（報告出品方/作者：興業證券，王帥）

1、鈉離子電池：從基礎研究走向產業化應用

1.1、前期研究停滯，如今終獲重視

鈉離子電池起步較早，但前期研究進展緩慢。鈉離子電池從上世紀 70 年代起便得 到學術界的關注，甚至早於鋰離子電池的研究。隨著在 90 年代鋰離子電池的成功 商業化，鋰電池相繼在消費、動力和儲能等領域被廣泛應用，而鈉離子電池的發 展悄然中止。 技術變革與鋰資源約束推動鈉離子電池復興。21 世紀以來由於鋰資源的稀缺和分 布不均，鈉離子電池技術逐漸重新回到科研界的視野。背靠快速增長的新能源產 業，鈉離子電池的相關研究突飛猛進，技術進步下鈉離子電池的優勢不斷被髮掘， 發展潛力逐步顯現。

1.2、工作原理相似，材質效能各異

鈉電池與鋰電池結構類似，可借鑑鋰電池產業化經驗。鈉離子電池與鋰離子電池 均屬於可充電電池，都遵循脫嵌式工作原理，主要結構都包括正極、負極、集流 體、電解液和隔膜。當鈉離子電池充電時，鈉離子從正極脫出，經過電解液和隔 膜到達負極並嵌入，使正極電勢高於負極，外電路電子從正極進入負極；放電過 程則與之相反。正因為鈉電池在架構方面與鋰電池的高度相似，因此二者可以實 現在電池生產裝置、工藝方面的相容和產線的快速切換。

鈉離子電池的特性體現在如下方面： 原材料資源豐富，具有重要戰略意義和經濟價值。統計資料顯示，鋰離子電池所 需的鋰、鈷、鎳在地殼中的丰度僅為 17ppm（百萬分之一），30ppm 和 90 ppm；且我國現階段 80%的鋰資源依賴進口，鋰資源供應受地緣政治影響，價值波動性大。 相比之下鈉離子電池正極常用的鈉、鐵、錳在地殼中的丰度則分別為 23000 ppm、 63000 ppm 和 1100 ppm，且分佈更加均勻。一方面，鈉離子電池的應用可以緩解 全球鋰資源供不應求的局面，縮小供需缺口；另一方面，豐富的鈉鹽儲量和成熟 的提取工藝共同決定了鈉離子電池更低的材料成本以及成本波動幅度（後文將詳 細分析）。

理論能量密度上限低於三元鋰電池，但能量密度區間與磷酸鐵鋰電池有重疊。鈉 離子電池能量密度為 70-200Wh/kg，與 NCM 三元鋰電池 240-350Wh/kg 範圍無重合， 遠高於鉛酸電池的 30-50Wh/kg；理論上高能量鈉電池和 LFP 鋰電池在同一水平， 固態鈉電池的理論能量密度甚至有望超過 400Wh/kg，但是現階段能夠投入量產的 鈉電池能量密度尚未突破 160Wh/kg 水平。鈉離子提升能量密度的高確定性長期技 術路徑是“液態半固態固態電解質”，液態電池階段正極材料的技術突破也 為能量密度提供進步空間。僅從能量密度的角度考慮，鈉電池有望首先替代鉛酸 和磷酸鐵鋰電池主導的低速電動車、儲能等市場，短期內難以撬動消費電子和動 力電池領域的市場。

安全性高，高低溫效能優異。鈉離子電池在高低溫測試中均顯示出較好的容量保 持率。由於鈉離子電池內阻略高導致瞬間發熱量少，其在過充、過放、短路、針 刺、擠壓等測試中也未出現起火或爆炸，安全性和穩定性為鈉電池開拓高寒和運 輸相關市場。 快充優勢顯著，迴圈壽命長。快充能力方面，鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子更 小，相同濃度的電解液離子電導率高出 20%，或者為達到同樣離子電導率允許使 用更低濃度電解液；鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，具有更好的介面離子擴散 能力。迴圈壽命方面，鈉電池的理論迴圈可達到 10000 次，現階段在 3000-6000 次左右，基本相當於磷酸鐵鋰電池。

2、產業需求差異化，技術路線多樣

2.1、正極材料：效能各有優劣

主要的正極材料包括過渡金屬層狀氧化物、聚陰離子化合物、普魯士藍類似物。 三種材料均處在持續研發和產業化探索的過程中，在比容量、穩定性、電導性等 方面各有優劣。此外，由於鈉離子電池有較為完善的專利保護，因此各個生產商 選擇的技術路線分化明顯，尚不存在某一明確的主導技術路線。

