當(dāng)下鋰電池作為重要的儲(chǔ)能電池，成為了新能源汽車、電子產(chǎn)品、無繩器材的儲(chǔ)能單元。但由于鋰儲(chǔ)量有限，開采能力受限，中國鋰礦資源缺乏且品相較差，日益增長的需求所造成的沖擊成本使鋰的價(jià)格屢創(chuàng)新高。在鋰價(jià)高企的情況下儲(chǔ)能電池是向氫能（H）過度還是向鈉（Na）電演化？氫能在現(xiàn)階段效率較低，產(chǎn)業(yè)化程度不高，安全性問題亟待解決。鈉離子電池作為低成本、安全的儲(chǔ)能單元若能解決效率問題、產(chǎn)業(yè)化問題，或?qū)⒊蔀楝F(xiàn)有電池行業(yè)的重要補(bǔ)充。
核心關(guān)注點(diǎn)
成本·效率·安全·應(yīng)用
------------------------------
1
什么是鈉離子電池
鈉離子電池是一種二次電池（充電電池），利用不同材料的正負(fù)極參與氧化還原反應(yīng)，鈉離子電池主要依靠鈉離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作達(dá)到充放電，與鋰離子電池工作原理相似。
2
發(fā) 展 歷 史
鈉離子電池的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，與鋰離子電池的研究齊頭并進(jìn)，主要原因是它們具有相近的原子結(jié)構(gòu)和電化學(xué)特征。由于鈉離子電池在能量密度和循環(huán)壽命方面的劣勢及鋰離子電池順利商業(yè)化，在1990后的20年里幾乎停滯發(fā)展，隨著鋰資源的稀缺和新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鈉離子電池開始受到產(chǎn)業(yè)和科研界重視。
資料來源：《鈉離子電池正極材料研究進(jìn)展》
3
工 作 原 理
鈉離子電池工作原理與鋰離子電池“搖椅式”原理相同。利用鈉離子（Na+）在正負(fù)極材料之間的可逆脫嵌實(shí)現(xiàn)充放電。充電時(shí)，Na+在電勢差的驅(qū)動(dòng)下從正極脫出，經(jīng)過電解質(zhì)傳輸嵌入負(fù)極，實(shí)現(xiàn)電量儲(chǔ)存，放電過程正好相反。但相比于鋰離子（0.76?），鈉離子的半徑（1.02?）更大，擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)更遲緩，使之在能量密度和循環(huán)特性上具有本征劣勢，本征劣勢能否解決是決定鈉電池商業(yè)化的重要因素。
工作原理 電池結(jié)構(gòu)工藝
資料來源：中科海鈉官網(wǎng)
資料來源：《鈉離子電池：從基礎(chǔ)研究到工程化探索》
4
各類電池對(duì)比及競爭優(yōu)勢
資料來源：中國科學(xué)院物理研究所、CNKI
/ 鈉離子電池-競爭優(yōu)勢 /
1、 成本低 （原材料成本低-碳酸鋰 45 萬/噸，碳酸鈉 4000 元/噸、集流體成本低-鋰電池使用銅箔 8 萬/噸，鋁箔 3萬/噸）
鋰資源價(jià)格持續(xù)攀升，鈉離子電池具備成本及供應(yīng)優(yōu)勢：在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型背景下，日益增長的電動(dòng)汽車市場和儲(chǔ)能市場拉動(dòng)鋰電需求，疊加疫情因素，鋰原材料價(jià)格持續(xù)上漲。截至 2022 年 2 月，主要原材料電池級(jí)碳酸鋰鹽價(jià)格突破 45 萬元/噸，創(chuàng)歷史新高。此外，鋰元素的豐度很低，地殼豐度僅為 0.006%，且大多數(shù)集中在南美洲，分布不均引發(fā)能源安全焦慮。與之相比，鈉離子電
電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格 鋰資源全球分布
資料來源：wind
鈉離子與鋰離子 全球各國探明
地殼豐度比較 鋰資源儲(chǔ)量占比
資料來源：wind、《鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化需伺機(jī)而動(dòng)》
鈉電池成本
資料來源：中科海鈉官網(wǎng)
2、安全性高 （安全性優(yōu)于磷酸鐵鋰及三元鋰）；
