鈉離子電池專題1-多方發力趨勢已成n鈉離子電池具備替代鋰離子電池的條件：工作原理與鋰電池相同，性能指標與鐵鋰電池存在重疊區，上游礦源豐富易得，產線重置成本低；鈉電池產業化發展的突破口，是鈉電專用正負極材料的開發，電池層級的重點是鈉電專用電池管理系統的開發，數據庫的完善和行業標準的制訂。n正極材料的開發，重點關注層狀金屬氧化物和聚陰離子聚合物類。層狀金屬氧化物生產結構和生產工藝與三元鋰相似，能量密度相對較高，但其循環穩定性遜色于具有穩定三維結構的聚陰離子聚合物類材料。聚陰離子型的問題是能量密度相對較低，可拓寬其在長循環儲能領域的應用。n全電極層級，可以通過補鈉技術和新型電解液優化電池性能。正極補鈉劑在攪拌階段以添加劑的形式加入，補充首次充放電過程不可逆的活性鈉離子損失，在生產中易于實現；液相浸泡和噴涂負極補鈉技術，亦具備商業化應用的條件；此外，利用電解液有機組分的官能團對電極界面進行調控，亦可進一步優化循環性能。n產業鏈規模初顯雛形，預計2023年鈉電正負極主材分別形成萬噸級和千噸級的有效產能，新規劃的鈉離子電池產能超過30GWh。n鈉離子電池電芯材料成本在0.45-0.5元/Wh左右，仍然存在較大的降本空間。n投資建議：鈉電主材性能和工藝局限的突破傳統鋰電正極材料的主要玩家，關注：容百科技、振華新材、當升科技；關注解決行業痛點問題，提供創新解決方案的行業龍頭：寧德時代。n風險提示：鈉離子電池產業化進度不及預期；鋰離子電池或其他新技術持續迭代，鈉離子電池技術發展不及預期；下游需求釋放不及預期；測算結果基于一定假設導致的結果不確定性的風險；鈉離子電池的市場滲透率不及預期。2CONTENTS11）；5u正極材料：離子半徑上的差異意味著鈉化合物在晶格結構與鋰存在區別，需要發掘或通過界u正極材料：離子半徑上的差異意味著鈉化合物在晶格結構與鋰存在區別，需要發掘或通過界面和結構調控實現兼具良好電性能和循環壽命：0.76?狀氧化物類（NaxMO2，對標三元鋰）、聚陰 離子型化合物材料（NaMPO4,對標磷酸鐵鋰）?鈉離子半徑大無法u電解液：主要溶劑由六氟磷酸鋰切換成六氟磷酸鈉，壁壘較低。u隔膜、集流體：隔膜孔隙大小為納米級別，離子半徑的差異可忽略與鋰電池通用；鈉與鋁無合金化反應，不6u其他添加劑：包括正負極添加劑，電解液溶劑，大體與鋰電池相同，通過開發新型輔材、或配方用量的調配6電芯設計：包括電池形態（圓柱、方形、軟包），正負極主材的選型，和輔材的搭配，電芯工藝：電芯產線工藝參數的優化（關鍵是極片段和化成段）和know-how經驗的積累。環為例，算上靜置時間，一天8次循環，獲取3000次循模組/系統集成：鈉電池在能量密度的表現遜色于鋰電池管理系統開發：?鐵鋰/三元充放電特性??鐵鋰/三元充放電特性池充放電曲線7u前驅體：鈉源主要為純堿等常見工業品，原NaMxO2：過渡金屬M可避免使負極硬碳：熱解溫度1000°C，低于石墨化溫度，能源損耗減少；通過前驅體優選（如瀝青基）實過放電：無過放電特征，可放電濫用測試：針刺擠壓測試無起火、倍率性能：溶劑化結合能高，脫溶劑效率高，實現離子更快地遷移；低溫性能：-20°C容量保持率遠RNa：1.8?RNa：1.8?更大的原子質更低的氧化還鈉電池降本空間大，安全性能優異，且能夠拓展低溫應用，但是需要在能量密度上做出取舍，同時長循環產品的開發還需尋22循環壽命、u微觀u晶體構型的有利于鈉離子的嵌入/脫出，循環壽命、u微觀uu摻雜、復合結u表面包覆、表資料來源：Recentadvancesinhighenergy-densityc擇范圍相較于鋰離子電池更廣（主要為Ni，Co，Mn，構，主要分為O3（x=0.8~1）和P2（x=0.67~01.O代指，Na+被周邊氧離子包圍，占據八面體點位，P代指占據棱柱點位，下標3指ABCABC形式的層狀堆積，2指ABBAAB的堆積形式。2.O3結構Na+的含量更多，因此容量相對更高，但是Na+的傳輸動力學相對P2結構更差，且在脫嵌過程中易使晶體結構發3.