過渡金屬氧化物分為隧道型和層狀氧化物，其中後者極具商業應用前景。層狀氧 化物具有 O2、O3、P2 和 P3 四種結構。P2 和 O3 兩種層狀氧化物有良好的結構以 供離子透過，電極材料比容量分別為 100mAh/g、140mAh/g，與硬碳組成的全電池 實際能量密度較高（超過 120Wh/kg）。但是，層狀氧化物材料中選用部分過渡金 屬仍然會存在結構穩定性和迴圈效能差的問題，需要透過引入活性或惰性元素進 行摻雜或取代。儘管如此，層狀金屬氧化物因為可以借鑑鋰離子電池常使用的固 相法或共沉澱法實現低成本規模化生產，仍然是當前比較主流的正極材料，受到 中科海鈉、鈉創新能源、英國 Faradion 等公司的青睞。目前，P2 結構材料透過多 種元素混合形成的改進材料首圈比容量最高可實現 190 mAh/g。

聚陰離子化合物主要分為橄欖石結構、NASICON 結構、三斜結構以及混合聚陰離 子化合物材料，結構穩定但比容量較低、導電性偏低。橄欖石型材料體系與鋰電 池已有體系有相通之處，NaFePO4 可採用與 LiFePO4 相似的製備方法，但是這種材 料在規模化過程中工藝較為複雜，且長迴圈效能需要進一步考察。Na3V2（PO4）3 和 Na3V2（PO4）2F3 作為 NASICON 結構型材料的代表，經過改性後可以克服比容量低的 缺陷，但需要使用成本較高且有毒性的 V 元素。現階段研究該技術路線的企業有 我國中科院物化所和法國 Tiamat 公司。目前，透過溶膠凝膠法、固相法等工藝進 行 的 優 化 可 使 材 料 比 容 量 和 導 電 性 有 較 大 提 升 ， 利 用 模 板 法 所 開 發 的 43（4）227/材料首圈比容量最高可達 128。5 mAh/g。

普魯士藍類似物電化學效能好，成本優勢明確，但技術門檻較高。普魯士藍類似 物材料具有開放式的隧道結構和很高的結構穩定性，可實現較高的能量密度。 Na2FeFe（CN）6 和 Na2MnFe（CN）6 兩種材料都在進行產業化驗證，穩定迴圈比容量可 達到 140mAh/g，與硬碳組成全電池的實際能量密度可達 130-160Wh/kg，理論能量 密度為 500-600Wh/kg。現階段寧德時代、美國 Natron Energy、瑞士 Altris 等公 司在探索普魯士化合物材料的規模化製備。

總體來看，層狀氧化物在三種最有前景的材料中展現了最高的理論比容量，但穩 定性較低；聚陰離子具有較低的理論比容量，但結構穩定；不同種類普魯士化合 物的理論比容量相差較大，但總體理論比容量較高且穩定性良好。三種類型的材料 的實驗比容量基本都在 100-200mAh/g 之間。 鈉離子電池正極材料對純鹼需求構成明確利好。即使各廠商正極技術路線有分化， 但正極材料中的鈉元素必有其來源。純鹼作為生產工藝成熟、產能充足的大宗化 工原料，將大規模應用於鈉離子電池。根據寧德時代和中科海鈉專利，與鋰離子 電池需要碳酸鋰作為正極材料前軀體類似，純鹼（碳酸鈉）作為鈉離子電池重要 的正極材料前軀體，長期有望受益於鈉離子電池發展帶來的需求利好。（報告來源：未來智庫）

2.2、負極材料：優選無定形碳

針對鈉離子電池的負極，目前科研界開發出了合金類材料、金屬氧化物和硫化物 材料、有機材料和碳基材料四大類。其中，碳基材料中的無定形碳材料最有希望 實現商業化。

碳基材料被視為十分有發展前景的鈉電池負極材料。按照石墨化程度，碳材料可 以分為石墨類碳和無定型碳兩大類。其中，石墨化程度較高的碳材料由於比表面 積較大，有序性較強使得庫倫效率極低，難以滿足商業應用；而歸屬於無定形碳中的硬碳表現出了高達 530mAh/g 的儲鈉比容量，即便經過高溫處理也難以出現石 墨化的現象，表現出更強的儲鈉能力以及更低的工作電位，例如寧德時代開發了 比容量 160mAh/g、具有獨特孔隙結構的硬碳材料，但材料成本高昂是硬碳的瓶頸。 中科海鈉則考慮軟碳路線，採用成本更加低廉的無煙煤作為前驅體，透過簡單的 粉碎和一步碳化得到無煙煤基鈉離子電池負極材料，儲鈉容量 220mAh/g，在所有 的碳基負極材料中具有最高的價效比。

其他負極材料暫時難以滿足商業化需要，研究仍處起步階段。合金材料儘管從理 論來看具有較強的儲鈉效能，但由於此類材料在形成合金的過程中體積會大幅度 膨脹，導致電池的容量值減小，造成電極粉化或開裂的風險。金屬氧化物、硫化 物等金屬化合物負極材料本身迴圈效能和倍率效能較弱，其效能的改善依賴於引 入奈米結構、包覆結構材料或雜原子摻雜等方式。

2.3、電解液：鈉鹽取代鋰鹽

鈉離子電池使用鈉鹽電解質，並不會顛覆現有鋰電體系電解質格局。鈉離子電池 仍以液體非水系電解液為主，根據正極材料搭配六氟磷酸鹽或高氯酸鹽電解質。 鈉離子電池電解液與鋰離子電池電解液配方相似，均由電解質、溶劑和新增劑組 成，最大的區別是電解質由鋰離子變為鈉離子。六氟磷酸鈉的生產反應工藝、設 備和過程成本和六氟磷酸鋰基本一致，區別僅是其原料用鈉鹽替代了碳酸鋰。天賜材料、新宙邦、多氟多等公司已擁有鈉離子電解液的技術儲備，鈉離子電池電 解液的生產體系可全部沿用現有鋰離子電池體系，可共享產能。

2.4、集流體：銅箔變為鋁箔

鈉離子電池正負極集流體均使用鋁箔，將推升電池用鋁箔需求。目前鋰離子電池 正極用鋁箔、負極用銅箔，每 1GWh 電池集流體要使用鋁 600-800 噸和銅箔 700- 900 噸。由於鈉離子不會和負極的鋁離子發生化學反應，因此鈉離子電池的負極 集流器可以用鋁箔替代銅箔，達到降低成本、降低電池重量、提高運輸環節安全 性的效果。鈉離子電池集流體鋁箔與鋰電池基本相同、效能要求接近，加上電池 用鋁箔行業進入門檻較高、擴產週期長，我們認為華峰鋁業、鼎盛新材、萬順新 材等目前鋰電池用正極集流體鋁箔供應商透過加強鋁箔在負極的適配研究，將會 迅速佔領鈉電池用鋁箔市場並受益於供需緊張造成的價格上升。

3、降本路徑清晰，產業鏈待完善

3.1、成本節點已至，能量密度驅動降本

鈉離子電池的材料成本相比於鋰離子電池有 30-40%的下降空間。根據中科海鈉提 供的資料，磷酸鐵鋰電池的材料成本約為 0。43 元/Wh，銅基鈉離子電池的材料成 本約為 0。29 元/Wh，如果不考慮回收則為 0。40 元/Wh，略低於磷酸鐵鋰電池。鈉 離子電池與鋰離子電池的材料成本差異主要體現在：1）正極銅鐵錳氧化物的成本 為磷酸鐵鋰的 1/2 左右；2）煤基碳負極材料成本不到鋰電池石墨的 1/10；3）鈉 電池可使用低濃度電解液降低電解液成本；4）同等容量的鈉電池中鋁箔集流體成 本是鋰電池鋁箔+銅箔集流體的 1/3。

提高能量密度是進一步降低鈉離子電池成本的必然途徑，鋰電池成本提升為鈉離 子電池推廣開啟空間。從整體角度考慮電池總成本，可以發現不僅電池設計和材 料選用影響成本，加工成本、管理費用、折舊等同樣是重要的成本因素。國內學 者以現有鈉電池正負極材料的比容量、輔件價格和實現效率為基礎，估算出鈉離 子電池的輔材和製造成本佔到總成本的 75%，並認為是較低的能量密度導致了更 高的輔材成本佔比，發展高能量密度的鈉離子電池體系，是進一步降低成本的必 然途徑。鈉離子電池的推廣初期，受限於生產規模，供應量整合等因素，成本有 逐漸最佳化的過程，而在鋰離子電池原材料價格尤其是碳酸鋰價格持續上漲的情況 下，鋰電池成本隨之上升，為鈉離子電池的推廣打開了更大的空間。

3.2、產業鏈待成熟，市場規模助力降本

產業鏈不成熟和市場規模有限導致目前鈉離子電池的製造成本較高。現階段鈉離 子電池體系由於製備工藝不成熟、生產裝置有待改善，導致生產效率較低、產品 一致性差、生產良率不高，生產成本一定程度上抵消了材料成本優勢。以儲能設 備為例，目前鈉離子電池的製造成本高於 1 元/Wh，顯著超過磷酸鐵鋰電池；鈉離 子電池的理論度電成本（僅基於電池生產成本和迴圈壽命計算，不考慮運維等） 在 0。2-0。3 元，尚未與磷酸鐵鋰電池的度電成本拉開明顯差距。我們預計當產能 達到 GWh 級別時，鈉離子電池的裝置度電成本將會隨著生產過程中的裝置折舊費 用降低而繼續下降。

新型配套體系正在醞釀中，鈉離子電池配套產業鏈將在 2023 年初步形成。雖然目 前鈉離子電池的大部分非活性物質可借鑑鋰離子電池成熟的產業鏈，但是對於核 心的正負極材料和電解液等活性材料的規模化供應渠道依然缺失。當前鈉離子電 池產業鏈上的原材料、正負極材料和電解液距離實現完整配套還需要一至兩年的時間：正極材料方面，各種技術路線在探索高質量、穩定的生產方式；負極材料 方面，硬碳作為首次應用於電池的材料，產量比較小，還未規模化。寧德時代表 示，公司已經開始進行鈉離子電池的產業化佈局，計劃於 2023 年形成基本產業 鏈。我們預計當產業鏈各環節配套到位後，鈉離子電池的生產成本相比磷酸鐵鋰 將會具備明顯優勢。據中科海鈉分析，鈉離子電池在推廣期的成本為 0。5-0。7 元 /Wh，發展期 0。3-0。5 元/Wh，爆發期降低到 0。3 元/Wh 以下。鈉離子電池隨著產 業鏈的逐漸成熟和產品實現規模化生產，將在儲能和 A00 級純電動乘用車市場中 開始應用推廣。

4、應用場景多元，市場空間可觀

4.1、從儲能到動力，應用場景廣泛

儲能賽道新，動力需求高，未來皆可期。結合上文所述，相比於鋰離子電池，鈉 離子電池的優勢在於成本更低、安全效能好、低溫表現好、快充效能好；不足在 於能量密度低、輸出功率低；這些特徵為鈉離子電池在低端儲能和動力領域的應 用提供良好基礎。鈉離子電池正處於產業化初期，中短期內承擔補充鋰電池的角 色，長期隨著能量密度提升有望在鋰電池主流應用領域對磷酸鐵鋰電池形成部分 替代。目前正值全球大規模儲能產業快速發展的時期，鈉離子電池將憑藉其獨特 的優勢率先切入儲能市場，未來可應用於低速電動交通工具、家庭儲能、電網儲 能等場景，以實現更高性價比為目標。

儲能領域：電化學儲能市場爆發，鈉離子電池成本優勢明確。根據 CNESA 統計， 2020 年底我國儲能專案累計裝機規模 35。6GW，其中電化學儲能規模位列第二，與 抽水蓄能規模相比差距懸殊。在中國新能源發電規模大幅增長、電池成本持續下 降、分散式能源大規模推廣的背景下，電化學儲能行業將面臨更廣闊的市場機遇。 2019 年起，我國先後在上海、江蘇和山西分別啟用了鈉離子電池儲能微電網、 100kWh 鈉離子電池儲能電站、1MWh 鈉離子電池儲能電站，規模為世界之最，標誌 著鈉離子電池在電化學儲能領域的高效應用。

動力領域：現階段有望以電動兩輪車和 A00 級別電動汽車為主，鈉離子電池難以 撼動更高級別車型。電動兩輪車方面，2019 年新國標的正式實施進一步規範了電 動兩輪車的生產、銷售和使用管理，提高了整車質量、電池安全性和裝機功率等 要求，對電動兩輪車的產業結構最佳化起到了一定的推動作用。如果選用鋰電池會 出現成本過高、質量良莠不齊的問題；鈉離子電池在能滿足兩輪車能量密度要求 的基礎上，憑藉低成本和獨有的快充效能和低溫表現，將有可能全面終結鉛酸電 池時代。電動汽車方面，鈉離子電池將首先切入 A00 級別車，搶奪磷酸鐵鋰電池 市場。A00 級別電動汽車普遍對能量密度要求不高，且對價格相對敏感，因此鈉電 池待 2023 年產業鏈初步成熟後將具備一定成本優勢，能夠開始逐步替代小微型電 動汽車的磷酸鐵鋰電池。在三元鋰電池主導的高階動力電池領域，鈉離子電池由 於存在能量密度的短板，暫時難以對三元鋰電池造成衝擊。（報告來源：未來智庫）