性能穩(wěn)定，安全性較高：鈉離子電池的安全性能比三元電池和磷酸鐵鋰電池更為優(yōu)異，原因?yàn)椋?/span>
1）鈉離子電池內(nèi)阻比鋰離子電池更高，當(dāng)電池短路時(shí)，放熱功率低，瞬間發(fā)熱少，溫升低，減少了起火事故的發(fā)生頻率；
2）商用鈉離子電池正極材料的熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于鋰三元材料，更加安全；
3）鈉離子電池將集流體從銅箔換成鋁箔，正極可以放電至 0V而不會(huì)影響后續(xù)使用，使其在運(yùn)輸和保存過程中更安全，降低了電池的儲(chǔ)運(yùn)成本。
安全性測試: 放電至0%后，加熱狀態(tài)下鈉離子電池
針刺無明火出現(xiàn) 放熱量僅為磷酸鐵鋰電池的 1/15
資料來源：《From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries：Challenges and Opportunities》Faradion官網(wǎng)
3.低溫性能好 （-20 度容量保持 88%）；
4.倍率性能好 （10 分鐘沖入 80%）；
5.與鋰電類似，生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程類似，產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)較快的產(chǎn)業(yè)化
5
鈉離子電池市場及產(chǎn)業(yè)鏈
應(yīng)用場景廣泛，預(yù)計(jì) 2025 年國內(nèi)鈉離子電池潛在應(yīng)用場景的需求量為 123GWh，以磷酸鐵鋰電池價(jià)格計(jì)量，對(duì)應(yīng) 537 億元左右的市場空間：鈉離子電池在儲(chǔ)能、電動(dòng)兩輪車與A00級(jí)別汽車領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。預(yù)計(jì)2025年國內(nèi)儲(chǔ)能需求48GWh，兩輪車需求41GWh，A00 級(jí)別汽車需求34GWh。當(dāng)前這三個(gè)場景主要應(yīng)用磷酸鐵鋰電池，若鈉離子電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)化順利推進(jìn)，當(dāng)產(chǎn)能達(dá)到GWh級(jí)別時(shí)，設(shè)備折舊費(fèi)用攤薄，其材料成本低的優(yōu)勢將顯現(xiàn)出來，有望在儲(chǔ)能、電動(dòng)兩輪車、A00 級(jí)別汽車等領(lǐng)域?qū)α姿徼F鋰電池實(shí)現(xiàn)替代。
資料來源：中國自行車協(xié)會(huì)、 乘聯(lián)會(huì)、高工鋰電
儲(chǔ)能市場 ----------------
電化學(xué)儲(chǔ)能占比躍升，鋰離子電池占比超 90%。抽水儲(chǔ)能由于技術(shù)最成熟、存儲(chǔ)成本最低、最先實(shí)現(xiàn)商用，仍是全球迄今為止應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能方式。但隨著以風(fēng)電和光伏為代表的新能源裝機(jī)量大幅提升，電化學(xué)儲(chǔ)能憑借其受地理位置影響小、建設(shè)周期短及成本持續(xù)下降等優(yōu)勢，逐漸成為新增裝機(jī)主流。以中國為例，2018 年至 2021 年電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)占比從 3%躍升至 10%，其中鋰離子電池占據(jù) 90%以上的主導(dǎo)地位。
高性價(jià)比鈉電未來發(fā)展確定。與其他新型儲(chǔ)能方式，如飛輪儲(chǔ)能、釩電池液流儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能相比，鋰離子類電池儲(chǔ)能顯示出顯著的能量成本優(yōu)勢，投資成本低，能量密度高，在功率規(guī)模、響應(yīng)時(shí)間上無短板，可以廣泛的應(yīng)用于電源、電網(wǎng)和用戶側(cè)。鋰離子電池在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢為相似模式的鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展亮起綠燈，性價(jià)比更高的鈉離子電池有望在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域昂首挺進(jìn)。
