12第一章鈉離子電池行業概述 1第一節鈉離子電池基本概述 1一、鈉離子電池工作原理 1二、鈉離子電池構成簡介 1三、鈉離子電池生產流程 3第二節鈉離子電池與其他電池對比分析 4一、鈉離子電池與其他電池對比 4二、鈉離子電池優勢分析 5三、鈉離子電池劣勢分析 8第三節鈉離子電池發展歷程 8第四節鈉離子電池相關政策 9第五節鈉離子電池產業鏈 第二章鈉離子電池電芯環節發展分析 第一節鈉離子電池市場規模 第二節鈉離子電池電芯成本及價格 13第三節鈉離子電池主要電芯企業產品和技術路線分析 15第四節鈉離子電池電芯企業產業化進展及產能規劃 18第三章鈉離子電池正極材料發展分析 第一節鈉離子電池各類型正極材料對比 19第二節層狀氧化物正極路線發展分析 21一、層狀氧化概述 二、主要競爭企業分析 三、市場規模分析 四、技術發展趨勢 3第三節聚陰離子正極路線發展分析 30一、聚陰離子鈉電正極材料概述分析 30二、主要競爭企業分析 三、市場規模分析 四、技術發展趨勢 第四節普魯士系列正極路線發展分析 34一、普魯士系列正極概述分析 二、主要競爭企業分析 三、市場規模分析 四、普魯士藍/白產業化難點 第四章鈉離子電池負極材料發展分析 第一節鈉電池各類型負極材料對比 38第二節硬碳負極路線分析 41一、硬碳負極材料基本介紹 41二、硬碳前驅體介紹 45三、硬碳負極生產工藝 48第三節軟碳負極路線分析 49一、軟碳負極材料基本介紹 49二、軟碳負極生產工藝 第四節鈉電負極主要企業進展分析 51第五節鈉電池負極市場規模 第六節鈉電池負極發展趨勢 第五章鈉離子電池電解液發展分析 第一節鈉電電解液市場發展分析 一、產品成本及價格分析 4二、鈉電電解液主要競爭企業分析 57三、鈉電電解液市場規模分析 四、鈉電電解液技術發展分析 第二節鈉電電解質產業鏈分析 一、鈉電電解質分析 二、鈉電溶劑分析 三、鈉電電解液添加劑分析 第三節鈉電電解液發展趨勢分析 一、技術發展趨勢 二、市場發展趨勢 三、投資發展趨勢 四、競爭發展趨勢 第六章鈉離子電池下游電動兩輪車行業發展分析 68第一節電動兩輪車行業發展概述 一、電動兩輪車產業鏈概述 二、電動兩輪車行業市場規模 第二節電動兩輪車行業發展趨勢分析 74第三節中國兩輪車共享電單車行業發展分析 76一、共享電單車行業發展分析 二、電動兩輪車換電行業發展分析 82第四節中國電動兩輪車換電行業發展 83第五節鈉離子電池在兩輪車行業的應用市場分析 88第七章、鈉電池下游儲能行業發展分析 90第一節儲能行業基本介紹 90第二節中國儲能產業發展分析 945第三節、儲能電池產業發展分析 96一、儲能電池市場規模 96二、儲能電池市場競爭格局 98三、儲能電池行業發展趨勢 99第八章鈉電池下游新能源汽車行業發展分析 100第一節全球新能源汽車市場分析 100第二節全球汽車動力電池市場分析 101第三節全球汽車動力電池技術發展分析 103一、不同動力電池性能對比 二、其他新型動力電池技術路線分析 105第九章鈉電池行業發展趨勢總結 趨勢三、鈉電產業話語權將是全球新的能源技術爭奪高地 107趨勢四、鈉電將繼續成為未來5年內一二級市場投資熱點 107附錄：鈉電池產業鏈名錄 1第一章鈉離子電池行業概述鈉離子電池工作原理與鋰離子電池相似，同為嵌脫式電池，工作原理同為“搖椅式充放電”。鈉和鋰為同一主族金屬元素，兩者的物理與化學性質相似。因此，鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池一樣，作為嵌脫式二次電池，依靠Na+在電池正負極之間移動實現充放電。充電時，Na+在電勢差的驅動下，從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，電子經由外電路由正極到達負極，實現充電過程，此時負極處于低電勢富鈉態，正極處于高電勢貧鈉態，嵌入負極的Na+越多，充電容量越高；放電時，發生相反的過程，Na+從負極脫出，嵌入正極，正極回到富鈉態，回到正極的Na+越多，放電容量越高。圖表1：鈉離子電池工作原理2鈉離子電池和鋰電池結構類似，主要有正極、負極、隔膜、電解液、集流體等構成。按照其組成材料是否直接參與電化學反應，又可分為活性材料與非活性材料，其中活性材料包括正極材料、負極材料、電解質材料；非活性材料包括隔膜、集流體、導電劑、粘結劑等。圖表2：鈉離子電池與鋰離子電池構成對比項目鋰離子電池鈉離子電池正極材料三元材料、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰等層狀氧化物、聚陰離子、普魯士藍類材料等負極材料人造石墨、天然石墨、硅基負極等碳基材料、金屬氧化物、磷基材料等溶質為六氟磷酸鋰溶質為六氟磷酸鈉或高氯酸鈉基本一樣集流體正極鋁箔，負極銅箔正負極均為鋁箔導電劑通用粘結劑通用生產設備基本通用正極是電池中電勢較高的一方，放電時發生還原反應，充電時發生氧化反應。正極材料是影響電池功率密度和能量密度的重要因素，在鈉離子電池中，由于鈉離子半徑和原子質量較大，導致其在電極中的脫嵌難度大、速度慢，容易造成正極材料的形態破壞，因此合適的正極材料是鈉離子電池產業化的關鍵因素之一。目前鈉離子電池正極材料的主要路線有三個方向：一是層狀氧化物、普魯士藍類似物、聚陰離子化合物。其中層狀氧化物路線目前發展相對較成熟，有望最先實現產業化。負極與正極相反，屬于電池中電勢較低的一方，其放電時發生氧化反應，充電時發生還原反應。負極材料擔負著負載和釋放鈉離子的重要作用，負極材料直接影響電池整體的動力學性能，例如倍率性能、功率密度等。由于鈉離子的半徑較大，鈉離子無法在石墨負極材料處進行高效率的脫嵌，因此尋找合適的儲鈉負極材料是鈉離子電池產業化的另一關鍵因素。鈉離子電池負極材料主要有合金類材料、金屬氧化物和硫化物材料、有機材料和碳基材料等。其中合金類負極材料容量較高但循環性能和倍率性能不佳；過渡金屬氧化物類容量較低；無定形碳可逆容量和循環性能優良，有望率先實現產業化。電解質是正負極之間物質傳輸的橋梁，用來傳輸離子以形成閉合回路，是維持電化學反應的重要保障，不僅直接影響電池的倍率、循環壽命、自放電等性能，還是決定電池穩定性3和安全性的核心因素之一。目前鈉離子電池電解液和鋰電池電解液溶質不同，鈉離子電池溶質一般為六氟磷酸鈉，鋰電池電解液為六氟磷酸鋰；鈉電池電解液和鋰電池在生產工藝上類似，生產設備也基本通用。隔膜的主要作用是使電池的正、負極分隔開來，防止兩級接觸而短路，此外還具有能使電解質離子通過的功能。隔膜材質是不導電的，其物理化學性質對電池的性能有很大的影響。鈉離子電池隔膜和鋰電池隔膜基本通用。集流體是正負極活性材料附著的基地構件，約占電池重量的10-13%，用以匯集電極材料產生的電流，并對外釋放傳導。鈉離子電池集流體正負極均可以用鋁箔，而鋰離子電池由于鋰離子在負極會和鋁離子發生化學反應，因此負極需要用銅箔。鈉離子電池導電劑與鋰離子電池導電劑通用。電極材料在實際使用時，還需要添加導電劑，其主要有三方面作用：減輕電極材料的自身極化，降低活性材料顆粒間以及與集流體之間的接觸電阻，吸附電解液并改善電極的浸潤效果。常用的導電劑為表面積大、導電性好的碳材料，如炭黑、石墨粉、碳納米管、石墨烯等。鈉離子電池粘結劑與鋰電池粘結劑通用。黏結劑的功能是將電極材料、導電劑、集流體三者結合，制成可供使用的完整極片，其用量占比很少，但對電極性能有重要影響。用作黏結劑的材料須具有良好的穩定性，易加工，成本低。鈉離子電池常用黏結劑與鋰離子電池相似，多為強極性聚合物，例如聚偏二氟乙烯（PVDF）、海藻酸鈉（SA）、聚丙烯酸（PAA）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）等等。鈉離子電池的封裝形態、生產工藝與鋰電池相似，產線兼容。鈉電池的封裝形態與鋰電池相似，可分為圓柱、軟包、方形硬殼三大類。