（報告出品方/作者：國海證券，李航）

1、 鈉離子電池與鋰離子電池孿生，具備良好產業化基礎

1.1、 鈉離子電池與鋰離子電池結構原理類似

鈉離子電池是一種類似鋰離子電池的搖椅式二次電池。鈉離子電池與鋰離子電 池同屬搖椅式電池（Rocking Chair Battery），主要包括正極、負極、電解液、隔 膜、集流體五個部分，技術的重難點集中於正極、負極材料。其工作原理為鈉離 子在正極、負極材料中的嵌入脫嵌，以實現能量的充入與釋放。電池充電時，鈉 離子透過隔膜從正極向負極遷移，正極中的部分鈉離子脫嵌進入電解液，電解液 中的部分鈉離子嵌入石墨或硬碳材料的晶格間隙中。放電時相反，負極鈉離子脫 嵌，正極鈉離子嵌入，鈉離子從負極向正極遷移。

鈉、鋰元素物化性質有所差異，電池效能各有所長。其一，鈉離子離子半徑大於 鋰離子，這使其更難嵌入/脫出層狀正負極材料。在常見的層狀金屬氧化物材料 中，鈉離子只能嵌入八面體空隙，而鋰離子可以同時嵌入四面體和八面體間隙， 這使得鈉離子正極材料在能量密度方面有所欠缺；同時鈉離子難以嵌入負極石墨 片層間，使得鈉離子電池需要採用其他負極材料。其二，鈉離子第一電離能更低， 這使得鈉離子更穩定，在低溫下不易析出枝晶，為鈉離子電池帶來更加優異的安 全性、穩定性與低溫效能。其三，鈉離子摩爾電導率更高，使鈉離子電池所需電 解液濃度更低，對新增劑要求更低，鈉離子電池電化學效能也略優於鋰離子電池。

鈉離子電池與鋰離子電池技術工藝接近，研產投入小。一方面，鈉離子電池與鋰 離子電池在多個環節技術相似，生產線可以相互轉換，所需額外成本更小。鈉離 子電池層狀氧化物正極材料與三元鋰正極材料均採用燒結工藝，裝置可以通用； 同時，在隔膜、電芯方面兩者的製造工藝也十分類似。另一方面，鋰離子電池發 展多年，行業技術積累深厚，多種材料為鈉離子電池材料提供創新思路，可以使 其研發成本比同階段的鋰離子電池更低。

1.2、 碳酸鋰價格居高不下，鈉電原料易於獲取成本 低廉

鈉資源供需關係穩定，價格波動小。鈉在地殼中含量很高，地殼丰度為鋰元素的 1000 倍以上。隨著新能源產業的蓬勃發展，電池級碳酸鋰價格持續上漲。WIND 資料統計顯示，2022 年以來碳酸鋰平均單價高於 40 萬/噸，而與之對應的鈉離 子電池原料輕質純鹼維持在 0。2-0。4 萬元/噸，不到前者的 1%。由於下游鋰電產 能激增，碳酸鋰供需關係持續緊張，未來受低品位鋰礦開採成本的上升，鋰價格 將持續攀高。在碳酸鋰供給緊張的情況下，鋰電池正極材料及電解液產量將極易 受到上游原材料價格變動帶來的衝擊。相反，純鹼資源極為豐富，且涉及行業眾 多，開採成本在可預見的未來也不會有所上升，因而鈉資源的供需關係更穩定， 不易出現供給缺口，鈉離子電池下游生產商的原材料貨源有充分保障。

世界鈉資源分佈均衡，避免卡脖子問題的不利影響。鈉資源在全球範圍內以氯化 鈉，即食鹽的形式廣泛存在，而鋰礦則正在全球範圍內成為稀缺資源，以鹽湖和 鋰礦的形式存在。其中鹽湖分佈在南美各國，而鋰礦主要分佈在西澳大利亞。國 內鋰礦規模較小，鋰礦一旦上升為戰略資源將可能成為卡脖子問題，下游生產將 可能受到國際形勢的影響；鈉鹽則是海洋中取之不盡用之不竭的資源，可以大量 開採而不受國際關係影響，國內企業亦可掌握原材料採購的主動權。