若x<0.5，晶格結構呈三維資料來源：ChemicalSocie++洗滌、干燥++煅燒溫度600-1100°C煅燒溫度600-1100°C?D50粒徑為0.5-2-30h層狀金屬氧20μm1.通過多離子摻雜對晶相進行調控，結構中的TM-O鍵長發生改變，材料同時具備P2相和O3相，相界之間的復合有效抑制不可逆相變，+溫度、溫度、PH+一次一次資料來源：ChemicalSocie聚陰離子型化合物材料NaFePO4，對標磷酸鐵鋰，二者均有橄欖石型晶體結構?NaFePO4晶體結構?磷酸鐵鋰晶體1.NaFePO4的晶體結構與鈷酸鋰結構相同，且二者比容量較為接近2.NaFePO4晶體結構穩定，但電壓較低（2.85V），但通過離子交換NASICON型聚陰離子型化合物NaxM2(XO4)3，相較層狀金屬?NASICON型聚陰離子型化合物晶等，典型代表為Na4V2(PO4)3，相較磷酸鐵鈉電壓更高穩定，循環性能優于層狀氧化物材料，同時，開放的三維通水+堿液+++2.釩源為氧化物釩源或偏釩酸鹽，成本較低；鈉源為氟化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉等；氟源?理論比容量1.材料優化：摻雜、包覆；在Na42.工藝優化：固相法；的鈉源、磷源、錳源、碳源通過球磨混合，碳層包覆以及氮摻雜均在燒結過程一步成型，簡化工藝，降低反應條件為常壓，溫度小于100°C，制備工藝簡單；原料為常見化工產品，成本低；廢料易于回收，減少環境污染。etc.),長期用于生產深藍色顏料，因為成本上具備優勢，其在普魯士藍類Na2M[M‘(CN)6]*zH2O制備工藝（共沉淀法）。+++金屬+金屬M的鹽鹽鹽++1.晶格是具有開放的離子通道和寬敞間隙的三維剛性框架，2.含兩種不同的氧化還原活性中心：(如Na2Fe[Fe(CN)6]的M2+/3+和Fe2+/3+），理論比容量高（170mAh/g）。Fe?C≡N?Mn骨架破壞，可逆容量，倍率能力和循環穩1.金屬M′的六氰基鈉鹽可選自Na4Fe(CN)6、Na3Fe(CN)6、2.溶劑可選自去離水、乙醇、異丙醇等；無機鈉鹽可選自NaCl、好好好好O3型：中；P3型：中差好中中好差層狀金屬氧化物生產結構和生產工藝與三元鋰相似，能量密度相對較高，但其層狀的晶格結構意味著循環性普魯士藍類正極兼具高能量密度和成本優勢，但其內部結構存在缺硬碳Vs軟碳非碳材料，處在實驗室探索階段，暫不具備迅速量產的條件?層間距相對石墨大，無序度增加，儲鈉位點有限，層插在層間?無序度更高，儲鈉位點更豐富，鈉離子可吸附在表面，或存儲在結構的缺陷位點，或層插、填充進石墨?在低于100mV出現電壓平臺，最低工作電壓可達0.01V，比容量接近?屬于半導體導率低，倍率性能不?Na2C6H2O4，有機負極種類豐富，成本低，結構上可實現較快的鈉離?活性物質易在有機質電硬碳生產工藝實例（貝特瑞淀粉前驅體.?硬碳負極3.交聯劑的選擇：采用有機交聯劑避免了無機交聯劑（氯化銨和硫酸銨)在高溫碳化過程分解并腐蝕碳化設備帶來的風險；此外，適宜的交聯劑亦可增大碳鏈之間的交聯反應4.燒結方式：需要在效率和化學反應質量上做出權衡，提高加熱速度、降低保溫時間的同時，需要保證內部脫氫充分，淀粉鈉離子電池硬碳負極存在首效較低的問題，造成正極活性物質在首次充放電的大量損失，全電池能量密度下降。通過在電池激活前前添加額外鈉離子來補償活性鈉離子損失，以此提高首效，稱為正極補鈉劑：作為添加劑與正極活性物質混合制成漿料，涂敷在鋁箔制成極片，組成電芯。在電池化成時被氧化，釋放鈉離子補充首次?添加NaCxNyHz型補鈉劑的Na3V2(PO4)32.需把控合適的添加比例，關注正極添加3.中南大學采用NaCxNyHz型補鈉材料，摻雜比例9%-17%wt，提高全電池能量密度約20-30%；電池生產工藝方面，可增加degassing設與鋰金屬不同，鈉難以形成穩定的粉末，且活性高，無法在空氣中穩定存放，使用鈉粉對負極進行預鈉化，存在較大風險和高昂的成本。?把熔融金屬鈉在礦物油中超聲分散的得到鈉金屬粉末，以己烷為溶劑，將鈉粉滴加到電極上，經過干燥、滾壓，實現預鈉化。?