生產工藝高度重合，包括極片制造和電池裝配兩個步驟；區別之處在于，鈉離子電池采用鋁箔作為負極集流體，正負極采用相同的鋁極耳，極耳焊接等工序可以更簡化，整體上，鈉離子電池的生產工藝與鋰離子電池類似，現有的鋰離子電池組裝生產線稍加修改后就可以用來生產鈉離子電池，鋰電產業鏈基礎完善，為鈉電池的產業化提供了良好基礎。圖表3：鈉離子電池生產流程4在能量密度方面，鈉離子電池低于三元鋰電池，和磷酸鐵鋰電池有重疊區域，高于鉛酸電池、釩電池。根據鈉離子電池能量密度、生產成本、循環壽命等來看，鈉離子電池將首先在兩輪車領域應用，并逐步替代鉛酸市場，而后逐步向儲能領域滲透，特別一些對能量密度要求不高的中小儲能應用場景，鈉離子電池未來將大有可為。圖表4：鈉離子電池與其他電池綜合對比項目鈉離子電池鋰離子電池釩電池鉛酸電池三元電池磷酸鐵鋰電池主要元素地殼豐度Na：2.3%0.003%V:0.019%能量密度（Wh/kg）100-160200-300120-20015-5030-50循環次數2000-5000>300010000-15000300-500電壓平臺(V)2.8-3.73.73.21.5-1.82.0-40℃-80℃-20℃-60℃低溫性能較差-20℃-70℃-40℃-60℃快充性能差環保特性優優優優差5成本較低高較高較高低應用領域低速車、兩輪車、儲能等新能源汽車、便攜式儲能等新能源汽車、儲能等儲能等兩輪車、通信儲能等1、鈉資源豐富鋰是一種銀白色質軟堿金屬，是稀有金屬之一。在標準條件下，它是最輕的金屬和最輕的固體元素。由于鋰自身具有的特殊物理和化學性質，目前被用于多種工業應用，主要包括鋰電池、陶瓷和玻璃、潤滑脂等，被譽為“工業味精”；也可作為人類情緒穩定劑，治療急性狂躁癥或躁郁癥等精神疾病。由于鋰擁有各種元素中最高的標準氧化電勢，能夠較好的作為生產鋰電池的原材料，被稱為“21世紀的能源金屬”。近年來隨著新能源汽車和儲能領域的爆發，推動了鋰電池出貨的極大增長，進而帶動力鋰資源需求的快速增長。鋰是稀有金屬之一，是全球稀缺資源，鋰在地殼中豐度僅為0.0017%，目前全球探明的可供開采的鋰資源儲量僅能滿足14.8億輛電動汽車，隨著全球電動化加快，鋰資源短缺壓力將進一步體現。圖表5：地殼各元素豐度情況（PPM）鈉元素和鋰元素同屬于第一主族，具有相似的物理化學性質。鈉的地殼豐度為2.3%，6是鋰的1300多倍，鈉是地球上第六大豐富的元素，僅次于氧、硅、鋁、鐵、鈣。進一步來看，全球鋰資源分布高度集中，形成寡頭壟斷局面，全球超70%鋰資源分布在北美洲和南美洲，其他地區如大洋洲、亞洲、歐洲和非洲則分布較少。圖表6：2022全球鋰資源分布目前，隨著全球新能源汽車和儲能的爆發，我國新能源汽車引領全球發展，極大刺激了鋰資源需求。一方面目前我國鋰資源使用量占全球使用量的50%以上，而另一方面，我國目前70%以上的鋰資源依賴進口，進一步來看，我國鋰資源主要是以鹽湖資源為主，鹽湖鋰含量低，提取難度大，因此進一步加劇了我國鋰資源供需緊張局面。長期來看，新能源汽車和儲能增長趨勢明確，未來鋰資源將愈發成為各國重點關注和布局焦點。我國作為全球最大鋰電池生產和出口的市場，但以目前我國的鋰資源儲量和開發難度來看，我國將面臨資源被“卡脖子”風險，因此一方面從戰略資源角度看，為實現我國資源自主可控，保護能源安全，發展鈉電池勢在必行；另一方面，全球鈉資源豐富，是鋰資源的1300多倍，且全球分布廣泛，提取難度相對較小，因此推進鈉電產業化勢在必行。2、鈉離子電池成本低鈉電池在產業化初期，由于相關產業鏈配套不成熟，所以在初期鈉電池成本或不占優勢，但若鈉電產業化量產后，鈉電成本優勢便逐步顯現。鈉電池相較鋰電池成本優勢主要體現在:（1）原材料鋰鹽替換成鈉鹽，而鈉及鈉鹽相較鋰及鋰鹽價格大幅降低：截至2023年5月底，金屬鋰價格為158萬元/噸，而金屬鈉價格為1.63萬元噸，碳酸鋰價格經歷了年初的7過山車式的跌漲，目前已回到30萬元/噸，而碳酸鈉價格為0.2萬元/噸。（2）在集流體方面，金屬鈉不會與金屬鋁形成低共熔合金，因此鈉電池正負極集流體均可采用廉價的鋁箔，替代了原先鋰電池中較貴的銅箔負極集流體。（3）由于鈉離子半徑大于鋰離子半徑，所以鈉離子在極性溶劑中具有較弱的溶劑化能力，從而在電解液中具有更高的電導率，另一方面也可以使用低鹽濃度電解液達到相同的電導率（可以減少電解液溶質使用量，降低電解液使用成本）。圖表7：鈉電池成本相較LFP電池降低30%以上3、鈉離子電池安全性高鈉離子電池相較鋰離子電池安全性能更好：主要體現在以下幾個方面：1）鈉離子電池相較鋰離子電池內阻更高，在電池短路時電路中電流更低，瞬間發熱更少。2）鈉鹽電解質的電化學窗口較大，電解質在參與反應的過程中分解的可能性更低，電池系統更穩定。3）鈉離子電池經歷短路、針刺、擠壓等測試后，無起火、無爆炸。鋰離子電池存在過放電的問題，會造成銅箔等集流體溶解、電池容量不可逆衰減；而鈉離子電池無過放電情況，正極可以放電至0V而不影響后續使用，進而使得電池在儲存運輸過程中更具安全性。4）鈉離子電磁熱失控溫度更高，在高溫環境下容易鈍化、氧化而不自燃，因而安全性能更好。4、低溫性能好鈉離子的離子電導率高，電解液的濃度要求更低，低溫時電解液粘度比鋰離子電池更低，電池整體性能更為優異。鈉離子電池正常工作溫度范圍在-40℃-80℃,部分產品在-20℃下容量保持率能夠達到88%，顯著優于磷酸鐵鋰60-70%左右的容量保持率。85、倍率性好鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴散能力；同時，鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導率；更高的離子擴散能力和更高的離子電導率意味著鈉離子電池的倍率性能更好，功率輸出和接受能力更強。根據寧德時代數據，鈉離子電池能夠在15min內充電至80%，中科海鈉則提出其電池能夠在12min內充電至90%，充電速度均明顯優于正常狀態下鋰離子電池30min充電80%的充電速度。1）能量密度方面低于鋰電池。目前鈉離子電池能量密度在120-150wh/kg，低于目前能量密度在150-180wh/kg的磷酸鐵鋰電池，和三元鋰電池200-250wh/kg有一定差距。由于在能量密度上和鋰電池的差距，因此決定了鈉電池在汽車領域只能用于低速車、A0級或續航400公里以下等的車型。2）循環壽命方面相較磷酸鐵鋰電池有差距。鈉離子體積更大，難以脫嵌，循環性能較差。鈉離子半徑比鋰離子大，因此導致鈉離子在剛性結構中相對比較穩定，難以可逆脫嵌。即使可以發生脫嵌，鈉離子嵌入脫出的動力很慢，并且容易引起電極材料的結構產生不可逆的相變，從而降低了電池的循環性能。目前鈉離子電池的循環次數一般在2000-3000次，磷酸鐵鋰電池循環次數一般在3000-6000次。鈉離子電池的發展歷程大概可分為四個階段：起步期（1970-1990與鋰離子電池同時問世。20世紀70年代，由于鋰鈉元素之間電化學性質極為相似，鈉離子電池與鋰離子電池同時出現。蟄伏期（1991-2010)：鋰離子電池需求明確，快速發展，鈉離子電池停留在實驗室階段。20世紀90年代開始，石墨基負極材料的研發應用使得鋰電池表現出出色的電化學性能，同時下游消費電池（筆記本、手機、相機等）、動力電池（汽車、兩輪車）需求增加，對電池有高能量密度和長使用壽命需求，鋰離子電池的應用前景變得明確，開始迅速商業化。而鈉離子電池由于沒有開發出合適的負極材料、研究條件有限等，市場關注度逐漸降低，鈉離子電池停留在了實驗室狀態，發展緩慢。9成長期(2011-2020)：應用場景逐漸明確，開始產品化。2010年起，隨著對可再生能源利用的大量需求以及大規模儲能技術的迫切需要，鈉離子電池重回大眾視野，迎來了發展黃金期。2011年，中科院物理所胡勇勝團隊開始研發鈉離子電池；同年，全球首家專注鈉離子電池工程化的公司英國Faradion成立。