1.3、 鈉離子電池近年屢見技術突破，新材料助力性 價比提升

鈉離子電池歷史悠久，近十年發展迅猛。上世紀 70 年代，鈉離子電池幾乎與鋰 離子電池同時被發現，隨後幾十年鈉離子電池進展較為緩慢。2010 年後，學界 開始逐漸重視鈉離子電池相關材料的研究，論文數量不斷攀升，在 2020 年前後 達到頂峰，期間多種型別的正負極材料及其工藝路線的研究起頭並進。2020 年 後，鈉離子研究熱度開始下降，表現出技術成熟與初步商業化的特徵。2011 年， 全球首家主營鈉離子電池的公司 Faradion 在英國成立；2017 年，國內第一家鈉 離子電池專業製造商中科海鈉成立，隨後不斷取得商業化成果，為鈉離子電池產 業化開闢了道路。

各環節技術不斷突破，鈉離子電池價效比優勢凸顯。近年來，鈉離子電池各環節 在基礎技術層面屢見突破。寧德時代最佳化普魯士藍正極工藝，選用最佳材料粒徑 並進行碳包覆，提高了放電功率；中科院物理所團隊發明銅基正極材料，探索下 一代高熵正極材料，透過無煙煤裂解技術獲得軟碳負極材料；過程所團隊使用鋁 代替聚陰離子正極材料中的釩元素，提高其效能的同時降低了成本。

2、 鈉電池成本低廉，正負極與鋰電存在差異

2.1、 鈉離子電池價格低廉且效能良好

鈉離子電池相較鋰電子電池成本更低廉。鈉電池由於嵌入效率低，能量密度受影 響，但成本優勢顯著。鈉離子電池正極材料無須價格較高的鋰鹽，也可以使用銅 基正極材料以避免價格較高的過渡金屬元素化合物，據中科海鈉資料顯示，鈉離 子電池銅基正極成本相比磷酸鐵鋰正極可降低近 60%；同時，由於鈉與鋁不易 發生合金化反應，集流體可以全部使用鋁箔代替銅箔，成本可降低近 70%。另 外，鈉離子電池負極材料可以使用價格較低的無煙煤加工獲得，隔膜與鋰離子電 池類似，兩者基本維持與鋰離子電池相近的成本。根據中科海鈉的綜合測算，鈉離子電池成本相比效能接近的磷酸鐵鋰電池可降低約 30%-40%；目前，鈉離子 電池製造工藝尚未完全成熟，製造規模較小，其製造成本約為 1 元/Wh，與三元 鋰電池相當；而據中科海鈉預測，在規模效應的加持下，鈉離子電池成本有望進 一步壓縮至 0。2~0。3 元/Wh。

2.2、 鈉電池三大正極材料路線各有所長

鈉離子電池正極材料主要包括層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍 類似物三大路線。已發現的層狀金屬氧化物正極材料包括 NaFeO2 等 O3 構型材 料， Na2/3MnO2 等 P2 構型材料，以及具有更復雜構型的混合材料；普魯士藍類 似物主要包括普魯士藍、鐵基/錳基普魯士白等；聚陰離子類正極材料分為 Na4MnV（PO4）3 等 NASICON 型材料，以及 Na3（VOPO4）2F 等氟磷酸鹽型材料。 已經商業化的正極材料覆蓋各個型別，其效能、成本各不相同。從效能角度來看， 普魯士藍類似物和層狀氧化物的理論能量密度更高；從成本看，層狀氧化物材料 價格最為低廉。其餘幾類材料中，隧道型氧化物、非晶態化合物理論能量密度較 低，實用性差；有機正極如 Na2C6O6，其能量密度很高，但工作電壓很低，阻礙 了進一步的發展和應用。（報告來源：未來智庫）

2.2.1、 層狀過渡金屬氧化物原材料易得、成本低

層狀氧化物材料譜系廣泛，效能潛力空間大。過渡金屬氧化物是一類最為常見的 鋰離子電池正極材料，三元鋰電正極材料即屬此類。過渡金屬氧化物分為隧道型 和層狀型兩種，前者效能潛力遠不如後者，主要系層狀結構利於鈉/鋰離子更好 地嵌入金屬氧化物，從而提升其比容量和能量密度。基於與三元鋰離子電池正極 材料相同的原理，鈉離子電池可以採用類似結構的材料 NaxMO2，其中 M 一般 為鎳、鈷、錳等過渡金屬元素。根據材料的晶胞構造與鈉離子嵌入形式，該類材 料又可細分為 O3、P2、P3 三個亞型及混合型，其中 O3、P2 構型最為常見。 由於不同過渡元素的配比可誕生極多種材料構型，可挖掘潛力大，層狀金屬氧化 物一直以來都是科學研究的重點。層狀氧化物路線可變因素較多，潛力空間大。 據胡勇勝團隊研究顯示，P2 構型的 Na0。72［Li0。24Mn0。76］O2 材料具有高可逆氧變價 特性，理論最高能量密度可達 700Wh/kg，最高可逆比容量 270mAh/g。