4.2、細分領域需求匹配，應用有望多點開花

細分領域的應用有望實現多點突破，預計率先在儲能、電動兩輪車和 A00 級別電 動車領域推廣。儲能產品對空間和重量等效能需求不敏感，對能量密度要求不高， 根據測算，國內儲能裝機需求 2020/2025 年分別為 13GWh、46。4GWh，海外儲能裝 機需求 2020/2025 年分別為 13GWh、90。2GWh，國內 A00 級別電動汽車裝機需求 2020/2025 年分別為 8。35GWh、72。13GWh，國內電動兩輪車裝機需求 2020/2025 年 分別為 10。7GWh、42。9GWh。以上應用場景在 2022-2025 年合計裝機潛在需求分別 為 66。7/92。1/122。1/161。4GWh。

5、產研齊頭並進，商業佈局加速

鈉離子電池已逐步開始了從實驗室走向實用化應用的階段，國內外已有超過二十 家企業正在進行鈉離子電池產業化的相關佈局。取得重要技術進展的公司主要包 括英國 FARADION、法國 NAIADES、瑞士 ALTRIS、美國 Natron Energy、日本岸田 化學、豐田等，以及我國的寧德時代、中科海鈉、鈉創新能源等，不同企業所採 用電化學體系各有不同。

生產研發齊頭並進，正極材料是重點。基於專利數量的技術發展趨勢通常遵循“新 興-成長-成熟-飽和”四個連續的階段。開發前階段的特點是年度專利數量呈指數 增長，而成長階段的特點是公司已經在對技術進行整合和商業化，因此專利新增 數量下降。鈉離子電池每年的專利申請數量直到 2019 年一直保持急劇增長，之後 便呈下降趨勢，標誌著鈉離子電池技術進入成長階段，國內機構縮減研究並聚焦 於商業化應用。從專利細分技術來看，國內的寧德時代和中科院物理所（中科海 鈉）研究重點均放在正極上，中科院物理所（中科海鈉）又在鈉離子電池正極、 負極、電解質、隔膜、電芯、模組等技術領域均佈局多項專利。

企業參與+政策支援，加快鈉離子電池量產程序。鈉離子電池產業鏈相關公司同樣 在積極佈局，包括上游資源、中游材料及電芯企業。得益於鈉電池和鋰電池的生 產可以迅速切換，國內數十家鋰電企業正在為實現鈉電池的產業化做相關準備。 隨著國家推動鈉離子電池商業化、促進產業健康有序發展的政策落地，鈉離子電 池生產線的研發、量產將會進一步加快。

寧德時代第一代鈉離子電池效能超預期，第二代電池能量密度有望再提升。寧德 時代已於 2021 年 7 月釋出第一代鈉離子電池，其電芯單體能量密度達到 160Wh/kg， 為目前全球最高水平；在常溫下充電 15 分鐘，電量可達 80%；在零下 20°C 低溫 的環境下放電保持率 90%以上，系統整合效率 80%以上；熱穩定性優異，超越國家 動力電池強標的安全要求。在新產品研發方面，寧德時代已佈局無負極金屬電池 專利，無需設定負極活性材料，僅透過設定負極集流體並在其表面設導電塗層來 保證鈉金屬的沉積均勻性及充放電過程的可逆性，從而提高電池的能量密度。該 項專利包括相關技術的材料設計與關鍵工藝，未來將應用於包括鈉離子電池在內 的產品量產。在公司材料體系創新成果的加持下，寧德時代下一代鈉離子電池能 量密度將有望突破 200Wh/kg。我們預計該產品將依然屬於“正極+負極+電解液” 正規化，技術路徑是改良正負極材料。

AB 電池系統解決方案助力突破能量密度瓶頸。寧德時代開發出鈉離子電池與鋰離 子電池混合整合共用的解決方案，將兩種電池按一定的比例和排列進行混搭、串 聯、並聯、整合透過 BMS 的精準演算法進行不同電池體系的均衡控制，這樣可以實 現取長補短，既彌補了鈉離子電池在現階段的能量密度短板，也發揮出了它高功 率、低溫效能的優勢，為其進入高階電池領域創造有利條件。

（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】。