2012年斯坦福大學電池研究孵化出NatronEnergy。2015年，鈉離子電池開始產品化，出現首個鈉離子軟包電池示范。2017年，中科院物理所成立了國內首家專注鈉離子電池開發的公司中科海鈉。2018年，中科海鈉發布了第一輛鈉離子低速車。2019年，中科海鈉建設全球首個100KWh鈉離子電池儲能電站問世。爆發期(2021-至今2021年，寧德時代正式發布第一代鈉離子電池，能量密度達160Wh/kg。2022年，中科海鈉首條GWh鈉電池生產線在安徽阜陽落成。2023年被業內認為是“鈉離子電池量產元年”。圖表8：鈉離子電池發展歷程鈉離子電池由于其低成本、高安全性、低溫性能好，同時還能解決我國由于鋰資源稀缺可能會面臨被“卡脖子”的難題，所以發展鈉離子電池勢在必行。在未來市場競爭力方面，鈉離子電池上能替代部分磷酸鐵鋰電池，下能逐步替代鉛酸電池。鈉離子電池未來將逐步應用在低速車、兩輪車、家庭/工業儲能、通信儲能等領域，未來應用前景廣闊。為了支持鈉離子電池發展，近年來我國政府出臺了一系列相關政策，加速鈉離子電池產業化進程。2023年被業內譽為鈉離子電池發展“元年”，在寧德時代、中科海鈉等帶動下，預計今年年底將會有部分鈉離子電池批量出貨。圖表9：近年來我國國家層面鈉離子電池相關政策發布主體文件/政策名稱文件/政策摘要2021.8工信部答復政協第十三屆全國委員會第重點專項，并將鈉離子電池技術列為子任四次會議第4815號（工交郵電類523號）提案函務，以進一步推動鈉離子電池的規模化、低成本化，提升綜合性能。組織有關標準研究機構適時開展鈉離子電池標準制定，并在標準立項、標準報批等環節予以支持。同時，根據國家政策和產業動態，結合相關標準研究有關鈉離子電池行業規范策，引導產業健康有序發展。2021.11能源局、科技部《“十四五”能源領域科技創新規劃》針對電網削峰填谷、集中式可再生能源并網等儲能應用場景，開展大容量長時儲能器件與系統集成研究；研發鈉離子電池、液態金屬電池、鈉硫電池、固態鋰離子電池、儲能型鋰硫電池、水系電池等新一代高性能儲能技術，開發儲熱蓄冷、儲氫、機械儲能等儲能技術。2022.1國家發展改革委、國家能源局《“十四五”新型儲能發展實施方案》推動多元化技術開發。開展鈉離子電池、新型鋰離子電池、鉛炭電池、液流電池、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等關鍵核心技術、裝備和集成優化設計研究，集中攻關超導、超級電容等儲能技術，研發儲備液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池等新一代高能量密度儲能技術。2022.6發改委、能源局、財政部等九部委《“十四五”可再生能源發展規劃》加強可再生能源前沿技術和核心技術裝備攻關。加強前瞻性研究，加快可再生能源前沿性、顛覆性開發利用技術攻關。研發儲備鈉離子電池、液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等高能量密度儲能技術。2022.11中國電子技術標準化研究院《鈉離子電池術《鈉離子電池術語和詞匯》和《鈉離子電池符號和命名》征求意見完成編制，就意見稿離子電池符號和命名》開討論會。2023.1工信部等六部委《關于推動能源電子產業發展的指導意見》開發安全經濟的新型儲能電池。加強新型儲能電池產業化技術攻關，推進先進儲能技術及產品規模化應用。研究突破超長壽命高安全性電池體系、大規模大容量高效儲能、交通工具移動儲能等關鍵技術，加快研發固態電池、鈉離子電池、氫儲能/燃料電池等新型電池。鈉離子電池產業鏈上游為鈉資源、正極材料、負極材料、隔膜、電解液、集流體等；中游為電芯生產企業、生產電芯相關設備企業等，比如傳統鋰電池企業寧德時代、鵬輝能源等和新進鈉電池企業中科海鈉、浙江鈉創等。下游應用領域為低速車、兩輪車、儲能等領域。圖表10：鈉離子電池產業鏈第二章鈉離子電池電芯環節發展分析根據起點研究院（SPIR）統計，2023年鈉離子電池中試線量產元年，2024年是規模化產線投產元年，2025年是規模化交付元年，2026-2030年為鈉電池高速增長階段。鈉電池有望復制鋰電池的成長路徑，成為電化學電池的一顆新星。起點研究院（SPIR）院預測2025年/2030年鈉電池市場規模分別達到91Gwh和1132Gwh，未來8年鈉電池市場規模將保持高速增長。8.6/94.5/400/600Gwh。電動汽車和儲能有望成為鈉電池最大的應用領域。圖表11：2021-2030全球鈉電池細分領域市場規模及預測圖表12:全球鈉電池市場規模全球鈉電池市場規模/Gwh年份/細分領域消費汽車動力儲能三輪車兩輪車其他動力合計2021000000020220000.00.0002023E0.10.10.80.20.132024E0.360.84.00.52025E0.57.71912026E13.052027E2883.634.483322028E3.52884.852.15092029E52603806.569.77362030E74006008.694.5目前鈉電池電芯最成熟的體系是層狀氧化物+硬炭體系，該體系的鈉電池原材料的成本為約為0.5元/Wh，加上人工成本、設備折舊等其他成本，綜合成本為0.7元/Wh。起點研究院（SPIR）認為隨著鈉電池相關技術逐步成熟，規模化效應顯現，預計未來5年內鈉電池綜合成本有望降至0.3元/Wh以下，成本接近鉛酸電池，與鋰電池成本有較大優勢。圖表13：鈉電池電芯材料BOM成本構成根據起點研究院（SPIR）統計，2022年三元鋰電池/磷酸鐵鋰電池/鈉電池/鉛酸電池平均售價分別為0.85/0.75/0.85/0.35元/wh。預計到2030年三元鋰電池/磷酸鐵鋰電池/鈉電池/鉛酸電池平均售價將分別為0.70/0.55/0.35/0.40元/wh。鈉電池有望成為成本四種電池中成本售價最低的電池，主要原因是基于鈉電池的BOM成本低、規模化降本和技術進步空間大等因素。圖表14：2022-2030年鋰電池/鈉電池/鉛酸電池價格走勢及預測從國內主流的鈉電池電芯企業技術路線看：正極路線目前國內主要以層狀氧化物路線為主，層狀氧化物路線將率先產業化，聚陰離子類其次，普魯士藍/白類由于結晶水問題等產業化還有待突破。鈉電池形狀中試線以圓柱18650為主，量產線規劃主要為大圓柱和50AH以上單體大方形為主。圖表15：國內主要鈉電池電芯企業產品技術路線企業名稱正極材料負極材料電池形狀寧德時代普魯士白/層狀氧化物/聚陰離子硬碳方形/圓柱弗迪電池層狀氧化物/聚陰離子硬碳大方形刀片/圓柱中科海納銅鐵錳層狀氧化物硬碳/軟碳圓柱/方形猛獅科技層狀氧化物硬碳圓柱/方形鈉創新能源聚陰離子/層狀氧化物硬碳圓柱/方形立方新能源層狀氧化物硬碳圓柱（26700/32700）/軟包鵬輝能源層狀氧化物硬碳方形/大圓柱/聚陰離子中比新能源層狀氧化物硬碳大圓柱傳藝科技層狀氧化物硬碳圓柱/方形/聚陰離子維科技術層狀氧化物硬碳圓柱/方形/軟包眾鈉能源聚陰離子硬碳軟包/圓柱億緯鋰能層狀氧化物/聚陰離子硬碳大圓柱/方形多氟多層狀氧化物硬碳遼寧星空電池普魯士藍/白硬碳圓柱/方形圖表16：國內主要鈉電池電芯企業已發布產品及規劃企業已發布鈉電池產品及產品規劃產能規劃寧德時代2021年發布了第一代鈉離子電池，其電芯單體能量密度高達160Wh/kg；常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上；在-20°C低溫環境中，也擁有90%以上的放電保持率；系統集成效率可達80%以上。第一代電池正極材料選用普魯士白，克容量為160mAh/g，與現有的鋰離子電池正極材料相當；負極材料則開發了具有獨特孔隙結構的硬碳材料，其克容量可達350mAh/g以上，整體性能指標與現有的石墨相當。計劃2023年建成5GWh鈉離子電池產能并量產，鈉離子電池首發落地奇瑞車型。