状构造，因其造备办法简单，比容量、能量密度和电压较高且造形成本较低，有看成为支流的钠离子电池系统，具有优良的利用前景。但是，层状素材大多随便吸水或者与空气反响，不克不及持久存放在空气中，构造的不变性和电化学性能随便遭到影响。
状过渡金属氧化物（NaxTMO2）根据Na+的配位情况及O的堆积体例，被分为O3，P3，P2，O2等差别类型，此中，英文字母代表钠离子位置，数字则代表氧晶格起码反复单位的堆叠层数。图6展现了钠离子电池层状金属氧化物正极素材分类及相变过程。目前已经被报导出来的钠离子电池层状氧化物正极素材大部门为O3和P2两种构造。O3相因为钠离子含量高，具有更高的理论容量，但轮回过程中存在屡次相变，构造不变性较差。P2相层状过渡金属氧化物素材的理论容量略低于O3相，能量密度不高，初始库仑效率有待优化，但其具有更不变的构造、更好的离子导电性和更好的倍率性能。
聚阴离子型化合物为三维收集构造，由聚阴离子多面体通过强共价键与过渡金属离子多面体相毗连而成。聚阴离子多面体在充放电时钠离子的嵌进和脱出引起的构造改变很小，具有输出电压高、耐热性较好、倍率性能较好和轮回性能较好的长处。聚阴离子型化合物，导电性一般较差，为进步其电子电导性往往需要摘取纳米化连系碳包覆等手段停止改进，那招致其体积能量密度偏低。
关于聚阴离子类素材，现可用的系统次要有NaFePO4、Na4Fe3(PO4)2P2O7、Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2 F3等。NaFePO4因为高温下构造不不变，只能LiFePO4通过化学或电化学转换法来得到，在规模化过程中增加了工艺复杂性和合成成本。那种素材因为隧道空间较小，较大的钠离子在此中脱嵌时，将产生较大的体积改变，长轮回性能需要进一步察看。Na4Fe3(PO4)2P2O7素材能够高温固相合成，轮回性能超长，更具成本、资本和电化学性能等优势，有成为类似LiFePO4在锂离子电池中的角色的潜量。而Na3V2(PO4)3和Na3V2(PO4)2 F3都属于NASICON构造素材，具有快的钠离子扩散通道，构造不变性高，轮回不变性可达几千次，是目前最易合成且最不变的素材系统，但存在利用了高贵的钒元素的缺点。
普鲁士蓝类化合物不变性好、成本低、易造备，具有三维开放式框架和较大的间隙位置，有利于Na+快速传输，做为正极素材具有快速的动力学性量和优良的轮回不变性。
Na2FeFe(CN)6和Na2MnFe(CN)6那两种普鲁士白构造素材因为比容量高、轮回不变性好、电化学动力学快和成本低等优势，正在停止财产化验证。那两类素材不变轮回比容量可到达140 mA·h/g，均匀电压别离可达3.0 V和3.4 V，由此与硬碳构成全电池的现实能量密度别离估量为128 W·h/kg和146 W·h/kg。高容量的普鲁士白素材可能使钠离子电池具有更高的比能量，但那两类素材规模化造备仍需要进一步摸索。
2.2电池负极素材
负极素材是钠离子电池手艺开展和利用的重要关键素材，图7展现了优良负极素材需要具有的要素。目前钠离子电池负极素材的研究次要集中在以下几类素材：碳基负极素材、合金类、钛基化合物、过渡金属氧化物以及有机化合物等，表5比照了几种次要素材的优缺点。
碳基素材因为有着丰富的构造和较低的价格，被公认为负极素材的首选。碳基素材次要分为石墨类和非石墨类，此中石墨类又包罗天然石墨和人造石墨，非石墨类次要为硬碳和软碳。
石墨为层状构造，长处有加工工艺简单、能量密度高、可逆容量大等。但是，石墨做为负极的储钠性能欠安，那次要是因为钠离子半径较大，石墨障碍了充放电过程中钠离子的嵌进和脱出。研究者测验考试了多种办法来改进石墨的储钠性能，目前比力有前景的发现，是通过调剂溶剂品种、电解量浓度和温度等参数，以石墨为负极、Na1.5VPO4.8F0.7为正极、以乙醚为电解量的钠离子全电池电化学性能优良，更高电压约为3.1 V，能量密度为149 Wh/kg。全钠离子电池的功率密度、低温性能和轮回寿命在迄今为行的所有钠离子电池中是更好的。别的，在0~60°C的宽温度范畴内停止充放电测试中也表示出了优良的能量密度保留率。那意味着操纵共插层手艺开发的石墨负极的钠离子全电池在大规模能量存储系统中的利用前景非常宽广。