層狀氧化物材料譜系豐富，原材料易得。英國鈉離子電池生產商 Faradion 是世 界最早開始鈉離子電池商業化的公司之一，始終採用層狀正極氧化物路線，擁有 AxMyMiziO2-d 過渡元素型層狀金屬氧化物專利，其中 A 為以鈉為主導的鹼金屬合 金， M 為鎳、錳、鐵、鈷之一，Mi 可能為鎳、鐵、鈷、錳、鈦等幾十種元素的 組合，其中較為常用的如 NaNi0。5Ti0。5O2-d 等。Faradion 的專利內容也充分體現 了層狀氧化物材料譜系豐富的特點，其元素組成靈活多變，效能各異，一方面有 望為不同應用場景提供各種解決方案，另一方面透過所用金屬元素的改進可以不 斷降低成本。同時，層狀氧化物製備方法簡單，主要為燒結等熱處理工藝，該工 藝與三元正極製備方法十分類似。

2.2.2、 普魯士藍類似物能量密度高

普魯士藍類似物潛力突出，能量密度比肩磷酸鐵鋰。普魯士藍類似物開放式的三 維結構和豐富的鈉離子儲存位點為其帶來了優異的電化學效能及較高的能量密 度。根據 Tang et al。於 2020 年的工作，普魯士藍正極材料在實驗室中可測得能 量密度為 111Wh/kg 以上；S。 He（2022）等人的研究則表明一種新型鐵基普魯 士白（NaMHCF）的能量密度至少可達 182Wh/kg。據寧德時代鈉離子電池釋出 會披露，目前商用鈉離子電池最高單體能量密度可達 160Wh/kg，與主流磷酸鐵 鋰正極材料效能基本相當；下一代鈉離子正極材料能量密度有望達到 200Wh/kg， 已迎頭趕上主流磷酸鐵鋰正極材料的發展規劃。

2.2.3、 聚陰離子化合物穩定性高，倍率效能有待改善

聚陰離子化合物結構穩定性安全性高，倍率效能限制實際應用。相比其它正極材 料，聚陰離子化合物（含有四面體或者八面體陰離子結構單元（XOm）n-（X=P、Si、 B 等）的一系列化合物總稱）由於陰離子框架網路高度的穩定性而具有良好的結 構穩定性和安全效能。但聚陰離子型化合物最大的缺點就是電子導電率和離子擴 散係數都很低，致使電化學反應極化大，降低了倍率效能，限制了實際應用。

實驗室階段鋁元素代替釩，新材料效能顯著提升。2021 年，趙君梅團隊突破性 地研發了三元磷酸鹽正極材料 Na4VFe0。5Mn0。5（PO4）3，隨後又透過使用鋁元素代 替釩，進一步降低成本。據該團隊介紹，磷酸鋁錳釩鈉材料成本較磷酸釩鈉降低 44%，較磷酸錳釩鈉降低 10%。同時，兩種磷酸鋁錳釩鈉材料的能量密度分別達 到了 224 Wh/kg 和 232Wh/kg，遠超前人研究結果，打開了磷酸鹽系聚陰離子化 合物的應用之窗。

2.3、 負極材料以碳基為主，有待技術突破

鈉離子電池負極材料以碳基為主，鐵基材料及鈦酸鈉兼具潛力。Fang et al。等人 完成的綜述顯示，鈉離子電池的負極材料以各種硬碳、軟碳材料為主，另外還包 括三鈦酸鈉等嵌入型化合物、四氧化三鐵等轉化型化合物、金屬單質及合金材料 等等。在所有已發現的負極材料中，除碳基、鐵基負極外的其他材料可能具有更 高的可逆容量和能量密度，但單價過高，暫不適合商業化應用。其中，鐵基材料 如硫化亞鐵、四氧化三鐵等價格較低，偶見商用，但其技術成熟度不如碳基材料。 碳基材料中，鋰離子電池常用的石墨材料無法有效嵌入鈉離子，改進的石墨材料 尚處實驗室研究階段，暫未得到應用；目前主流的碳基負極材料主要為各類硬碳 材料，其價格、效能與鋰離子電池的石墨負極基本相當。