中科海鈉已發布產品：NaCR32140-ME12圓柱電芯，標稱容量為12Ah，能量密度為140Wh/kg，循環壽命為2000-3000次NaCP50160118-ME80方形電芯，標稱容量為80Ah，能量密度為145Wh/kg，循環壽命為2000-3000次NaCP73174207-ME240方形電芯，標稱容量為240Ah，能量密度為155Wh/kg，循環壽命為2000-6000次產品規劃：正極材料容量由2022年的130mAh/g提升至2025年的180mAh/g；負極材料由2022年的320mAh/g提升至2025年的400mAh/g。材料容量的提升將推動電芯體積能量密度的提升，中科海鈉規劃從2022年的280Wh/L提升至2025年的380Wh/L，循環壽命規劃由2022年的3000次提升至2025年的10000次。2023年：建設萬噸級正負極材料線并投產、阜陽產線將擴產至3-5GWh。2024年：啟動10萬噸級正負極材料產線建設、電池產能擴充至10GWh。弗迪電池2023：層狀氧化物：140WH/KG，循環3600次，成本對標磷酸鐵鋰電池221%聚陰離子：110WH/KG，循環6000次，成本對標磷酸鐵鋰電池214%2025：層狀氧化物：180WH/KG，循環6000次，成本對標磷酸鐵鋰電池83%聚陰離子：150WH/KG，循環10000次，成本對標磷酸鐵鋰電池69%其150Ah刀片鈉電芯已經通過中試，可進行規模化的生產，20MWh的鈉電魔方儲能系統在公司南寧工業園正在試用。鵬輝能源層狀氧化物體系，開發高電壓體系，實現能量密度提升至150Wh/kg，循環壽命超3000周；聚陰離子體系，循環壽命超6000周。022年1月規劃產能20GWh，今年投產。今年7月衢州基地規劃總產能41GWh，總投資130億元，其中一期項目已于今年6月19日正式點火投產，二期項目已于7月4日開工建設。維科技術2022年：能量密度150wh/kg、循環5000次以上項目初期擬建2GWh鈉電池生產線，后期規劃8-10GWh產能，預計2023年下半年鈉電池出貨0.8-1GWh。星恒電源單體電芯的1C循環性能1300多圈，容量保持率在85%以上。常溫循環2000次以上，成本比當前鋰電降低約20%傳藝科技單體能量密度為150Wh/kg~160Wh/kg，循環次數不低于4000次。公司鈉離子電池項目一期產能為4.5GWh/年，二期產能建設規劃為5.5GWh/年。中比新能源鈉離子電池32140鋼殼，層狀氧化物路線，能量密度達到了140Wh/kg，、循環壽命達3000次，-20度放電達到90%，-40度達到85%，快充10分鐘能做到90%的充電量。目前擁有0.5GWh的鈉電池產能，將規劃10GWh的產能建設。眾鈉能源聚鈉1號：在2023-2024年度將市場推出4款鈉電產品，分別為：面向低速車/輕型車市場的軟包電芯NFS-A1面向小型儲能市場的軟包電芯NFS-A2、面向PHEV/調頻市場的方殼電芯NFS-B1，面向工商儲/源網側儲能市場的方殼電芯NFS-B2。旗下泰州海陵基地5GWh電池系統量產項目在建，以及5GWh鈉離子電池示范量產基地正在啟動中，總計規劃產能10GWh，將于2023年下半年相繼建成投產。2023年是鈉離子電池產業化元年。鈉離子電池已經從實驗室走向商業化應用階段，中科海鈉、寧德時代等多家公司宣布鈉離子電池產業鏈或將于2023年形成。目前來看，鈉電企業多選擇層狀氧化物作為正極主流路線。2022-2023年鈉電池電芯企業陸續發布產品和產能規劃，寧德時代、弗迪電池、億緯鋰能、中科海鈉等鈉電池主要競爭者均發布了產能規劃，根據起點研究院（SPIR）不完全統計，2025年鈉電池產能規劃將超過100Gwh。圖表17：國內主要鈉電池電芯企業產能規劃第三章鈉離子電池正極材料發展分析自從20世紀70年代末，研究者發現Na+在層狀氧化物NaxCoO2中能夠可逆脫出/嵌入以來，關于鈉離子電池正極材料的研究越來越多。鈉離子電池正極材料主要包括氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍類和有機類等。其中，氧化物類主要包括層狀結構氧化物和隧道結構氧化物，聚陰離子類包括磷酸鹽、氟化磷酸鹽、焦磷酸鹽和硫酸鹽等。層狀氧化物具有周期性層狀結構、制備方法簡單、比容量和電壓較高等特點，是鈉離子電池的主要正極材料；除此之外，通過晶格氧的氧化還原反應還可以進一步提高這類材料的能量密度。不過層狀材料大多容易吸水或者與空氣反應，影響材料的穩定性和電化學性能，所以不能長期放在空氣中。隧道型氧化物的晶體結構中具有獨特的“S”形通道，具有較好的倍率性能，且對空氣和水的穩定性都較高，但是其首周充電比容量較低，所以實際可用的比容量較小。聚陰離子正極材料大多具有開放的三維骨架、較好的倍率性能及較好的循環性能，但這類化合物的導電率一般較差，為提高其電子和離子導電性，往往需要采取碳包覆和參雜手段，但又會導致其體積能量密度降低。普魯士藍類材料是近年來發展起來的具有較大潛力的新型正極材料，其具有開放型三維通道（框架結構使得Na+在通道中可以快速遷移，因此具有較好的結構穩定性和倍率性能，但是這類普魯士藍化合物存在結晶水難以除去以及過渡金屬離子溶解、氰化物毒性等問題，導致目前產業化進程較慢。有機類正極材料一般具有多電子反應的特點，從而具有較高的比容量；但是這類化合物的電子電導率一般較差，同時存在易于溶解于有機電解液中的問題。圖表18：常見鈉離子電池正極材料的工作電壓、比容量、能量密度從目前業內產業化情況來看，層狀氧化物、聚陰離子類、普魯士藍類這三種路線產業化進程較為前列，是鈉離子電池主流的三種正極材料路線。其中層狀氧化物正極材料有望率先產業化，聚陰離子類其次，普魯士藍類由于結晶水問題等問題產業化還有待突破。圖表19：鈉離子電池主流正極材料路線性能參數對比項目層狀氧化物體系聚陰離子體系普魯士藍體系晶體結構化學結構通式NaxCoO2（M為過渡金屬元素鎳鈷錳鐵等）S、P、As等；Z為F或OH等）堿金屬離子，如Na+、K+等；M1、M2常為M和Fe比容量（mAh/g）100-22090-140100-200工作電壓（V）3.1-3.72.8-3.33.1-3.4壓實密度3.0-3.41.8-2.41.3-1.6循環壽命目前2000-4000次4000次以上受結晶水影響：1000-1500次熱穩定性一般較好較好環境影響/釩有毒氰化鈉有毒優點可逆比容量高；能量密度高；倍率性能高；技術轉化容易工作電壓高；熱穩定性好；循環好；空氣穩定性好成本低廉；可逆比容量高；合成溫度低缺點容易吸濕；循環性能稍差可逆比容量低；部分含有毒元素；倍率性能差易形成結晶水，影響電池壽命；制備涉及有毒氰化物（1）層狀氧化物正極概述鈉離子電池正極材料主要包括氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍類和有機類等。其中，氧化物類主要包括層狀結構氧化物和隧道結構氧化物，氧化物類結構通式為NaxCoO2（M主要為過渡金屬元素中的一種或多種）。當氧化物中鈉含量較低時(X<0.5)，形成三維隧道結構的氧化物，具有獨特的S型和五角形隧道，對空氣和水的穩定性都較高,且具有較好的倍率性能，但是首周充電容量較低，實際可用的比容量較小。未來，隧道型氧化物在富鈉正極以及水系鈉離子電池的研發中可能具有潛在的競爭優勢。圖表20：隧道型氧化物結構圖當氧化物中鈉含量較高(X>0.5)時，一般以層狀結構為主。層狀氧化物是鈉電池正極材料中研究最早的一類嵌入型化合物，具有制備方法簡單、比容量和電壓高等優點，但仍然存在結構相對復雜、循環壽命短、穩定性較差等問題。通常過渡金屬元素與周圍六個氧形成的MO6八面體結構組成過渡金屬層，鈉離子位于過渡金屬層之間，形成MO6多面體層與NaO6堿金屬層交替排布的層狀結構。