非石墨类素材分为软碳和硬碳，属于无定型碳，因为其具有更大的层间距和无序的微晶构造，所以更有利于钠离子的嵌进脱出。当温度在2800°C以上时能够石墨化的碳素材称为软碳，而硬碳是指在2800°C以上不克不及石墨化的炭素材，其内部碳微晶排布闪现出随机取向的特征，比软碳愈加的无序、杂乱，而且含有微纳孔，因而储钠性能较好。硬碳的优势在于其储钠比容量高、储钠电势低，被认为是最有利用前景的碳基储钠负极素材。
合金类负极素材次要是指与钠离子发作反响构成的合金。Na与In构成Na2In；Na与Si、Ge、Sn、Pb别离构成Na Si、Na Ge、Na3.75Sn、Na3.75Pb；Na与第V主族元素一般构成原子个数比为3:1的化合物。合金类负极素材都具有很高的理论比容量，但是其体积膨胀率同样很高，在频频的充放电过程中，可能会招致素材的性能敏捷遭到毁坏。
金属化合物负极素材具有理论容量高、储钠电压适宜、平安性好和价格低廉的长处。金属化合物分为二元金属化合物和多元金属氧化物，二元金属化合物的研究次要集中在以下两类，一是金属氧化物，包罗：Fe2O3、CuO、TiO2、SnO2等，二是金属硫化物：MoS2、Sb2S3、SnS2等，多元金属化合物次要集中在钛基化合物，包罗：尖晶石Li4Ti5O12等。那类素材普及存在的缺点是导电性较差以及轮回过程中体积改变较大，所以做为钠离子电池负极素材往往表示出较差的倍率性能和轮回不变性。
有机化合物是一种有潜力的钠离子电池负极素材，长处有绿色环保、成本低、平安、构造乖巧等。有机化合物的储钠性量与C=O数量有关。固然有机化合物做为钠离子电池负极素材具有高比容量、资本丰富、成本低等优势，但是其电子电导性能差造约了其利用。此外，有机化合物做为钠离子电池负极素材，对应的电解液也是有机溶剂，电解液就不成制止地化解电极素材，那一问题尚待处理。
2.3电解液与集流体
电解液是沟通电池正负极的桥梁，负责载流子在正负极之间的传输，是影响电池平安性的次要因素，对电池的能量密度、轮回寿命以及倍率性能等有重要影响。适用于钠离子电池的电解液应该考虑的因素有：①粘度；②介电常数（ε15）；③与正负极素材的相容性；④热不变性；⑤平安、无毒、环保。
目前研究的钠离子电池电解液次要包罗有机电解液、离子液体电解液液和水系电解液。水系电解液具有高离子电导率、低成本和优良的平安性，但受限于水的合成电位，水系电解液的工做电压范畴小，严峻造约了钠离子电池的能量密度。离子液体电解液具有宽电化学窗口和高平安性，但其高成本和高粘度障碍了其大规模现实利用。有机电解液具有不变的电化学性能、很高的离子电导率以及较低的价格，是钠离子电池现实利用中最有前景的抉择之一。
集流体起到搜集和传输电子的感化。钠离子电池正极和负极的集流体都可利用廉价的铝箔，相关于锂电池，降低了电池系统成本。
宁德时代位于福建宁德，公司的主营营业为新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、消费和销售。2021年7月29日，宁德时代举办发布会，公布了研发的第一代钠离子电池。该电池具备高能量密度、高倍率充电、优良的热不变性、优良的低温性能与高集效果率等优势。在发布会上，公司表达，在造造工艺方面，钠离子电池与锂离子电池消费设备、工艺的兼容较好，产线可停止快速切换，快速规划产能。目前，宁德时代已启动钠离子电池财产化规划，2023年将构成根本财产链。
关于宁德时代的电池手艺道路，在正极素材方面，宁德时代摘用了克容量较高的普鲁士白素材，通过对素材体相构造停止电荷重排，处理了普鲁士白在轮回过程中容量快速衰减那一核心难题。在负极素材方面，宁德时代开发了具有特殊孔隙构造的硬碳素材，其具有克容量高、易脱嵌、轮回佳的长处。在系统立异方面，宁德时代在电池系统集成方面开发了AB电池系统处理计划，将钠离子电池与锂离子电池两种电池按必然比例停止混搭，集成到统一个电池系统里，通过BMS精准算法停止差别电池系统的平衡掌握。AB电池系统处理计划既填补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发扬出了它高功率、低温性能好的优势。