2021 年全球儲(chǔ)能路線分布
資料來源：CNESA
中國電化學(xué)儲(chǔ)能占比躍升 中國鋰離子電池
為電化學(xué)儲(chǔ)能主流
資料來源：CNESA
動(dòng)力領(lǐng)域 ----------------
以電動(dòng)兩輪車和低速汽車為主：電動(dòng)兩輪車與低速四輪汽車市場規(guī)模保持穩(wěn)定增長。2020年國內(nèi)電動(dòng)兩輪車產(chǎn)量高達(dá)4834萬輛， 同比增長27.21%，其中超7成使用的是鉛酸電池，鉛酸電池的能量密度只有30-50Wh/kg，且循環(huán)次數(shù)僅有300-500次，但成本卻在0.3-0.5 元/Wh，鈉離子電池性能明顯強(qiáng)于鉛酸電池，未來替代空間較大。此外，GGII 數(shù)據(jù)顯示，2020年A00級(jí)電動(dòng)車?yán)塾?jì)生產(chǎn)30.35萬輛，同比增長71.2%，占新能源乘用車的比例較 2019年17.3%提升至26.4%。
2015-2020 年中國電動(dòng) 2020年A00級(jí)電動(dòng)車
兩輪車產(chǎn)量及增速 在新能源乘用車的占比
資料來源：《電動(dòng)兩輪車行業(yè)發(fā)展白皮書》
電動(dòng)自行車新規(guī)落地加速“鉛酸替代” 需求，鋰離子電池已先入局。 新版《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》自2019年4月正式實(shí)施以來，規(guī)定電動(dòng)自行車整車質(zhì)量不超過55kg，超標(biāo)車型或換成質(zhì)量更輕的電池，或申請(qǐng)電動(dòng)摩托車目錄成為機(jī)動(dòng)車（消費(fèi)者需要相關(guān)駕照并承擔(dān)相關(guān)上牌費(fèi)用、保險(xiǎn)費(fèi)用等），為了保證續(xù)航里程只能使用同樣能量密度下更輕便的鋰離子電池，當(dāng)前鋰電池兩輪車滲透率不斷上升，2020年已達(dá)到23.50%?？紤]到鈉離子電池較鉛酸電池同樣具備優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)化后也將是“鉛酸替代”的有力競爭者。
2009-2020年中國 2016-2020年鋰電池
電動(dòng)自行車保有量及增速 兩輪車產(chǎn)量及滲透率
資料來源：《電動(dòng)兩輪車行業(yè)發(fā)展白皮書》
6
行 業(yè) 主 要 參 與 者
全球近三十家企業(yè)開始布局鈉離子電池，儲(chǔ)能、電動(dòng)車應(yīng)用多點(diǎn)開花。除了 Faradion、Tiamat 和中科海鈉世界三大鈉離子電池生產(chǎn)廠商外，美國 Natron Energy、中國鈉創(chuàng)新能源等二十余家企業(yè)紛紛布局商業(yè)化鈉離子電池，并逐步拓展產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，包括儲(chǔ)能電站、5G 基站、車用電池等。中國中科海鈉產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用走在世界前列，2021 年全球首套 1MWh 鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)正式投運(yùn)；2021 年底，中科海鈉宣布，將與三峽能源等合作，共同建設(shè)全球首條鈉離子電池規(guī)模化量產(chǎn)線，屆時(shí)規(guī)模化鈉離子電池的成本優(yōu)勢將得到首次驗(yàn)證。
全球主要鈉離子電池生產(chǎn)企業(yè)布局
資料來源：公司官網(wǎng)
資料來源：公司公告
行業(yè)主要參與者-寧德時(shí)代、中科海鈉
資料來源：公司公告
7
產(chǎn) 業(yè) 鏈 概 況
鈉電產(chǎn)業(yè)鏈布局承襲鋰電，利于產(chǎn)業(yè)化快速導(dǎo)入。我國鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈還處于初級(jí)階段，產(chǎn)業(yè)布局尚不成熟。鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)與鋰電類似，包括上游資源企業(yè)、中游電池材料及電芯企業(yè)。目前，鈉離子電池處于三路線同時(shí)發(fā)展階段。層狀金屬氧化物和聚陰離子化合物分別與三元電池和磷酸鐵鋰電池同體系，均有良好產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)，而普魯士藍(lán)類似物作為鈉離子電池特有體系，需要特定的研發(fā)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)化配套。除了正負(fù)極材料加工外，鈉離子電池在集流體鋁箔、電解液、隔膜、電池組裝等產(chǎn)業(yè)鏈均可直接使用現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈，為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化提速創(chuàng)造了便利條件。
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈布局
資料來源：國泰君安證券研究
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈上游重點(diǎn)標(biāo)的
資料來源：上市公司公開資料
鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中游重點(diǎn)標(biāo)的
資料來源：GGII，Evtank，上市公司公開資料
7
行 業(yè) 發(fā) 展 主 要 風(fēng) 險(xiǎn)
1.鈉離子電池規(guī)模化量產(chǎn)有待提速。目前，由于鈉離子電池未開始量產(chǎn)，電芯材料成本較理論更高，仍在 0.4-0.5 元/Wh，同磷酸鐵鋰成本相當(dāng)。加上折舊等制造成本，總成本超過 1 元/Wh，同鋰電池比尚不具備經(jīng)濟(jì)性。待大規(guī)模量產(chǎn)后，材料成本如果控制在 0.2 元/Wh 左右，隨著制造成本被攤薄，鈉離子電池將具備顯著成本優(yōu)勢。目前，全球第一條大規(guī)模量產(chǎn)線由中科海鈉建設(shè)，預(yù)計(jì)其中 1GWh 于 2022 年投產(chǎn)，降本效果尚待驗(yàn)證，而其他廠家仍在試產(chǎn)中，不具備成本比較條件。此外，鈉離子電池原材料、正負(fù)極配套尚未進(jìn)入規(guī)模化供應(yīng)，材料成本難以控制。隨著儲(chǔ)能需求提速，如果鈉離子電池降本進(jìn)度不及預(yù)期，仍然難以打敗磷酸鐵鋰在電化學(xué)儲(chǔ)能中的首選地位。
鋰離子電池 30 年來降本迅速
資料來源：《Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline》
2.鋰離子電池的客戶鎖定效應(yīng)。鋰離子電池商業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)三十年，具備成熟且牢固的下游客戶。出于使用慣性與路徑依賴，下游廠商更易選擇成熟度較高的鋰離子電池。作為磷酸鐵鋰電池的替代品，鈉離子電池成本優(yōu)勢是否具備足夠吸引力仍未可知。但由于下游客戶轉(zhuǎn)換成本與搜尋成本不高，一旦鋰價(jià)較高或大幅波動(dòng)，磷酸鐵鋰的優(yōu)勢地位并非牢不可破。
3.儲(chǔ)能空間廣，競爭對(duì)手眾多。儲(chǔ)能市場未來空間十分廣闊，鈉離子電池同樣面臨著多種儲(chǔ)能方式（氫燃料電池、釩電池、飛輪儲(chǔ)能等）的激烈競爭。除了控制成本外，鈉離子電池需要在一致性、安全性上精準(zhǔn)控制，并積極拓寬自己在低溫區(qū)、高功率儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用，挖掘其不可替代性。