根據MO6多面體中鈉離子的配位構型與氧的堆垛方式，將層狀氧化物分為O3、O2、P3和P2等不同結構，其中大寫的英文字母代表鈉離子的配位構型（O是Octahedral的縮寫，即八面體位置；P為Prismatic的縮寫，即三棱柱位置數字代表氧最少重復單元的堆垛層數（2對應ABBA…，3對應ABCABC…如下圖所示，這種結構分類的優點是可以形象地描述不同的層狀結構，缺點是并沒有區分出具體的空間群和原子占位信息。圖表21：層狀氧化物結構圖Na2/3Ni1/3Mn2/3O2、Na2/3Fe1/2Mn1/2O2等）最為常見，前者的比容量較高但倍率、循環性能往往較差；后者的倍率、循環性能較好，但實際比容量略低。現階段，層狀氧化物的能量密度較高、制備工藝成熟，有望率先產業化，尤其是其中穩定性、循環性能較好的P2型層狀氧化物。而O3型和P2型根據含有的過渡金屬元素組成又可分為一元材料(如NaXCoO2、Na0.7CoO1.96、Na0.6MnaO2等）和多元材料（Na2/3[Ni1/3Ti1/3]O2、Na0.67[Fe0.20Ni0.15Mn0.65]O2、Na[Ni0.68Mn0.22CO0.10]O2等）。圖表22：層狀氧化物分類及化學式結構層狀氧化物化學式電壓窗口（mAh/g）容量保持率P2型Na2/3[Ni1/3Ti1/3]O22.5-4.158883.9%（1C，500周）Na0.8[CO0.4Ti0.6]O21.1-4.080%（0.1C，100周）Na2/3[Fe0.22Mn0.78]O21.5-4.391%（0.1C，100周）Na0.67[Cu0.28Mn0.72]O22.0-4.598%（1C，50周）Na0.67[Fe0.20Ni0.15Mn0.65]O22.0-3.855%（1C，900周）Na0.67[Ni0.23Mn0.67Mg0.10]O22.0-4.5131.9O3型Na[Ni0.68Mn0.22CO0.10]O22.0-4.280%（1C，1000周）Na[Ni0.5Mn0.5]O22.0-4.080%（3.75C，500周）Na[Fe0.55Mn0.45]O22.0-4.0102.2Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O22.0-4.080%（1C，1000周）Na0.9Ca0.05[[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O22.0-4.0126.991.8%（1C，200周）Na[Li1/3Mn2/3]O21.5-4.599%（0.125C，40周）（2）層狀氧化物生產工藝層狀金屬氧化物材料的表達式為NaxCoO2（M主要為過渡金屬元素中的一種或多種）。Na比Li更容易與過渡金屬分離形成層狀結構，目前僅發現Mn、Co、Ni三種元素組成的鋰層狀氧化物可以可逆放電，而具有活性的鈉離子電池層狀氧化物種類相較較多，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、和Cu等元素均具有電化學活性且表現出多種性質。圖表23：鈉離子電池和鋰離子電池層狀氧化物中具有電化學活性金屬元素鈉離子電池層狀氧化物正極與鋰離子電池三元正極在制備方法上相似，基本可與鋰離子電池三元正極產線兼容，適合大規模生產。制備方法主要有固相法和液相法。主要生產步驟分為前驅體混合和正極燒結，改進措施包括包覆、摻雜等，燒結氣氛沒有強制要求純氧，密閉性要求較低，燒結次數一般為2次，中低鎳產線基本滿足要求，按高鎳要求設計的產線有超產比例（產能彈性來源于燒結時長和次數）。圖表24：鈉電池層狀氧化物正極與鋰電池三元正極生產流程對比起點研究院（SPIR）不完全統計，截至2023年7月初，國內共有超50家鈉電池正極材料企業。目前層狀氧化物競爭企業在鈉電正極材料中數量最多，產業化進程最快，競爭也最為激圖表25：國內主要鈉電池層狀氧化物材料企業產業化進展企業進展容百科技除層狀氧化物鈉電正極材料外，公司在普魯士白及聚陰離子鈉電正極材料領域同步持續進行開發；目前每月實現噸級出貨振華新材主要路線為層狀氧化物；匹配公司鈉離子電池正極材料的電芯已裝車；公司鈉離子電池正極材料已實現數十噸級銷售江蘇翔鷹2023年，江蘇翔鷹規劃產能為15000噸/年，計劃新建完成4條產線；2024年規劃產能為40000噸/年，計劃新建完成8條產線；到2025年，江蘇翔鷹規劃產能達到100000噸/年，計劃新建完成20條產線。華鈉新材層狀氧化物：“超錳1號”；中試線千噸產能已經建成投產，規劃產能10000噸錳基正極材料正在緊鑼密鼓的建設中天力鋰能層狀氧化物；已完成小試，中試線建設當中傳藝科技層狀氧化物和聚陰離子兩種技術路線；鈉電正極材料量產線已開工美達瑞主要是層狀氧化物，聚陰離子正在研發中；正在建設萬噸級別的鈉電正極產線；第三代鈉電正極正在研發中超鈉新能源正在建設2000噸的正極材料生產線和普魯士藍中試線山東華納新能源已推出三款層狀氧化物正極；萬噸級別的鈉電正極產能正在建設中；將為奧冠集團提供鈉離子電池正極材料當升科技層狀氧化物、聚陰離子；已推出了新一代鈉電正極材料并實現量產；已具有年產萬噸級鈉電正極材料生產專用車間，聚陰離子鈉電正極材料2025年規劃產能2萬噸/年樂普鈉電已在層狀氧化物和聚陰離子雙技術路線布局了總計10余種產品型號；與安徽六安的“2萬噸鈉離子電池正極材料”項目已簽約德創環保層狀氧化物；預計將于9月底初步完成一期5000噸層狀鈉電正極產線的建設并投產貝特瑞已發布貝鈉-O3B鈉電氧化物正極材料，比容量可達145mAh/g，壓實密度大于3.4g/cc；同興環保層氧產品：5C循環5000次，容量保持率96.04%，電芯能量密度超170Wh/kg原位改性的Na3Ti3N鈉電正極材料產業化階段：中試放大多氟多三種路線（層狀氧化物、聚陰離子、普魯士系列）都在同步研發中。目前已有成品的鈉離子電池采用自主研發生產的層狀氧化物和硬碳路線；2023年底規劃鈉電正極產能5000噸，2024年7000噸從產業化進程來看，靠前的已經實現噸級出貨的鈉電層狀氧化物企業有：容百科技、振華新材、江蘇翔鷹、華陽股份、邦普循環、美達瑞、傳藝科技、格林美、海創科技等；已經實現百公斤級出貨的有：天力鋰能、華鈉新材、華納新能源、超鈉新能源、樂普鈉電、當升科技等。圖表26：國內主要鈉電池層狀氧化物材料企業出貨量鈉電層狀氧化物企業出貨情況企業簡稱月出貨量配套客戶月出貨量超過1噸以上容百科技寧德時代、弗迪電池等振華新材5噸以上寧德時代、孚能科技等江蘇翔鷹ATL、宏鑫達等華陽股份5噸以上中科海鈉邦普循環5噸以上寧德時代華鈉新材弗迪電池、孚能科技、紫建電子等傳藝科技傳藝科技格林美盤古鈉電海創科技中比新能源、比克電池、孚能科技等月出貨量100公斤-1噸之間的天力鋰能百公斤級美達瑞百公斤級華納新能源百公斤級天能鈉電超鈉新能源百公斤級樂普鈉電百公斤級當升科技百公斤級月出貨量低于100公斤的德創環保小試階段貝特瑞多氟多多氟多美特新材桑瑞新材料桑頓新能源同興環保中鈉時代1Gwh層狀氧化物鈉電池對應正極材料需求：約為2340噸。起點研究院（SPIR）預測：到2025/2030年鈉電池層狀正極材料市場規模分別為88600噸和402000噸。層狀氧化物電池主要應用于電動兩輪車、三輪車、低速電動車和中小儲能等領域。圖表27：2022-2030年鈉電層狀氧化物正極材料市場規模及預測（/噸）（1）技術難點雖然層狀氧化物正極材料擁有克容量高、倍率性好等優點，但同時也存在一些短板。主要包括材料結構穩定性差、空氣穩定性差、與電解液發生副反應等問題，這將導致其容量衰減嚴重、循環性能惡化、加工性能變差。材料結構穩定性差：由于Na+半徑較大，在材料中的脫嵌時一方面會導致過渡金屬離子發生反應進行電荷補償，引起過渡金屬層發生畸變、晶體結構發生坍塌；另一方面還會使過渡金屬層滑移及Na+空位有序性變化，引起不可逆相變，且伴隨劇烈體積變化，同樣會導致晶體結構崩塌。