国轩高科位于安徽合肥，主营营业为新能源汽车用动力锂离子电池(组)自主研发、消费和销售。针对钠离子电池手艺，公司正积极和国表里院校及机构协做停止相关手艺的开发和利用，也在停止钠电池样品的开发和消费。
派能科技位于上海，公司的主营营业为磷酸铁锂电芯、模组及储能电池系统的研发、消费和销售。公司第一代钠离子电池产物已于2022年上半岁首年月步达成了能量密度和轮回寿命的关键手艺目标，现已顺利进进中试验证阶段。公司开发出的第一代钠离子电池正极素材基于层状氧化物，与现有手艺比拟具有更优良的低温暖平安性能。同时，公司正在停止正极素材开发，估量总投资1500万元，实现比磷酸铁锂更高的压实、更低的成本和更高的平安性。
欣旺达位于广东深圳，公司次要处置锂离子电池模组研发造造营业，次要产物为锂离子电池模组，目前正在开发一种新型钠离子电池，正在对钠离子电池的正极素材、负极素材、寿命手艺和电池造造工艺四个方面停止手艺验证，公司预期该项目将使得公司获得长命命、高能量密度、高轮回性能、低成本的钠离子电池，并使之大规模消费利用。
中国长城集团位于深圳，公司核心营业笼盖自主可控关键根底设备及处理计划、军工电子、重要行业信息化等范畴。公司旗下子公司武汉中原长江科技开展有限公司于2016年起头停止钠离子电池财产规划，拥有包罗钠离子电池素材预处置手艺、柔性电极造备手艺、功用添加剂手艺、电解液系统开发手艺等手艺。
鹏辉能源位于广州，为中国较大的电池消费厂家之一，主营营业为绿色高性能电池的研发、消费及销售。次要消费聚合物锂离子、锂离子、镍氢等二次充电电池，锂铁、锂锰、锂亚硫酰氯、锌空等一次电池。公司为了规划钠离子电池硬碳负极素材，曾于2021年10月投资成都佰思格公司。公司目前有三个团队在做钠离子电池的研发工做，包罗层状氧化物、聚阴离子系统等正极道路，公司钠电池产物性能优良。理论上钠离子电池产物成本比锂离子电池低，有看明年实现上游素材和钠电池多量量消费。
华阳能源位于山西阳泉，公司主营营业为煤炭消费、加工、销售；电力消费、销售；热力消费、销售等。公司“钠离子电池正、负极素材千吨级消费项目”落地于山西省综改区潇河园区原则化厂房，新建年产2000 吨钠离子电池正、负极素材消费线各1 条，已于2022 年3 月末试投产。华阳能源全资孙公司山西华钠芯能科技有限责任公司投资建立的钠离子电芯消费线设备安拆调试已完成，钠离子电芯消费线次要消费圆柱钢壳和方形铝壳电芯，项目满产后，钠离子电池将实现从中试到量产的关键转换。
中科海钠是一家专注于新一代储能系统-钠离子电池研发与消费的高新手艺型企业。公司现拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士，胡勇胜研究员为手艺带头人的研究开发团队。企业拥有多项钠离子电池核心专利。
公司目前开发的钠离子电池产物次要是基于O3相多元复合钠层状正极素材和软碳负极素材系统，产物具有能量转换效率高、轮回寿命长、不变性好、庇护费用低、平安性好等特殊优势。次要利用于大规模储能系统，可挪动式充电桩和低速电动车等新能源范畴。目前已经胜利开发出了NaCP08/80/138等差别规格型号的钠离子软包电池，以及钠离子圆柱NaCR26650、NaCR32138电池。
钠立异能源位于浙江绍兴，公司次要营业聚焦于钠离子电池手艺立异与工程化，目标是研发、消费与销售新一代动力与储能电池系统。公司目前的次要核心产物包罗钠离子电池前驱体及正极素材中的铁基三元素材前驱体、铁酸钠基三元正极素材和磷酸钒钠，三元钠电池、普鲁士蓝系钠电池和磷酸钒钠系钠电池用的电解液，以及钠离子电池。公司在浙江绍兴规划了“年产4万吨钠离子电池正极素材项目”，目前工程一期已经顺利建成投产，全数工程公司估量在2023年建成投产。
多氟多是国内首家贸易化量产六氟磷酸钠的企业，具备年产1000吨六氟磷酸钠的消费才能，拥有从六氟磷酸锂产线快速切换六氟磷酸钠产线的工艺手艺，目前公司六氟磷酸钠一般赐与国内包罗中科海钠在内的多家企业。六氟磷酸钠的手艺壁垒次要在原素材的消费手艺储蓄上，公司已经具备其上游必须原素材高纯氟化钠成熟的消费手艺。公司依托自产关键电解量六氟磷酸钠及核心手艺储蓄，比照业内同期程度有成本优势。公司钠离子电池的正极素材中试线已经建成，小批量产物陆续下线，小试的钠离子电池测试目标优良；2023年钠离子电池一期将构成约1GWH的产能，完成5000吨/年正极以及2000吨/年负极产线的投产。
厦钨新能公司掌握钠离子电池正极层状素材量试消费手艺，此中钠电正极素材前驱体及素材开发已完成试消费工做，产物在低温性能和倍率性能方面提拔明显。
振华新材公司钠电正极素材目前是第二代产物，目前已吨级送样，客户反应比力好，公司估量批量供货后钠离子电池正极素材的盈利才能不会弱于三元素材，更先利用场景是两轮车和中低续航里程的电动车。公司研发的钠离子电池正极素材具有高压实密度、高容量、低pH 值和低游离钠的优势。此中，高压实密度、高容量有助于提拔电池的能量密度；低pH值、低游离钠可以有效进步电不变性。钠电正极素材的轮回次数还有提拔空间，但能称心目前更先面世的利用场景。
蔚蓝锂芯的优势是电池造程利用手艺，构成了合作力很强的成本掌握才能。目前已经在做大电池的深度评测，量产大致要到2023年下半年。目前在第一工场有可能1GWh跟铁锂电池共线的钠电池产能。淮安工场二期有约9GWh公司估量24岁首年月投产，也是钠电池和锂电池共线的产能。25 年的下半年，马来西亚工场10GWh 产能将逐渐起头投放出来。公司与中科海钠以约定的产物开发为载体，全方位的协做停止圆柱钠离子电池结合开发、量产、利用妥帖和迭代开发。
传艺科技目前摘用正负极一体化降本，公司规划次要包罗正极、负极、电解液、电芯，因为早期相关环节的配套称心不了消费运营的需要所以自建。项目建立分为一阶段（0.1GWh中试线）、I 期（2GWh钠离子电池）及II期（8GWh钠离子电池）三个阶段，一阶段项目建立方案投资5000 万元人民币，2023岁首年月I期项目方案投资10亿元人民币，II期项目方案投资40亿元人民币。
维科手艺是以新能源锂电池为主业、以3C数码电池和动力电池为核心营业的A股上市公司，于2022年增资南昌维科电池有限公司，拟以钠电池为产物标的目的消费小型动力电池，并与浙江钠创签定《战术框架协议》及《增资协议》，对浙江钠创投资约3000万元，持股比例1.2348%。
3.2国外厂商国外也有多家企业规划钠离子电池，那些公司包罗英国FARADION公司、美国Natron Energy 公司、法国NAIADES组织和日本丰田等。
4.下流利用前景
比拟于其它几种支流电池，钠离子电池具有高原料品貌和低成本的显著优势，在对能量密度与轮回性能要求较低的利用场景中，有看成为现行支流电池的替代途径。目前在用户侧储能和低速交通两个范畴替代优势愈加明显，初步财产化后有看凭仗环保属性与成本优势进进新能源汽车与其它储能场景。
4.1储能：
储能做为链接上游低碳能源端和下流能源利用端的中间环节，其开展对低碳能源系统的建立有重要意义。目前支流储能计划摘用磷酸铁锂电池与三元锂电池。
三元锂电池具有较高的能量密度，但平安性低的特征限造其在储能范畴的利用，国内次要利用于动力电池，也在国外部门储能电站中利用。2022年6月，国度能源局发布《避免电力消费变乱的二十五项重点要求（2022年版）（收罗定见稿）》，对储能场景平安性提出要求——中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次操纵动力电池。
磷酸铁锂电池具有轮回寿命好、平安性能优的特征，但近年来遭到上游原素材价格颠簸、储能电池与动力电池在产能方面合作关系的影响，价格显著进步，储能范畴利润空间被不竭压缩。
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