2.3.1、 硬碳效能肩比石墨

硬碳路線效能卓越，價格降低後更具應用潛力。2003 年，Dahn 等人利用葡萄糖 碳化得到了一種內部結構無序的硬碳材料。鈉離子可以嵌入材料中的奈米空洞中， 形成所謂“紙牌屋結構”，可逆比容量達 300mAhg-1。隨著硬碳材料的不斷髮展， 其比容量不斷上升，已知最高可達 478mAhg-1。然而，由於硬碳加工要求高於石 墨，其價格偏高，一般約 10-20 萬/噸，常作為高效能負極材料應用於鈉離子電 池。未來，硬碳價格仍有較大下降空間，這為其提供更加廣闊的應用前景。

2.3.2、 新型軟碳材料具備用於鈉離子負極可行性

軟碳路線另闢蹊徑，新型高比容量軟負極材料面世。根據 Asenbauer 等人完成 的研究，軟碳材料（Soft Carbon）中最具代表性的石墨材料已被廣泛應用於鋰 離子電池負極，理論上鋰離子填充石墨片層間形成化合物 LiC6 時，克容量最大， 為 372mAh/g。由於鈉離子體積更大，難以嵌入石墨層間間隙，因而石墨無法被直接用於鈉離子電池負極。1994 年，Doeff 提出了一種熱處理工藝，可以將石油 焦炭或乙炔炭黑代替石墨用於鈉離子電池負極，填充鈉離子後分別形成 NaC30 和 NaC15，鈉離子在化合物中的密度均優於對照組的石墨材料（NaC70），雖遜於 鋰電池石墨材料，但也初步具備了應用於鈉離子電池負極的可行性。

3、 鈉離子電池市場空間廣，涵蓋儲能乘用兩輪

3.1、 電化學儲能市場空間巨大

電化學儲能發展迅猛，2025 年鈉離子電池需求將催生 200 多億元大市場。據 CNESA 統計，2020 年全球電化學儲能專案新增裝機規模達 4。7GWh，2021 年 7 月，國家發改委、國家能源局聯合釋出《關於加快推動新型儲能發展的指導意 見》，提出到 2025 年實現累計裝機量 30GWh 的目標。假設 2021-2025 年均復 合增長 60%，我們預計 2025 年國內電化學儲能總規模將超過 34GWh。假設（1） 搖椅式二次電池（鋰/鈉離子電池）在電化學儲能領域佔比與 2020 年佔比持平， 約為 92%；（2）鈉離子電池滲透率 100%；（3）鈉離子電池成本與毛利率與現有 磷酸鐵鋰電池接近，其中成本 0。6 元/Wh，毛利率 20%；則可以由此推算，2025 年鈉離子儲能電池市場規模將超過 230 億元。

鈉離子電池電化學效能穩定，安全性更佳。鈉與鋰同為第一主族元素，特點是一 價正離子穩定性較好，溶液電導率較高。對比而言，鈉元素原子序數更高，原子 和離子半徑更大，電負性與第一電離能更低，這使得鈉離子穩定性更好，離子電 導率更高。鈉離子的穩定性和高電導率還為鈉離子電池帶來了更好的快充、低溫 執行效能。鈉離子的摩爾離子電導率更高，使得充電效率更高；同時鈉離子更高 的穩定性使得鈉離子電池可以以更大功率進行充電，而不易導致電池損壞或安全 事故；另外，鈉離子電池在執行時內電阻稍高，若遭遇短路，發熱量更小，溫升 更低，減少了事故發生率。鈉離子的穩定性還使得鈉更難以在低溫下析出，使其 具備優於鋰離子電池的低溫安全性；據寧德時代鈉離子電池釋出會披露，在零下 二十度的高寒環境下，鈉離子電池的放電保持率可以接近 90%，而據鉅大鋰電 描述，鋰離子電池在零下二十度往往只能獲得 70%~75%的放電。在高寒地區或 冬季使用鈉離子電池可以保證電動車的最高速度、續航里程，也可以加強儲能電 站對氣溫干擾的抵抗能力，提高其執行的穩定性。

3.2、 鈉電池在 A00 級及兩輪車領域亦有看點

電動兩輪車領域效能成本不輸鉛酸電池。傳統電動兩輪車市場主流電池為鉛蓄 電池，近年來由於鋰電池成本的下降，其滲透率正逐年上升。據艾瑞諮詢統計， 兩輪車用鋰電滲透率已連續 5 年每年至少提高 2 個百分點，2021 年滲透率為23。4%。參考 EVTank 相關預測，在鋰電滲透率持續增長的情況下，用於電動兩 輪車的鋰電規模將穩步上升；基於上文相關假設，我們預測 2025 年兩輪車用鋰 電總需求量將超 27GWh，其市場規模將接近 200 億元。鈉離子電池的出現使得 鉛蓄電池的成本和鋰離子電池的效能得以兼顧，未來有望成為電動兩輪車市場主 流產品，催生百億規模的鈉離子電池市場。

A00 級純電乘用車銷量飆升，鈉離子電池有望加速滲透這一重價效比領域。2018 年以來，新能源車基本佔領了 A00 級乘用車市場，且 A00 級乘用車佔新能源車 出貨量的比例越來越高。WIND 資料顯示，2021 年隨著新能源乘用車銷量強勢 上漲，A00 級純電乘用車銷量也同步上漲，且其佔純電汽車銷量的比例由 2019 年的 27%，2020 年的 33%再次上升，達到 36%，充分說明了 A00 級乘用車產 品在新能源汽車市場中的重要地位。由於 A00 級乘用車對動力要求較低，鈉離 子電池完全可以滿足，未來 A00 級純電汽車中使用低成本鈉離子電池的比例將 不斷上升。2021 年 A00 級新能源車市場規模約 300-400 億元，其中 A00 純電 市場近 100 億元，鈉離子電池大有可為。（報告來源：未來智庫）

4、 鈉離子電池產業化加速，先行者將受益

鈉電產業化提速，鈉離子電池產品接連發布。目前我們統計到至少 9 家公司已經 研發出可用的鈉離子電池產品，其中以中科海鈉、寧德時代的技術為最領先。據 超凡網統計，截止 2021 年 11 月已生效的鈉離子電池專利中，中科院物理所擁 有 67 個，中科海鈉 18 個，寧德時代 32 個。按型別來看，最重要的正極材料部 分專利數量最多為 79 個，其中中科院物理所與中科海鈉偏重過渡金屬氧化物， 共申請相關專利 25 個；寧德時代目前傾向於普魯士藍類似物路線，相關專利共 16 個，另有其他正極相關專利 9 個。

依託中科院物理所技術的中科海鈉公司於 2017 年推出首款鈉離子電池，該電池 以成本優勢見長。一方面，透過銅基正極的研發，儘可能避免了過渡元素化合物 的使用，進一步降低了正極成本；另一方面，使用無煙煤裂解生產軟碳負極，解 決了鈉離子電池負極成本比例偏高的問題；同時，將負極集流體替換為鋁箔，減 少了使用銅箔帶來的成本。

寧德時代於 2021 年 7 月公佈的第一代鈉離子電池則使用了已知理論能量密度 最高的錳基普魯士白材料，實現了最高的有效能量密度。寧德時代認為層狀氧化 物和普魯士白兩種正極材料最具商業前景，正同步推進兩條技術路徑。其中以普 魯士白為正極的第一代鈉離子電池除比肩磷酸鐵鋰電池的質量能量密度外，還包 括以下優勢效能。第一，電池具有優秀的低溫放電保持率，即在-20℃的低溫下 仍可保持 90%以上的放電率；第二，良好的快充效能，常溫下 15 分鐘可充電 80%；第三，較高的系統整合效率，系統整合率達 80%；第四，與鋰電池的相容 性，其提出的 AB 電池方案可以綜合鈉鋰電池的優勢，在低溫等場景下提高鈉離 子電芯的使用強度，在其餘場景下提高鋰離子電芯的使用強度，降低電池成本的 同時不影響電池整體效能。

上市公司積極佈局鈉離子電池，覆蓋正極負極等多個生產環節。目前已有多家上 市公司存在鈉離子電池產業鏈相關佈局，包括電芯電池、正極材料、負極材料、 電解液、隔膜、補鈉技術、電池生產裝置等各個環節。電芯方面，三峽能源與中 科海鈉合作已建成全球首條 1GWh 級規模化生產線；正極材料方面，振華新材 已具備層狀氧化物材料千噸級生產能力；容百科技也已具備噸級生產能力，正與 下游客戶繼續合作開發。負極材料方面，杉杉股份的硬碳石墨複合材料已進入中 試階段。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關資訊，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。