晶體結構的崩塌，阻礙Na+的傳輸擴散，使得大部分Na+游離在材料表面，形成不可逆的容量損失，同時惡化循環性能。圖表28：P2型層狀在充放電過程中相變為O2型層狀空氣穩定性差：當層狀正極材料和空氣接觸后，Na+會從晶格中脫出與空氣中的H2O、CO2等物質發生反應生成NaOH、NaCO3等物質，簡稱殘堿。這不僅會使Na+脫出嵌入的數量減少，導致材料容量減少，循環性能惡化，還會使帶正電荷的Na+的屏蔽作用減弱，相鄰氧化層之間斥力隨之增大，層間距變大，甚至導致顆粒開裂。此外，材料的吸濕變質使得其對粘結劑的兼容性變差，造成漿料分散性和穩定性下降，不利于后續涂布工藝的進行。與電解液發生副反應：在電池工作過程中，尤其是在高電壓時，電解液可能會分解產生一些強酸物質，如NaPF6會分解產生HF，導致電極表面生成更多副產物，如NiO+2HF→NiF2+H2O，MnO+2HF→MnF2+H2O，而這些副產物均為導電絕緣體，大大增加了電池的阻抗。此外，在電解液的侵蝕下，材料中的過渡金屬元素不可逆地溶解到電解液中，破壞了材料的層狀結構，從而造成材料的電化學性能下降。（2）解決方案為提升材料的綜合性能，各企業不斷加大研發力度，層狀氧化物材料性能短板被不斷補齊，具備大規模應用基礎。針對層狀氧化物材料所存在的上述問題，各企業均在加大力度研發，采取的改性策略主要包括離子摻雜、結構/組成設計、表面包覆、正極預鈉化等方法。各方法疊加使用，層狀氧化物正極材料的性能正在逐步提升，產業化應用可期。圖表29：部分企業采取的提升層狀氧化物正極材料性能方式改進方法布局企業專利名稱概要離子摻雜振華新材鈉離子電池用含鋅正極材料及其制法1、采用鋅元素取代部分稀有貴金屬，可以穩定材料的晶體結構，特別是在鈉離子電池充放電過程中，鈉離子的頻繁脫嵌，氧化鋅的存在起到支撐作用，可以有效減小材料結構的坍塌，為鈉離子的嵌入提供空位，和應用保證材料的倍率性能。2、利用該制備方法得到的鈉離子正極材料表面殘堿含量降低，從而避免電池制漿過程出現凝膠現象，使鈉離子電池的容量及倍率處于比較高的水平。陰離子化合物種類多樣，一般由陽離子和陰離子基團組成，其中陰離子基團是一系列強不僅能保證堿金屬離子在框架結構中的快速傳導，還能保證在金屬氧化還原過程中材料結構的穩定，因此聚陰離子化合物材料往往呈現出比層狀氧化物更高的氧化還原電位和Na+脫嵌過程中最小的結構重排，這使得該類材料具備循環壽命長、熱穩定性強和安全性高等優點。聚陰離子化合物循環壽命長、熱穩定性強、理論工作電壓高，只要解決了能量密度偏低與原材料成本高的問題，未來隨著技術和制備工藝的突破，聚陰離子材料有望加速實際應用的步伐。圖表30：聚陰離子鈉電正極材料種類在各類開發的正極材料中，聚陰離子型正極材料，由于具有三維框架結構（類似于磷酸鐵鋰的橄欖石型晶體結構居多）、聚陰離子的誘導效應、穩定的電化學性能、長期循環穩定性好、安全性高，是鈉離子電池中極有應用前景的正極材料之一。但該材料低的電子電導率阻礙了電化學性能的發揮，同時高昂的合成成本和復雜的制備工藝也阻礙了上述材料的產業化應用。目前，廣泛應用制備聚陰離子化合物的方法有三種。固相法是一種合成鈉離子電池材料比較常用的方法,通常是指兩種或兩種以上固體直接參與反應,同時引起化學變化的反應。2.溶膠—凝膠法溶膠—凝膠法是制備固體氧化物或其它化合物的一種方法,屬于濕化學方法中的一種。該方法主要是用含有高化學活性組分的化合物為原料,在液相中將這些原料均勻混合,并進行水解、縮合反應,在溶液中形成穩定的透明溶膠體系,溶膠經陳化、膠粒間緩慢聚合，形成具有三維空間網絡結構的凝膠,凝膠再經過干燥、燒結固化最終得到成分比較均勻的材料。溶膠—凝膠法與其它傳統方法相比具有明顯的優越性,如前驅體溶液化學均勻性好(可達分子級水平)、合成溫度較低、粒徑較小且分布窄、比表面積大、反應過程易于控制、設備簡單等,近些年來被廣泛應用于鈉離子電池正、負極材料的制備上。3.水熱合成法水熱合成法屬液相化學的范疇,是指在特制的密閉反應器中,采用水溶液作為反應體系,通過對反應體系加熱、加壓,創造一個相對高溫、高壓的反應環境,使得通常難溶或不溶的物質溶解,并且重結晶的一種方法.用水熱合成法制備出的納米晶體,不僅粒度分布均勻、晶粒發育完整,而且原料較便宜,能夠得到理想的化學配比的晶體。國內主流的鈉電聚陰離子企業主要鈉創新能源、眾鈉能源、璞鈉能源、珈鈉能源、浙江瑞邦科技等新興企業，也有當升科技、恩耐吉等鋰電材料傳統企業。圖表31：聚陰離子鈉電正極材料企業進展情況企業進展企業名稱產業化進展情況眾鈉能源目前眾鈉能源年產5萬噸硫酸鐵鈉鈉離子電池正極材料項目已落戶鎮江綜合保稅區，項目總投資10.2億元，一期產能1.5萬噸，預計2024年一季度前投產。總投資100億元，主要建設20GWh儲能電池及10GWh儲能系統量產基地，正式簽約宣城廣德。中鈉能源計劃建設萬噸級鈉電正極材料生產線及0.5GWh鈉電芯中試產線。瑞邦科技年產6000噸的聚陰離子鈉電正極材料生產線投產。樂普鈉電已在層狀氧化物和聚陰離子雙技術路線布局了總計10余種產品型號；與安徽六安的“2萬噸鈉離子電池正極材料”項目已簽約鈉創科技鈉創新能源年產4萬噸鈉離子電池電極材料核心技術攻關與產業化項目正順利實施。2022年10月，項目一期工程在紹興濱海新區馬海片區建設；2023年1月，鈉創新能源康莊基地一期工程5棟主體建筑封頂。珈鈉能源公司千噸級正負極產線于2023年4月投產，正積極籌建數萬噸量產線。為方能源2023年5月為方能源貴州年產10萬噸錳基鈉離子電池材料生產線建設項目開工(一期2萬噸)璞鈉能源目前聚焦在正極材料和電芯的研發工作。現在實驗室已經初步搭建完成，材料中試設備全部到齊，預期2月中旬完成調試，然后進行試生產和生產。材料的中試線為百噸級，目前是國內乃至全球聚陰離子里規模最大的。公司的公斤級實驗線在去年9月底就建成了，現在處于連續運轉階段。恩耐吉已建千噸級磷酸釩鈉正極材料生產線；該項目計劃建設三期，第一期已投入資金1億元，建成了1000噸釩基磷酸鹽體系正極材料生產線，三期計劃總投資10億元，全部建成后年產1萬噸磷酸釩鈉正極材料。1Gwh鈉電池對應聚陰離子正極材料需求：約為3300噸。起點研究院（SPIR）預測：到2025/2030年鈉電池聚陰離子正極材料市場規模分別為13.5萬噸和126.5萬噸。聚陰離子電池主要應用于電動汽車和大型儲能等領域，主要優勢是BOM成本低，循環性能好，安全性能高。圖表32：2022-2030年鈉電聚陰離子正極材料市場規模及預測（/噸）國內主流的鈉電聚陰離子技術路線分為磷酸鐵鈉、磷酸釩鈉和硫酸鐵鈉三種。其中磷酸鐵鈉路線代表企業有：鈉創新能源、浙江瑞邦科技、眾鈉能源、璞鈉能源；磷酸釩鈉代表企業有：鈉創新能源、磷酸釩鈉；硫酸鐵鈉代表企業有：珈鈉能源。起點研究院（SPIR）預測，由于成本和合成工藝原因，磷酸鐵鈉將成為聚陰離子鈉電正極材料最快產業化的路線。圖表33：國內主要聚陰離子正極材料企業產品技術路線企業名稱產品技術路線眾鈉能源磷酸鐵鈉浙江瑞邦科技磷酸鐵鈉樂普鈉電磷酸鐵鈉鈉創新能源磷酸鐵鈉、磷酸釩鈉珈鈉能源磷酸鐵鈉、硫酸鐵鈉璞鈉能源磷酸鐵鈉恩耐吉磷酸釩鈉普魯士藍類化合物之前并未在鋰離子電池中使用過，作為過渡金屬的氰化配位聚合物，通式為AxM[Fe(CN)6]y.nH2O，A代表Li、Na、K等堿金屬離子，M代表過渡金屬離子Fe、Mn、Co、Ni、Cu等。普魯士藍材料常溫即可制作合成簡單方便，理論比容量可以達到170mAh/g，同時其立方體的三維立方網絡結構間隙位大（約4.6?),鈉離子在結構中擁有較大的傳輸通道可實現高倍率充放電。但由于其結構中的Fe(CN)6空位易和晶格水分子形成化合物，結晶水難以除去，使得普魯士藍在實際應用中容易存在比容量低、效率不高、倍率較差和循環不穩定等問題。因此，抑制普魯士藍類化合物結晶水產生和改善晶格缺陷是產業化應用的關鍵。圖表34：普魯士藍結構示意圖目前普魯士藍/白參與的企業不超過10家，主要玩家有美聯新材/七彩化學合資的美彩化學、遼寧星空鈉電、上海漢行科技、百合花、容百科技、格林美和美國鈉離子電池制造商NatronEnergy等，相比于層狀氧化物和聚陰離子材料，普魯士系列的參與者和產業化進程都較慢。圖表35：國內主要普魯士藍/白正極材料企業進展情況普魯士藍/白材料產業化進展情況合作客戶美聯新材/七彩化學年產18萬噸電池級普魯士藍（白）項目分三期建設，已獲噸級訂單湖南立方新能源遼寧星空鈉電遼寧星空鈉電上海漢行科技規劃年產10萬噸普魯士藍類正極材料上海漢行科技百合花全資子公司宣城英特顏料有限公司實施年產15000噸鈉離子電池正極材料項目，項目建設周期為2年，總投資預計1.96億元容百科技普魯士白目前處于中試階段，具備噸級產能格林美已具備相關技術，正在給客戶送樣驗證美國鈉離子電池制造商NatronEnergy22年5月，Natron聲稱其設計的鈉離子電池提供了介于鉛酸電池和鋰離子電池之間的強大能量密度，超高速充電可以在8分鐘內完成0-99%充電，循環使用壽命超過5萬次，比競爭對手鋰離子電池還高出51Gwh鈉電池對應聚陰離子正極材料需求：約為2300噸。起點研究院（SPIR）預測：到2025/2030年鈉電池普魯士藍/白正極材料市場規模分別為1.35萬噸和26.5萬噸。圖表36：2022-2030年鈉電普魯士藍/白正極材料市場規模及預測（/噸）普魯士藍/白路線的三個關鍵問題：1）上游原材料供應問題：從國內布局普魯士藍正極材料的企業來看，選擇制備的起點多為亞鐵氰化鈉，也有部分從亞鐵氰化鈉的上游氰化鈉開始。氰化鈉是一種劇毒產品，行業的準入資質較高，生產許可證稀缺，另外在氰化鈉的運輸過程中，需要公安部門開具通行證明才可運輸，運輸成本較高。亞鐵氰化鈉無毒，甚至在國際標準中可以用于食鹽抗結，成本較氰化鈉略高。根據華經情報網，2020年國內主要廠家液態氰化鈉產能約為155.25萬噸、固態氰化鈉的產能約為18.86萬噸，供應較為充足，為普魯士藍材料大規模產業化提供了保障。2）結晶水問題與循環次數：普魯士藍類化合物在合成過程中往往會產生許多結晶水及Fe(CN)6結構缺陷。晶格間隙的結晶水容易占據儲鈉位點及Na+的脫嵌通道，導致材料中Na含量減少及Na+遷移速率降低，從而影響材料的電化學性能。此外，MHCF結構中與過渡金屬相連的結合水及Fe(CN)6缺陷還會導致材料在充放電過程中發生結構坍塌，影響材料的循環穩定性。目前的普魯士藍正極材料的改進措施包括：（1）復合改性：普魯士藍可以通過與碳材料、聚合物、NiHCF、有機化合物等其他材料復合進行改性，提高材料的導電性和循環穩定性。（2）摻雜改性：另外普魯士藍也可以通過與金屬離子摻雜的方式，提高材料中電子及Na+的遷移能力。比如，摻雜半徑相對較大的金屬離子可增大晶胞參數，增加儲鈉位點并擴大鈉離子的脫嵌通道；摻雜電化學活性的金屬離子，可提高材料的容量；摻雜一些非電化學活性的金屬離子可在結構中起到一定的支柱作用，提高材料的循環穩定性。普魯士藍正極材料的改進進展：（1）普魯士藍材料的結晶水問題，從技術及理論層面來看目前已有解決方案，實驗室小試環境下已可以將結晶水控制在合理水平，后續量產過程也有望突破。（2）普魯士藍材料改進后會對下游電池廠商的生產工藝提出新的要求，涉及水分控制、時間銜接、產線布局等問題，當工藝穩定后，該方案將具備明顯的成本及規模優勢。對標海外，國產普魯士藍正極材料性能提升指日可待：美國鈉離子電池制造商NatronEnergy采用普魯士藍作為正極材料，現已實現循環使用壽命超過5萬次。22年5月，Natron聲稱其設計的鈉離子電池提供了介于鉛酸電池和鋰離子電池之間的強大能量密度，超高速充電可以在8分鐘內完成0-99%充電，循環使用壽命超過5萬次，比競爭對手鋰離子電池還高出5到25倍，此外具有極高的熱穩定性，因此運輸、部署和處置都很安全，沒有火災風險。因此，對標海外，我國國產普魯士藍正極材料性能提升指日可待。3）亞鐵氰化鐵分解產生氰化物，導致的安全性問題：市場對于該技術的另一個擔憂點在于普魯士藍（又名亞鐵氰化鐵）在高溫下可能分解產生劇毒物質氰化物，從而危害人體健康。但該還原反應只有在溫度達到約400℃時才有可能發生，因而安全性問題幾乎不會發生。第四章鈉離子電池負極材料發展分析目前鈉離子電池負極材料的研究主要集中在碳基（無定形碳）材料、合金類材料、金屬氧化物及有機化合物等。總體來看，非碳類材料商業化難，碳基材料主導地位穩固。合金類負極材料具有理論容量較高，導電性良好的特點，然而此類材料反應動力學較差,且反應時體積膨脹嚴重，所以目前實際應用存在較大困難。金屬氧化物材料具有成本低、理論容量較高等優點，但導電性較差，充放電過程中也存在體積變化巨大等問題，從而導致倍率性能和循環穩定性較差，一般需要通過碳包覆、納米化等手段進行改性。因此非碳類材料預計在較長時間內都難以實現產業化。無定形碳具有較高的儲鈉容量和良好的循環性能等優點，是目前最具有商業化應用前景的鈉電池負極材料。圖表37：四種鈉電池負極材料特點對比負極材料特點金屬氧化物金屬氧化物有穩定的無機骨架結構，所以有超長循環壽命；但相對分子質量較高，所以比容量偏低。有機化合物成本低且結構多樣；但首效低、低電子電導、循環中出現極化問題、有機分子易在電解液中溶解。合金類脫嵌鈉過程中體積變化巨大會導致活性物質粉化，致使容量迅速衰減，循環性能和倍率性能不佳。碳基材料比容量高，工作電位低；可逆容量，循環性能優良。圖表38：鈉電池負極材料各技術路線對比種類碳基材料合金類材料金屬氧化物金屬硫化物金屬磷化物儲鈉原理納米孔洞儲鈉、石墨片層間嵌鈉、表面吸附和缺陷儲鈉與Na形成合金或金屬間化合物氧化態金屬被Na還原形成Na2O，或發生合金化反應/與Na形成合金反應代表性材料硬碳，軟碳Si0.07Sb0.93Na2Ti3O7MoS2Sn4P3mAh/g）硬碳理論值530420370電勢（V，相對Na+/Na）0.30.80.50.4優勢儲鈉平臺低、容量高、循環壽命長、成本低廉、體積膨脹小電子導電性好、比容量枝晶的產生得理論容量高、結構穩定、熱力學穩定性好、良好的導理論容量高、嵌鈉/脫鈉電勢適當、導電性較好、膨脹較小劣勢倍率性能差、大部分容量在接近金屬鈉的析出電位附近實現，可能導致電極表面析出鈉枝晶體積膨脹嚴重，材料粉電子導電性較差、體積效應性差原料昂貴、穿梭效應嚴重首次庫倫效率低、電化學原理有待研究1）石墨儲鈉困難，無法用作鈉電負極。相較于鋰離子電池，鈉離子原子半徑較鋰離子大至少35%以上，鈉離子較難在材料中嵌入脫出，對負極材料的結構穩定性提出了更高的要求。鋰離子電池中主流運用的石墨負極材料的孔徑與層間距都無法滿足鈉離子電池負極的要求。圖表39：理想的鈉離子電池負極要求特性要求遷移率較高的離子和電子導電率穩定性具有惰性，在電解液中沒有任何溶解或反應傾向；具備良好的循環穩定性，體積變化率小。電化學性質與金屬鈉一樣具有較高的工作電位，且電位不能隨著鈉離子的嵌入脫出而有較大波動。密度低且孔隙多，單位質量內能容納較多的鈉離子。成本低，來源廣，易獲取及儲存，環保且具有經濟效益。2）軟碳容量不足，硬碳成為鈉電負極首選。無定形碳包括硬碳與軟碳，硬碳是在2800℃以上高溫處理后不能石墨化的碳，軟碳是經高溫處理后可以石墨化的碳。硬碳：內部晶體排布雜亂無序，孔隙更多，且石墨片層間、封閉微孔、表面和缺陷位點都能儲鈉，所以容量較高。軟碳：雖然成本較硬碳低，但是由于具有石墨化結構，所以儲鈉量較低；雖然可以通過造孔工藝增大容量，但是會增加成本，反而不如硬碳經濟。綜上，由于石墨的孔徑與層間距較小，與鈉離子直徑不符，而軟碳材料由于類石墨結構儲鈉容量不足，因此行業內主流使用的是硬碳負極。