一、什么是钠离子电池？

不管是从物理、化学性质本身，还是当前的商业化进程，钠离子电池都是相较锂电池最接近的一种新型电池技术。

钠离子电池是和锂离子电池在 1970 年代被同时提出的，但由于锂的离子半径更小、标准电势更高、比容量远远高于钠和钾，性能表现也最好得以飞速发展，而钠离子电池则在很长一段时间内斗处于发展停滞状态。

但锂资源的全球储量有限，随着新能源汽车的发展对电池的需求大幅上升，资源端的瓶颈逐渐显现，因此产业界以及学术界都急需寻求锂电池的替代品角色，钠离子电池重新进入人们的视野。尤其是对于我们国家来说，发展钠离子电池的话就不存在资源上被他国卡脖子的可能，成本也更低。

二、商业化阶段&催化剂

但到了 80 年代末期，钠离子电池的研究遇冷，相关研究几乎停滞。

究其原因有三点：

第一，难以找到合适的负极材料（能在酯类溶剂中高效储锂的石墨却难以储钠）；

第二，研究条件有限（系统水氧含量较高，难以用金属钠作为基准电极开展材料评估实验）；

第三，锂离子电池独占鳌头（大量的研究者把方向锚定在锂离子电池上）。

直到 21 世纪，钠离子电池迎来了转机。

2000 年，人们发现由葡萄糖热解得到的硬碳材料具有高达 300mA·h/g 的储钠比容量，为钠离子电池提供了一种至关重要的负极材料。2007 年，聚阴离子正极材料 Na2FePO4F 被发现，该材料的嵌脱体积形变率仅 3.7%，几乎没有应变。在 2000 年至 2010 年间，钠离子电池的研究速度较为平缓，主要集中在少数几个实验团队。2010 年后，钠离子电池研究进入了春天，新的材料体系不断涌现，并逐步尝试产业化。

近十年来，全球顶尖的国家实验室和大学先后大力开展钠离子电池的研发，部分企业也开始跟进。包括国际代表 Faradion 公司、国内代表机构中科海钠和钠创新能源以及锂电池代表企业宁德时代等。自 2010 年钠离子电池再次被科研和产业界关注以来，钠离子电池已逐步开始从实验室走向实用化应用阶段，多个钠离子电池的产品早在 2015 年被 Faradion 公司开发出来，他们当时开发的钠离子电池的能量密度大约 90Wh/KG。

而到了 2021 年，国内外的龙头公司钠离子电池产品的能力密度已经做到了最高160Wh/KG，循环次数做到了 3000-4500 次，这是一个质的飞跃！可以用突飞猛进来形容。

产业化方面消息，在 2021 年下半年，宁德时代发布了其第一代钠离子电池，电芯能量密度达到 160Wh/kg，低温和快充性能优异，并计划 2023 年形成基本的产业链。

而在 12 月 18 日，行业里面的 C 位龙头中科海钠与三峡能源、三峡资本及安徽省阜阳市人民政府展开合作，将共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线。该产线规划产能 5GWh，分两期建设，一期 1GWh 将于 2022 年正式投产，未来各方还将有望共同推动规划 30GWh 全球先进钠离子规模量产线。

宁德时代召开发布会+政策强力支持+中科海纳的产业事件落地，是整个行业去年最重要的三个事情，也直接导致市场对于钠离子电池这个行业关注度开始提升的催化剂！

这些事件都预告着钠离子电池已经走过了从 0 到 1 的阶段，正式进入加速商业化阶段，2021 年是钠离子电池产业化的元年，未来 3-5 年将迎来全面爆发。

三、钠离子电池的优势与劣势（与其他电池横向对比）

分别具体从几个最重要的指标参数上来看：

（1）能量密度方面：：在能量密度方面，钠离子电池的电芯能量密度为 100-160Wh/kg，这一水平远高于铅酸电池的 30-50Wh/kg，与磷酸铁锂电池的 120-200Wh/kg 相比虽有差距，但也非常接近了。而当前量产的三元电池的电芯能量密度普遍在 200Wh/kg 以上，高镍体系甚至超过 250Wh/kg，对于钠电池的领先优势比较显著。

（现在行业内有个说法（主要来自宁德时代）是可以通过对负极材料进行改进，使钠离子电池密度提升到 200+，如果得以实现，整个动力电池产业将迎来翻天覆地的变化！尤其将是对于中低端的磷酸铁锂电池市场形成一定程度的替代）

（2）循环寿命：钠离子电池循环次数可达到 3000-4500 次左右（中科海钠的产品（实验室数据），能力密度 145Wh/kg 下循环次数为 4500） ，铅酸电池：300-500 次左右，磷酸铁锂电池：3000-6000 左右（指大多数成熟商业化产品）

此外，在低温环境下的性能，钠离子电池表现是远超磷酸铁锂电池的，钠离子电池在-20℃的环境下，仍然有 90%以上的放电保持率；磷酸铁锂电池低温下仅 60%-70%，虽可达 90%，但会降低循环次数。在高温环境下，一般锂离子电池 80 度循环性就相当差了，但钠离子电池在 80 度的循环性还是相当好，将近 1000 次容量保持 78%。

（3）安全性：安全性高，高低温性能优异。钠离子电池的内阻比锂电池高，在短路的情况下瞬时发热量少，温升较低，热失控温度高于锂电池，具备更高的安全性。因此针对过充过放、短路、针刺、挤压等测试，钠电池能够做到不起火、不爆炸。

（4）倍率性能：依赖于开放式 3D 结构，钠离子电池具有较好的倍率性能，能够适应响应型储能和规模供电，在快充能力方面，钠离子电池的充电时间只需要 10 分钟左右，相比较而言，目前量产的三元锂电池即使是在直流快充的加持下，将电量从 20%充至 80%通常需要 30 分钟的时间，磷酸铁锂需要 45 分钟左右。

（5）资源稀缺性：钠资源的地壳丰度为 2.74%，是锂资源的 440 倍，且国外锂矿占到主要供给，锂电池面临资源瓶颈，即使未来将全世界的锂资源全部用来早汽车锂电池，可能都不够满足当下全球汽车存量规模的需求，而钠资源相对丰富，同时分布广泛，提炼简单，可以与锂电池形成互补，满足汽车以外其他市场的二次电池需求。

（6）成本：由于锂资源的稀缺加上下游需求井喷，导致碳酸锂价格飙涨，远高于碳酸钠，电解液锂盐六氟磷酸钠价格也低于六氟磷酸锂。此外锂电池正负极集流体上分别采用铜箔和铝箔材料，而钠离子电池在正负极集流体上都可以采用铝，成本也大幅降低。

从实际应用来看，钠离子电池产业化成熟后，相比锂离子电池，预计材料成本将降低 30%-40%，据胡勇胜博士透露中科海钠和华阳股份的 1GWH生产线钠离子电池成本⼦概在 0.36-0.4 元/Wh，而行业平均磷酸铁锂电池成本

0.65 元/Wh。

活性材料：正极、负极、电解质

钠离子电池的活性材料包括正极材料、负极材料和电解质材料，它们直接参与电化学反应，因此决定了电池的本征特性。由于钠离子的半径和电子结构与锂离子相差较大，导致两者在反应的热力学和动力学行为上迥然不同，因此钠离子电池活性材料的研发并不能完全仿照锂离子电池。

(1) 正极材料：氧化物、普鲁士蓝、聚阴离子三大主线

正极材料在充电时发生氧化反应，放电时发生还原反应，一般具有较高的还原电势。理想的正极材料应满足还原电势高（但必须低于电解质的氧化电势）、可逆容量大、循环性能稳定、电子和离子电导率高、结构稳定且不怕空气、安全性高、价格低廉。对于钠离子电池而言，现有正极材料的理论比容量相对较低，因此成为电池整体容量的主要决定因素之一。目前，钠离子电池的正极材料主要分为五种类型：氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类、氟化物类、有机化合物类，其中前三种类型的成熟度最高，已进入产业化初期。

氧化物类：工艺最成熟，比容量较高，种类最丰富

现阶段，层状氧化物的能量密度较高、制备工艺成熟，有望率先产业化，尤其是稳定性较好的 P2 型层状氧化物。

普鲁士蓝类：材料成本低，比容量较高，技术壁垒高

应用普鲁士蓝正极材料的钠离子电池在热失控情况下会释放出剧毒的氢氰酸、氰气等，而热分解机理与晶格水、空位缺陷密切相关，可见该技术对材料质量的要求较高。

聚阴离子类：安全性最佳，比容量太低，材料成本高

(2) 负极材料：碳基材料最成熟，有望率先产业化

负极材料在充电时发生还原反应，放电时发生氧化反应，一般具有较低的还原电势。理想的正极材料应满足还原电势低（但必须高于金属钠的沉积电势）、可逆容量大、循环性能稳定、电子和离子电导率高、结构稳定且不怕空气、安全性高、价格低廉。对于钠离子电池而言，负极材料起着负载和释放钠离子的重要作用，其直接影响电池整体的动力学性能，例如倍率性能、功率密度等。目前，钠离子电池的负极材料主要分为五种类型：碳基材料、钛基材料、合金材料、有机化合物类、其他体系，其中碳基材料的技术成熟度最高，资源丰富，有望率先实现产业化。

(3) 电解质材料：液态电解质为主，形式与锂电相同

电解质是正负极之间物质传输的桥梁，用来传输离子以形成闭合回路，是维持电化学反应的重要保障，不仅直接影响电池的倍率、循环寿命、自放电等性能，还是决定电池稳定性和安全性的核心因素之一。按照物理形态，钠离子电池的电解质可分为液态电解质和固态电解质。

非活性材料：隔膜、集流体、导电剂、黏结剂

(1) 隔膜：与锂离子电池通用

(2) 集流体：正负极均采用铝箔

集流体是正负极活性材料附着的基底构件，约占电池重量的 10~13%，用以汇集电极材料产生的电流，并对外释放传导。集流体虽不参与电极反应，但却是电极材料发挥性能的根本保障，其纯度、厚度、应力等参数间接影响电极实际工作性能。用作集流体的材料须具备优良的导电性，与活性物质的接触电阻小，很高的化学惰性（不与电解液及正负极反应），加工性能好且力学性能稳定。在锂离子电池中，正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔，以避免低电势条件下铝与锂发生合金化。在钠离子电池中，由于钠与铝不发生合金化反应，因而正负极集流体都可使用铝箔，避免了相对昂贵的铜箔。

(3) 导电剂：与锂离子电池相同

(4) 黏结剂：与锂离子电池相同

黏结剂的功能是将电极材料、导电剂、集流体三者结合，制成可供使用的完整极片，其用量占比很少，但对电极性能有重要影响。用作黏结剂的材料须具有良好的稳定性，易加工，成本低。钠离子电池常用黏结剂与锂离子电池相似，多为强极性聚合物，例如聚偏二氟乙烯（PVDF）、海藻酸钠（SA）、聚丙烯酸（PAA）、羧甲基纤维素钠（CMC）、聚四氟乙烯（PTFE）等等。

制造工艺与路线：与锂电一脉相承

电极材料合成：仅普鲁士蓝较为特殊

钠离子电池正极材料合成方法应根据具体材料类别而定，主要分为固相反应法和液相合成法，普鲁士蓝类材料一般采用液相合成法，具有一定特殊性。氧化物类和聚阴离子类材料既可采用固相反应法也可采用液相合成法，合成工艺基本与锂离子电池的对应材料相同，因此生产线可在一定程度上兼容。目前，工业上最广泛使用固相反应法，该方法制备的产品均匀度有一定局限性，但操作简单、工艺流程短，适合规模化生产。液相合成法的产品均匀度高，但相对昂贵，对设备要求高，且废水较多。此外，还有溶胶凝胶法、微波合成法、喷雾干燥法、离子交换法等技术，普遍成本较高，暂不适用于工业生产。

钠电 vs 锂电：性能媲美磷酸铁锂，综合性价比或更高

钠离子电池是对锂离子电池的补充和延拓，并非完全替代关系。

首先，从性能看，现有锂离子电池体系并不完美：三元正极电池能量密度高，但循环寿命较差；磷酸铁锂正极电池循环寿命高，但能量密度较低；锰酸锂正极电池工作电压高，但能量密度和循环寿命都较差。此外，锂离子电池在低温下易发生严重的容量衰减，需要一套温度控制系统，这将消耗电池系统至少 5 %的能量，且增加了制造成本。相比之下，现有钠离子电池体系的能量密度已逼近磷酸铁锂；循环寿命虽不及磷酸铁锂，但显著优于三元材料和锰酸锂。

其次，从安全性看，由于钠离子电池的热失控起始温度略高于锂离子电池，因此电芯层面的安全性有所提升，但这两种电池都需使用高度易燃的有机电解液，都存在热失控情形下的爆燃风险。从目前的电芯穿刺等破坏性实验看，钠离子电池实际安全性可能与磷酸铁锂电池相近。

最后，从成本看，钠离子电池能有效降低原材料成本。

其一，活性材料（正极、电解质）中的锂化合物整体被钠化合物替代，铁、锰等廉价金属大量替代了正极中较贵的钴、镍等金属；

其二，金属钠不与金属铝形成低共熔合金，正负极集流体均可采用廉价的铝箔，替代了原先锂离子电池中较贵的铜制负极集流体；

其三，由于钠离子的斯托克斯半径小于锂离子，因此电解质中溶质用量可大大减少。

未来，钠离子电池有可能与磷酸铁锂电池形成较强的竞争关系，尤其是在高寒地区的应用；锂离子电池则继续向高能量密度、高工作电压的方向发展，逐步向全固态电池等新技术迭代。

四、下游应用

从能量密度、循环寿命、安全性考虑，钠电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主打的启停、低速电动车、储能等市场，就目前而言还较难应用于电动汽车和消费电子等领域，未来有可能通过 AB 电池解决方案实现钠离子电池与锂离子电池在新能源汽车上的集成混用。

储能领域：储能市场应该会是钠离子电池最为核心的商业化应用领域，甚至可以说钠离子电池仿佛天生就是为储能而准备的。

一方面储能市场不太强调电池的高能量密度，而且钠离子电池的循环次数可以秒杀铅酸电池，不输锂电池，安全性（储能市场十分重要的指标）、在高低温环境下的适应性等方面也相比锂电池更好。另一方面比较重要的当然是成本，储能的大爆发除了政策推动以外，降低储能系统的成本体现经济性是关键，对于储能设备成本来说电池占了 60%，因此从电池入手来降本效果最为显著。考虑到现在上游锂资源价格的飙涨， 以及未来锂矿资源的紧平衡甚至供不应求，想要全面采用磷酸铁锂电池在储能市场进行大规模应用，基本上难度巨大（预计未来远期储能市场是百 GWh 级别的装机量）

磷酸铁锂电池在储能领域的度电成本在 0.3-0.35 元 ，而钠离子电池则可以做到度电成本 0.2-0.3 元，经济性大幅高于磷酸铁锂电池，且其上游原料的价格波动很小。

最后一块是在两轮电动车领域。目前该市场主流是铅酸电池（占比超过 7 成），而前段电池的能量密度仅仅只有 20-40wh/kg，循环次数只有 200-300 ，钠离子电池是各方面都完全秒杀铅酸电池的存在。两轮电动车锂电池的

价格大概是铅酸电池的 2 倍，而钠离子电池的原材料价格可以比锂电池便宜30%-40%，相当于是铅酸电池的 1.5 倍，性价比非常高。我国有电动两轮车超过了 3 亿辆，电池存量空间 300ghw 以上，这一切都给钠电在电动两轮车领域替代铅酸和锂电建了打了坚实的基础。

非常看好钠电池在储能市场和两轮电动车市场的发展前景，即使完全不考虑其在新能源汽车市场的应用，光是这两块市场加起来就是至少 2 千亿以上的市场空间。

五、产业链解构和相关企业

钠电池中不再有锂离子，其他与锂电池的结构也比较相似，同样由正极材料、负极材料、集流体、隔离膜、电解液和壳体、顶盖组成。对于各环节的变化主要体现为：

①集流体可以均采用铝箔，而锂电池的正负极分别是采用了铝箔和铜箔；

②电解液主盐从六氟磷酸锂变成六氟磷酸钠 ；

③导电剂需要使用碳纳米管；

④正极材料，目前钠离子电池相关的正极材料有很多（三大技术路线层状过渡金属氧化物、阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物下合计十几种不同的材料），技术路线非常不统一，尚处于演进中；

⑤负极材料：锂电池用的是石墨，而石墨的间距不能容纳钠离子，钠离子负极材料主要使用软碳、硬碳。

所以钠离子电池上游需要关注的主要是以下这些方向：

①铝箔。相比锂离子电池，由于正负极集流体采用铝箔，钠离子电池中集流体成本占比仅为 4%，远低于锂离子电池的 13%，未来钠离子电池发展将极大推升电池铝箔需求，如果钠离子电池得以大规模普及，有券商预计电池铝箔 2025 年整体需求量将达到 20-30 吨万吨，未来 5 年复合增长率可达 25-30%。

铝箔相关企业主要包括：鼎盛新材、南山铝业、万顺新材

②碳酸钠。正级材料的路线还没有确定，但是不论最后采用哪种体系，钠肯定是少不了的，钠离子电池商业化之后新增的纯碱（碳酸钠）需求。只不过纯碱的消费主要是玻璃领域，其中平板玻璃、日用玻璃和光伏玻璃分别占比 45%、17%和 8%。虽然钠离子电池预计会给纯碱带来新型的消费领域，但是相对于近 3000 万吨的年消费量微乎其微，因此钠离子电池用的纯碱会是纯碱市场的价格接受者而非主导者，不同于锂电池，这个行业上游的原材料商是不具备话语权的，话语权主要在下游的电池生产商和储能系统集成商，钠离子电池占比提升将对利好电池生产商，包括宁德时代。

上游钠材料相关企业包括：

纯碱：三友化工，全国纯碱和化纤行业的龙头企业

金属钠：中盐化工

③电解液（钠盐）：还是原来的电解液龙头，多氟多、天赐都可以做

④碳纳米管：天奈科技

钠离子电池产业链当中最好的环节还是下游的电池制造商，而目前国内有实力，有产能在中短期内就将钠离子电池商业化落地的只有中科海钠（华阳股份）和宁德时代两家。

我国的钠离子电池研究和产业化世界领先，国内钠离子电池企业可分为两类：

一类是科研院所自研技术转化创建的初创企业，以中科海钠为代表；

另一类是锂离子电池成熟企业，切入钠离子电池赛道参与竞争，以宁德时代为代表。

中科海钠成立于 2017 年，是国内首家专注钠离子电池开发与制造的高新技术企业，由中国科学院物理研究所孵化，拥有陈立泉院士、胡勇胜研究员带领的研发团队，历经 10 余年探索与积累，是少数拥有钠离子电池全领域核心专利技术的电池企业之一，已推出多个示范项目，并开建首条 1GWh 规模产线。作为中科院物理所孵化的科技企业，中科海钠创新能力强劲，掌握从活性材料的基础研发到放大生产、从材料到电芯、从单体电池到电池模块、从电池组件到应用端的全领域技术。

陈立泉院士还是宁德时代董事长曾毓群的博士生导师，胡教授在 Science Nature Energy Nature Mater 等重要学术期刊上共合作发表论 200 余篇，连续 6 年入选汤森路透全球材料领域“高被引科学家”名录， 合作申请 60 余项中国发明专利，5 项国际发明专利，已授权 40 多项专利。

2017 年底，中科海钠研制出 48V/10Ah 钠离子电池组应用于电动自行车；

2018 年 9 月，公司推出首辆钠离子电池低速电动车；

2019 年 3 月，公司自主研发的 30kW/100kWh 钠离子电池储能电站在江苏省溧阳市成功示范运行；

2020 年 9 月，公司钠离子电池产品实现量产，产能可达 30 万只/月

2021 年 6 月，公司全球首套 1MWh 钠离子电池储能系统在山西太原正式投入运营。在材料体系方面，正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软碳，电芯能量密度已接近 150 Wh/kg, 循环寿命达 4000 次以上，产品主要包括钠电池以及负极、电解液等配套材料。

2021 年 12 月中科海钠与三峡能源、三峡资本及安徽省阜阳市人民政府展开合作，将共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线，该产线规划产能 5GWh，分两期建设，一期 1GWh 将于 2022 年正式投产，据介绍量产后他们的钠离子电池成本将显著低于同等能力密度的磷酸铁锂电池成本。未来各方还将有望共同推动规划 30GWh 全球先进钠离子规模量产线（2025 年）

虽然中科海钠还没有上市，但 A 股里面有一家与它密切相关的公司——华阳股份。

华阳股份原来是山西国资委旗下的煤炭集团，国内无烟煤绝对龙头。

2021 年开始，2021 年华阳股份和中科海纳开始深度合作，直接+间接持有中科海钠 19%的股权，并且还共同成立了量产钠离子电池正负极的子公司，其中中科海纳占 55%，华阳股份占 45% ，该钠离子电池正负极材料公司由中科海纳胡勇胜教授任董事长，拟投资 1.4 亿元建设钠离子电池各 2000 吨正负极材料项目（折合 0.8GWH 的钠离子电池容量），22022 年投产，2023 年扩产至 10 GWh。

为什么中科海纳要主动来绑定华阳？

一个是看重了华阳在国内无烟煤市场的绝对龙头地位，而无烟煤正是一种性价比很高的钠离子电池负极材料，另一个是像中科海纳这种科研院校背景的初创研发型企业，做大规模产业化是没有任何经验的，最快的落地方式也是和华阳这种有产业化经验、同时还有上下游渠道的公司去合作。

所以这里面的逻辑很简单，华阳是绑定了中科海纳，而中科海纳是目前国内钠离子电池产业化进程最快的公司，行业绝对的 C 位龙头企业，未来 3 年钠离子电池产能预计会从 1GWh 扩产到 10GWh，增长 10 倍，那么华阳为其提供正负极材料，并且在合资公司中还持股 45%，这一块的产能也会扩张 10 倍以上。

华阳作为煤炭企业，钱是不缺的，主业每年就可以产生至少 10-15 亿的利润，而在国家碳中和的大背景下，煤炭产能又直接受到严格限制，无法进行新的大规模资本开支，所以未来必然会把从煤炭业务赚到的钱源源不断地投入到绿色新能源业务转型中，直到彻底完成转型为止，即只要从 0 到 1 的商业模式跑通，上下游各环节完成合作绑定，未来扩产起来完全不是问题。

在钠离子电池产业化的过程中，材料和相关电池企业都将充分受益：

1）电池企业：目前来看国内上市公司层面宁德时代进展较快，同时中科海钠、钠创新能源两家依靠校企合作的企业也同样取得不错进展；

2）材料层面一方面是负极集流体采用铝箔使得铝箔使用量翻倍，以及正极方面看好布局金属层状氧化物的材料企业。推荐宁德时代、振华新材、鼎胜新材、贝特瑞、容百科技，受益标的：华阳股份、浙江医药、多氟多。

风险提示

产品降本速率不及预期。

虽然钠离子电池具有理论低成本的优势，但目前尚未实现。如果未来技术进步和市场规模的发展速率不及预期，则会导致钠离子电池产品的降本速率不及预期，这将极大地拖累该产业发展。

产业链形成不及预期。

钠离子电池的产业链形成需要上下游企业的合作，而非纯技术因素。目前，促使钠离子电池快速发展的重要外因是碳酸锂价格的高企。如果未来锂价回落至相对较低水平，而在此之前钠离子电池的产业链仍未完善，那么将该产业可能面临发展后劲不足的问题。

实用安全性不及预期。

目前对于钠离子电池安全性的研究大都基于实验室层面，在真正进入实用化后，可能面临与锂离子电池相似的安全问题，而安全事故所带来的负面影响会严重阻碍钠离子电池产品的竞争力以及产业发展。

其他储能技术的威胁。

新型储能技术除钠离子电池以外，还有铅炭电池、液流电池等等，而且技术迭代迅猛，因此钠离子电池也面临很大的挑战。