国际能源署(IEA)曾多次表示，在未来25年中，受可再生能源和电动汽车普及使用等趋势的推动，电池正经历着前所未有的需求增长。新能源汽车、储能的需求增长加快，加上锂离子电池产业化的复杂性，使得有必要开发新的电池技术来补充锂离子电池的霸主地位。

　　钠离子电池作为一种与锂离子电池类似的技术，同时具备资源优势，正好满足当前的需求，顺理成章成为锂离子电池的完美补充。

　　钠离子电池最早由ARMAND团队于20世纪80年代提出，在90年代经过产业化推广得到技术应用。从2011年起进入成长期。钠离子电池本质是在充放电过程中由钠离子在正负极间嵌入脱出实现电荷转移，与锂离子电池的工作原理类似，具备替代锂离子电池的条件。

　　图：钠离子电池研究自2010年快速增长

　　钠离子工作原理与锂离子电池相同：利用钠离子（Na+）在正负极材料之间的可逆脱嵌实现充放电。充电时，Na+在电势差的驱动下从正极脱出，经过电解质传输嵌入负极，实现电量储存，放电过程正好相反。

　　图源：中科海纳官网，国泰君安证券

　　钠离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大部分及其他材料构成，其中正极和负极材料的结构和性能决定着整个电池的储钠性能。

　　相较于锂离子电池，钠离子半径和体积较大，材料结构稳定性和动力学性能上面不占据优势，需要更多的技术突破，而技术选择的焦点集中于正极材料和负极材料，这决定了钠离子电池的性能和成本。

　　主要为电池提供离子源，决定了电池的能量密度。目前正极材料主要有三种路线，分别是层状过渡金属氧化物、普鲁士类化合物和聚阴离子化合物，前两者在商业应用上的实践更为广泛，典型代表分别是中科海钠和宁德时代。

　　图：钠离子电池的三种正极材料分类

　　优选碳基材料负极材料是钠离子电池充放电过程中离子和电子的载体，决定能量储存与释放，优选碳基材料。

　　目前，可应用于钠离子电池的负极材料有无定形碳、金属化合物和合金类材料，由于合金类材料大多体积变化大，循环较差；金属化合物容量较低，因此无定形碳是目前最为主流的负极材料，比容量可达200-450mAh/g，分为硬碳和软碳，主要由随机分布的类石墨微晶构成，没有石墨长程有序和堆积有序的结构。

　　软碳在高温下可以完全石墨化，导电性能优良；硬碳的优点在于储钠容量高、嵌钠电位低，高比容量易合成，其在钠电的容量（200-450mAh/g）与石墨在锂电中的容量（375mAh/g）相媲美，应用更为广泛。

　　产业内，日本公司Kuraray的硬碳产品非常成熟，其硬碳价格约在18万/吨；国内主要的负极材料厂商有杉杉股份、贝特瑞和璞泰来等。

　　宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料。中科海钠创新性地使用无烟煤作为前驱体开发的高温裂解无烟煤负极可逆比容量约220mAh/g。

　　近似锂电电解液是传输离子的载体，由电解质、溶剂和添加剂构成。钠离子电池的电解质与锂离子电池极为相似，以钠盐替代锂盐，如高氯酸钠等，其成本低于锂盐。

　　溶剂分为水系和非水系，大部分沿用锂电采用的酯类有机溶剂。添加剂方面几乎同锂离子电池相比没有区别。

　　隔膜一方面用以隔开正、负极，一方面形成充放电回路使离子通过，钠离子电池与锂离子电池在隔膜方面技术相近，锂电池广泛应用的PP/PE隔膜可以复用，但钠离子电池更多采用玻纤隔膜，成本更低。

　　钠离子电池产业链结构与锂电类似，包括上游资源企业、中游电池材料及电芯企业。

　　原材料供给和电极材料合成，主要原材料包括纯碱、铝箔、锰矿等，以及各类辅材，涉及基础化工和有色金属等产业。

　　正极企业：中科海钠、钠创新能源、振华新材、容百科技、当升科技等；

　　负极企业：贝特瑞、华阳股份、璞泰来、杉杉股份等；

　　电解液企业：天赐材料、新宙邦、多氟多等；隔膜企业有恩捷股份、星源材质、中材科技等；

　　铝箔企业：鼎胜新材、南山铝业等；

　　此外上游原材料端主要以纯碱/锰/钒企业。

　　2.中游：电芯封装、电池系统构建与集成等，涉及各类耗材和电子元器件。

　　3.下游：终端应用市场，主要包括储能和低速电动交通工具等。

　　由于钠离子电池具备可观的能量密度、优秀的倍率性能以及显著的成本优势，在新能源电池同行中性价比较高，未来将被应用至大规模储能以及低速交通工具领域。

　　其中，大规模储能主要包括风力电站、太阳能电站以及家庭储能；低速交通工具主要包括物流车、农具车、电动车以及电动船。

　　工信部及国家发改委出台多份文件，为钠离子电池的产业规范化发展，行业标准化制订等领域提供了支持与指导意见。

　　预计2023年，钠离子电池先对二轮车市场进行渗透，并具备替代低速车的条件；储能领域，则先行对MWh基本的中小型工商业储能系统和户储进行渗透。

　　目前新规划的钠离子电池产能超过30GWh，此外，如锂离子三元电池的产线和钠离子的产线设备可以兼容，重置成本较低。

　　除了钠离子电池的产能规划已提上日程外，在原材料端，预计2023年也将形成万吨级规模的钠离子电池正极产能。其中仅容百，钠创，美联新材远期规划近30万吨正极产能，满足近115GWh的电池装机需求。国内主要负极制造商均已开始布局，目前形成千吨级规模的钠离子电池负极产能。

　　在锂资源短缺、价格大幅度上涨的情况下，钠离子电池获得政策力推、资本争相入局，多家企业更是宣布电池及正负极、电解液材料量产在即，行业已然驶入发展快车道。

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