圖表40：硬碳、軟碳、石墨負極性能參數對比材料石墨硬碳軟碳晶體結構原料天然石墨/瀝青/石油焦樹脂/瀝青/生物質瀝青/煤基碳化溫度2500-3000℃＜1500℃1000-1500℃晶體結構(Lc)(nm)>801.1-1.22-20層間距離(nm)≈0.3350.37-0.420.34-0.37真實密度(gcm3)1.4-1.8壓實密度(gcm-3)1.5-1.80.9-1.0比容量(mAh/g)儲鋰理論值372儲納容量35儲鈉理論值530儲鈉222儲納體積容量(mAh/cm)477264電極膨脹率(%)低溫性能快充性能-15℃-50℃-20℃循環性能>10C首次庫倫效率高較高高安全較高高高典型應用鋰離子電池鋰/鈉/鉀離子電池鋰離子電池硬碳又稱“非石墨化碳”，通常是難以被石墨化的碳材料的統稱。硬碳由扭曲的石墨烯片堆積而成，即使在高于3000℃的溫度下，這些堆疊的石墨烯片也很難完全展開或壓平而進一步形成石墨。JeffDahn等人提出的“紙牌屋”模型是第一個也是最早被廣泛接受的硬碳結構模型，該模型指出硬碳中存在小而彎曲的石墨烯片平行堆疊的短程有序微區，堆疊層數一般在2～6層，橫向尺寸在4納米左右，材料呈現長程無序排列，不同取向的微區之間形成了豐富的納米孔道。硬碳的石墨片層間距通常在0.37～0.40nm之間，遠比石墨的0.335nm大，因此硬碳對于比鋰離子半徑更大的鈉粒子，擁有更強的存儲能力和更高的儲鈉容量。圖表41：硬碳的“紙牌屋”模型、硬碳與石墨的層間距比較硬碳儲存堿金屬離子的位點主要包括：1）插層在石墨烯片層之間；2）儲存在閉孔內；3）吸附在表面和缺陷位點上。而石墨和軟碳材料儲存堿金屬離子的方式主要是插層在石墨烯片層之間。考慮到硬碳材料相比石墨和軟碳具有更豐富的儲鋰/鈉位點，硬碳具有更高的理論容量（530mAh/g遠高于石墨材料的理論容量372mAh/g。同時，因為石墨烯片層之間存在大量孔洞，鈉離子插層和填充前后造成的晶格膨脹可以被有效緩解，因此硬碳的在充放電過程中的體積膨脹效應遠小于石墨和軟碳，安全性更好。圖表42：硬碳作為負極時存儲堿金屬離子的位點示意圖鋰離子電池的插層儲鋰機理已經很清楚，理論容量也已經有定論，鋰離子電池石墨負極的容量可達372mAh/g。而鈉離子電池的儲鈉機理還不明晰，目前學界認為主要有三種儲鈉機制1）插層反應機制2）合金化反應機制3）轉化反應機制。圖表43：硬碳儲鈉機理模型目前的爭議主要集中在平臺和斜坡區域所分別對應儲鈉機理的認識上。針對這兩個區域，目前存在著兩種儲鈉機理的解釋：1、“嵌入-吸附”機理（圖a）認為斜坡區容量主要來源于Na+在類石墨層間中的嵌入，平臺區容量來源于Na+在微孔中的填充或沉積；2、“吸附-嵌入”機理（圖b）則相反，認為斜坡區容量主要來源于Na+在碳表面及邊緣缺陷上的吸附，平臺區容量主要來源于Na+在類石墨間的嵌入。目前有較多文獻支持“吸附-嵌入”模型，“層間嵌入”機制形成的NaC8可提供理論容量為279mAh/g的平臺比容量，再加上斜坡區比容量，鈉離子電池理論容量可達530mAh/g。硬碳負極相較于石墨負極具有高電荷容量、優異的倍率容量、長循環能力和良好的低溫性能的優點，那為何在鋰離子電池中，硬碳并未成為主流的負極路線？（1）鋰電硬碳負極首效低：硬碳負極的一個很大短板是在第一次充電/放電循環期間會有大量的電荷“損失”。對于鋰離子電池來說，這種“損失”是由于過量消耗鋰離子形成SEI膜造成的。此外，在碳基質中還有一些鋰俘獲，進一步導致低的可逆容量和較差的初始庫侖效率（ICE不超過80%）。（2）電壓滯后：除了低容量與低首效，硬碳中包含一些殘余的氫封端芳香族碎片，而鋰離子會與這些位點結合，在這種情況下，從這些位置移除鋰離子會使得電位向更高電壓移動，從而導致電壓滯后。為了彌補硬碳的這些缺陷，需要增加工序與生產成本，使得硬碳負極相較于石墨的經濟性較差，所以現在鋰離子電池主流使用的還是石墨負極。而在鈉離子電池中石墨負極無法使用，研究者把研發攻關的方向重新聚焦在硬碳材料上。另外，硬碳材料使得負極能夠更好地實現快充、解決了過放電的安全問題，打開了鈉離子電池應用的廣度。（1）快充與電解液導電率及負極材料穩定性有關。硬碳負極能夠滿足快速嵌鋰、嵌鈉的需求，但是快充導致鋰枝晶析出容易引發短路，造成安全隱患，這限制了鋰離子電池的快充性能。相較鋰離子電池，鈉離子電池能夠實現快充有三個原因：1.鈉離子斯托克斯直徑比鋰離子的小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導率，也就是說同等條件下鈉離子比鋰離子跑得快。2.鈉枝晶可自溶，安全性更好，可適應高倍率快充。根據馬琳等人的《推動我國鈉離子電池產業化路徑探析》，由于鈉金屬比鋰金屬活性高，鈉枝晶的化學穩定性比鋰枝晶差，所以在一定條件下可以自溶解于電解液中，解決了快充會造成鈉枝晶析出，影響電池安全性的問題。3.硬碳負極較大的層間距與孔徑，保證了鈉離子在快充時快速嵌入。（2）過放電問題上，鈉離子電池比鋰離子電池更安全。鋰離子電池在過放電過程中會導致負極過度脫鋰破壞SEI膜，從而產生CO或CO2氣體，使電池膨脹，產生危險，而且過放電后再充電時負極會產生死鋰，降低電池容量。但鈉離子電池具有過放電安全性，即使放電至0V對電芯的長循環穩定性也基本沒有影響。除了可快充、可過放的優點，現有的雜原子摻雜、預氧化、預鋰化、結構設計等鋰離子電池負極修飾技術，未來也有望在鈉離子電池產業化過程中逐步使用，這些技術積淀可以有力地推動鈉離子電池性能提升、產業化推進。（1）各類硬碳前驅體對比分析目前常用的硬碳前驅體主要可以分為三類：樹脂基（酚醛樹脂、環氧樹脂、聚糠醇等）、瀝青基（煤焦油瀝青、石油瀝青、天然瀝青等）、生物質基（纖維素、木質素、淀粉等）。其核心制造工藝是碳化，受工藝限制，在選材時要求成本低、供應量大、易獲取及儲存，同時還強調容量損失少、效率較高、循環性較好，對于純化過程也有要求。圖表44：硬碳前驅體材料性能參數對比類型比表面積層間距（mAh/g）首效（%）循環性能生物質（竹子、甘蔗渣、小麥秸稈和木材等）0.5-1000.5-50.35-0.4219-49340-73/生物質（椰殼）///200-33776-932073-2936生物質（淀粉）0.8-1.2//269-33766-88/多孔碳+黑磷1000-3000/310-44582-92/無煙煤+造孔劑///211-29484-862083-3268瀝青//0.36-0.3995-300.645-90/酶解木質素基環氧樹脂50-320/0.34-0.39106-250//樹脂基類前驅體：最常見的是酚醛樹脂前驅體，所得到的硬碳產品均一度較好，純度也較高，具有優異的循環性能、更高的可逆比容量及更好的倍率性能，產品一般呈球形顆粒，且因為原料可控，工藝的設計性較強。然而其成本是最高的，自2021年以來酚醛樹脂價格穩定在12000元/噸左右，成本劣勢成為了樹脂基硬碳的痛點。瀝青基類前驅體：前驅體來源雖然非常廣泛，且價格低廉，煤系瀝青和油系瀝青均可使用，但其不足之處在于瀝青里的揮發成分較多，需要額外的尾氣處理，增加成本支出，且目前工藝尚不成熟，產品的容量較低。生物質基類前驅體：生物質前驅體由于來源廣泛、價格低廉、綠色環保，而且其本身就具有豐富的雜原子和獨特的微觀結構。常見的生物質包括木質纖維素類（喬木類、秸稈類、干質果殼類）和多糖淀粉類（種子類）等，椰子殼和秸稈則是其中較為典型的兩種生物質材料。從生物質基、酚醛樹脂基、瀝青基三種技術路線來看，生物質基路線產出的硬碳性能適中，物料來源廣泛，成本相對合適，目前為主要生產企業的選擇。采用不同生物質材料作為前驅體的硬碳負極需要不同的碳化溫度，所得到的負極材料首周庫倫效率也有著顯著不同。溫度、濕度、氣氛、原料比等因素對產品的質量密度、孔道結構及分布、機械強度、電導率等都有著不同的影響，因此加工工藝在硬碳負極的開發中非常重要。圖表45：不同生物質前驅體制備硬碳負極的性能對比生物質前驅體碳化溫度(℃)首周庫倫效率（%）（mAh/g）循環次數容量保持率再生棉8331597%核桃殼25730070.8%橡樹74.836020090%