金屬鈉與萘或聯苯反應生成活性多環芳香基?將電池負極裝配成半電池，在較低的電流密度下進行電循環，形成SEI膜，實現預鈉化程度的精準控制，SEI膜較為均勻和穩定。更高，但是SEI成膜均勻性下降。資料來源：Recentadvanceso除了優化材料結構，電解液的溶質配比，關系著鈉離子的脫溶劑化電極/電解液的界面化學調控（NaPF6為電解質+環醚電解液添加劑（全氟醚類(硫醚類、胺類或膦類)添加劑）R為鹵素取代基(F、Cl)X為氧族雜原子(O、S)?鈉鹽與環醚的最大配位數為Na+(THF?鈉鹽與環醚的最大配位數為Na+(THF)3.3，溶劑化結合能化結構，鈉離子在電解液/SEI界面脫溶更快，離子遷移速?此外，環醚基電解液中，SEI膜中豐富的有機化合物（R-O-Na）具有更高的彈性和對機械變形的緩沖能力?功能添加劑配比為1～10％wt，酯類電解液在負極形成較可優先在表面形成SEI膜，O族或N族雜原子的引入增大電?此外，C-F鍵電負性強，LUMO能級比酯類溶劑低，在低電位下會先還原，形成的SEI的無機成分較多，降低鈉離子在界面處的電荷轉移阻抗；同時增大SEI的機械強度，33噸噸7噸4噸噸噸42噸2層狀金屬氧化物噸7噸7噸4噸噸噸42噸2目前，鈉離子電池電芯的材料成本在0.45-0.5元/Wh左右，正負資料來源：Wind，隆眾資訊，鑫欏鋰電，《有色金屬加工》，吳羽化工官將在“十四五”相關規劃等政策文件中加強布局，從促進前沿技術攻關、完善配套政策、開拓市場《“十四五”新型導、超級電容等儲能技術，研發儲備液態金固態鋰離子電池、金屬空氣電池等新一代高負極材料等正負極材料、電解液等主材和相研究，開發高效模塊化系統集成技術，加快《工業和信息化30MW/60MWh的鈉離子電池，共設元斯CES展，單個電池包容量在4.8-12.6kWh資料來源：各公司公告，各公司官網，鈉離規劃第二代鈉離子電池，預計在2023年安徽阜陽一期1GWh產線投產，預計2023年擴產至3-5GWh，2024年162023年底，河南生產基地預計將建成1GWh的鈉離子電池產能，廣2在江西維科產業園建設鈉電產業化基地，項目初期擬建2GWh鈉電池生產線速車和儲能市場，于2022年開工建設，202在鎮江新區謀劃落地首條硫酸鐵鈉萬噸級正極材料量產基地，計劃于2023年建成規劃23年鈉電層狀氧化物材料產能達成3.6萬噸/今年擬完成3000噸正極材料和5000噸電解液的投產料中試線，年產中試產品電池級鈉離子正極2022年，與七彩化學簽署《戰略合作協議》，擬一\二、三期分別擬建1\5\12萬噸生規劃建設年產10萬噸正極材料產能，兼容鈉產白預計2023年形成萬噸級規模的鈉離子電池正極硬碳/軟碳杉杉股份雜的第二代硬碳負極材料，比容量在330m硬碳負極材料，比容量可達400mAh/g左右44投資建議通過特殊微晶結構前驅體，結合多原子摻雜進行修飾，形成有特殊外殼包裹的核狀結構層狀金屬氧化物，在生產過程中通過煅燒工藝調節晶相，提高材料循環穩單晶材料無晶界，避免了循環過程晶界開裂、顆粒破碎，內?振華新材單晶正極Na1+aNi1xyzcMnx傳統方法制備普魯士藍類正極材料粉末，由于顆粒粒徑小、比表面積大、以及表面吉布斯自由能大，容易出現團聚問題，通過機械、離1.工藝直接采取普魯士藍類化合物的溶液（對固含量進行調控加入粘接劑、導電劑等輔料形成漿料（固含20％-60活性材料分n??產品分子式：Na1.61Mn[Fe(CN)6]0.92□0.08(BO3)0.42·0.06H2O。鈉離子電池模組方案，解決能量問題（AB電池）?整合鋰離子電池的高能量密度和鈉離子電池的快充和低溫應用，搭配A00/A0車型擁有較大優勢?將兩種體系的電池混搭、集成至統一系統，BMS系統的供應商?截止2022年06月寧德時代對廣東例為64.8%，中試線年產鈉電正?容百：簽訂戰略合作暨長期供貨協議(2023年至2025年底)，容百計劃在2023年底建成鈉電正極材料3.6萬噸/年產能，2024年底建?持股振華新材約1.48%，公司沙新區中科星城，共建年產10萬噸?杉杉股份: