钠离子电池研究报告：引领电池体系新革命！
我国锂资源受海外牵制较大。全球锂矿高度集中于智利、澳大利亚和阿根廷， 2021 年上述国家锂资源储量占全球 72%。我国锂资源储量占全球 7%，且由于开采 难度大，成本高，下游需求大，锂资源供应进口依赖度较高。当前国内企业对于海外 锂矿投资频频受限，且近年全球锂资源探明量的增速放缓，以钠离子电池替代锂电池 在相对低端场景下的应用，具备战略意义。 中国电池厂商供给全球市场。2022 年 1-11 月，全球电动汽车电池总装车量为 446GWh，同比增长 74.7%。其中宁德时代和比亚迪合计占 50.7%市场份额，中国厂 商合计占 60%以上市场份额；据 InfoLink，2022 年全球储能电池出货量总计 142.7GWh，出货 Top5 中中国厂商占据 4 席。中国锂电池厂商在全球范围内的产能、 制造、技术迭代和创新等方面均具备明显竞争优势。 国内锂资源储量无法匹配锂电产业的全球地位。7%的锂资源储能份额与 60%以 上的动力电池市场份额之间难以匹配，在碳酸锂价格高企的背景下，利润更多留在上 游锂矿端，下游电池厂面临较大成本压力。根据我们的测算，假设中国 150 万吨锂资源储量全部用以制造锂电池，大约可生产 13.6TWh 锂电池；根据 IEA 对于未来全球 电动车和储能需求的展望，预计 2030 年全球电池累计需求在 22TWh 左右，2050 年 在 126TWh 左右。随着各国对于外国企业开采本国锂矿的限制提升，我们认为仅凭 借我国自身的锂资源储量或将难以支撑远期的锂电产业全球市场地位，对于替代技术 的探索对我国企业而言至关重要。 钠元素储量丰富，降本潜力大。钠元素的地壳储量为锂的 1000 倍以上，储量丰 富，分布广泛，成本低廉。据中科海钠，钠离子电池产业化后，凭借更廉价的正极材 料和集流体，整体材料成本有望较锂电池降低 30%-40%。
钠离子电池与锂离子电池工作原理基本相同。钠离子电池也是“摇椅式电池”的 一种，利用碱金属离子在正负极间可逆的定向迁移过程实现电池的充放电，充电时， Na+从正极材料中脱出，经电解液的输运穿过隔膜嵌入负极材料，放电过程与之相反。充放电过程中相同数量的电子经外电路传递，与 Na+一起在正负极材料间迁移以维持 电荷平衡。以 NaxMO2 为正极材料，硬碳为负极材料，则电极和电池反应式可分别表示为： NaxMO2 ⇄ Nax-yMO2 +yNa+ + ye- (1 -1) nC + yNa++ye- ⇄ NayCn (1-2) NaxMO2 + nC ⇄ Nax-yMO2 + NayCn (1-3) 电池结构相似，产线易于改造。钠离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和 集流体构成，与锂离子电池工作原理相似，结构机理高度重合。锂电池的隔膜、铝箔 和其他电池组件可以直接应用在钠电池中；用于锂电池生产和检测的设备可直接或略 加改造后应用在钠电池产线，改造成本低，能够相对快速开启量产，弥补锂电池供需 紧张、上游原材料处于价格高位的问题。 钠离子电池能量密度有提升空间。相较于锂离子电池，钠离子电池能量密度稍低， 原因有三点：1）钠离子拥有更大的离子半径，影响反应过程中相的稳定性、离子输 运及扩散较慢；2）钠离子的质荷比较大，降低材料的理论质量比容量；3）钠具有较 高的标准电极电势。 钠离子电池能量密度高于铅酸电池，低于锂离子电池。目前商业化钠离子电池的 能量密度在 90~160Wh/kg，远高于铅酸电池的 50~70 Wh/kg，循环寿命相较于铅酸 电池具有明显的优势，且环保性更佳，未来可能对铅酸电池进行全面的替代。与锂离 子电池相比，钠电的能量密度已接近于磷酸铁锂电池 120~180Wh/kg 的水平，但与 三元电池相比具有较大能量密度差距。从长期发展空间来看，钠电的能量密度提升及 降本均具有较大挖掘空间，未来在能量密度要求不高的应用场景具备挑战磷酸铁锂电 池的潜力。 钠离子电池耐候性具有明显优势。钠离子电池的工作温度范围在-40℃~80℃，目 前商业化产品可以做到-20℃容量保持率 88%的水平，相较于铅酸电池和磷酸铁锂电 池 60%~70%的容量保持率具有明显优势，在气候寒冷地区展现出良好的应用场景。倍率性能好。钠离子的溶剂化能显著低于锂离子，从而在电解液中具有更快的动 力学，离子界面扩散能力更强；同时钠离子的斯托克斯半径更小，相同浓度的电解液 中离子电导率更高；高电导率及优秀的离子界面扩散能力赋予钠离子电池出色的倍率 性能，具备较好的快充潜力，在储能调频等高功率场景具有较大应用潜力。 电芯安全性能优异。钠电池热失控温度高于锂离子电池，电芯层面的安全性有所 提升，其原因在于钠离子电池内阻稍高于锂离子电池，在安全性实验中产生的瞬发热 量少、电芯温升有限且目前商业化应用的钠电正极材料的热稳定性高于三元锂材料， 在过充、过放、短路等电芯安全测试中均未发生起火爆炸现象。实际运行安全 性有待观察，对于普鲁士蓝正极材料在热失控情况下释放氢氰酸、氰气等有毒气体的 问题尚需技术攻关。 正极材料体系是钠离子电池研究和产业化的焦点。钠离子电池正极材料主要包 括氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类、有机物类。其中层状氧化物结构类似锂电三 元材料，比容量相对较高、综合性能好，在动力、储能领域拥有较好的应用场景；聚 阴离子类正极材料晶体结构与磷酸铁锂相似，稳定的晶体结构使其具有较长的循环寿 命，适合应用于储能场景；普鲁士蓝类正极材料，低成本化潜力最大，合成温度低， 但对于结晶水的控制较难，影响其电化学性能，材料热失控情况下会释放氢氰酸、氰 气等有毒气体；有机类正极材料一般具有多电子反应的特点，从而具有较高的比容量， 目前处于实验室阶段，尚未商业化应用。 层状过渡金属氧化物是当前最接近规模化量产的正极体系。当氧化物中钠含量 较高时( x≥0.5)一般以层状结构为主，当钠含量较低时( x＜0.5)主要以隧道结构的氧 化物为主。其中层状结构氧化物是研究最早的一类嵌入型化合物，具有较高的能量密 度以及易制备的特点，现阶段可逆比容量高达 100-145mAh/g，是当前最接近规模化 量产钠电体系。隧道型氧化物是将不规则的多面体结构和独特“S”形通道连接形成的，晶体结 构较为稳定，循环寿命及倍率性能优异，对水氧稳定，但是其初始钠含量过低限制了 其在实际中的应用。 层状过渡金属氧化物结构通式为 NaxMO2（M=Co, Mn, Fe, Cr, Ni 等）。晶体结构 中过渡金属元素 M 与周围六个氧形成的 MO6 八面体，钠离子位于过渡金属层之间， 形成 MO6 八面体层与 NaO6 碱金属层交替排布的层状结构。按照钠离子配位构型不 同分为 O3、O2、P3 和 P2 等不同结构，最常见的是 O3 和 P2 两种结构，在特定合 成条件下也可以得到 P3 结构。 钠离子电池对于过渡金属元素的选择更加广泛：在镍、钴、锰以外，钛、钒、铬、 铁和铜等元素均可以与钠离子形成层状结构并具有电化学活性，通过多元阳离子取代 可以减少脱嵌过程中的相变问题，进而提升材料的晶体结构稳定性，从而延长循环寿 命，由此，层状氧化物正极材料又分为一元材料和多元材料。 钠离子电池层状氧化物正极材料合成工艺与锂电三元材料类似。层状氧化物最 常用的合成方法是固相反应法，该方法操作简单、易于控制、具有较短的工艺流程短， 更易于工业化生产，主要步骤包括前驱体混合、烧结、掺杂，对于制备环境无特殊要 求，可兼容锂电三元材料生产线。中科海钠、钠创新能源、孚能科技、蔚蓝锂芯、传 艺科技、湖南立方、Faradion(英国)等公司选择层状金属氧化物路线，其中铜系和镍 系相对主流，电芯能量密度可达 140Wh/kg 以上。 聚阴离子化合物正极能量密度低，循环寿命优异。钠基聚阴离子化合物正极具有 稳定材料的晶体结构，因此化学稳定性、热稳定性和电化学稳定性较高，在倍率性能 和循环寿命上具有突出优势，但导电率需提升，能量密度存在短板。与磷酸铁锂相似， 由聚阴离子多面体和过渡金属离子多面体形成具有三维网络结构的化合物，化学式为 NaxMy(XaOb)zZw，M 为过渡金属或碱金属等阳离子以 Fe、Co、Ni 等为代表，X 为较 高电负性元素如磷或硫，Z 为氟或氢氧根等阴离子，常见的聚阴离子类正极材料主要 包括磷酸盐、焦磷酸盐、硫酸盐等。 磷酸盐体系中具有代表性的两种材料为橄榄石结构的 NaFePO4和 NASICON 型 结构 Na3V2(PO4)3。对于 NaFePO4 而言，橄榄石相只能在 480℃以下稳定存在，高 于此温度后其晶体结构转化为不具备电化学活性的磷铁钠矿相。目前橄榄石型 NaFePO4 的制备主要通过离子交换法，由橄榄石型 LiFePO4脱锂后经电化学钠化合 成。Na3V2(PO4)3 是具有 NASICON 型结构钠电正极材料，因其晶体结构稳定，在倍 率性能及循环寿命方面表现优异，但比容量低于橄榄石结构材料。此外，钒元素价格 较贵且存在毒性，降钒或无钒材料的开发是此类材料的发展方向。 焦磷酸盐：焦磷酸盐热稳定性较高，化学式为 Na2MP2O7（M=Fe, Co, Mn, Cu)， 其结晶体结构包括三斜晶型、四方晶型、正交晶型和单斜晶型几种，多样性的晶体结 构似的该材料吸引了广泛的关注，但是该系列材料在比容量及动力学性能上普遍存在 短板，尚未得到商业化应用。硫酸盐：硫酸盐类材料大部分来源于矿物，其通式可以写成 Na2M(SO4)2·2H2O。该材料电压较高，但 SO4 2-基团热力学稳定性非较差，在 400℃下分解产生 SO2，此 外，该材料易受环境中水分影响其循环寿命，理论容量也相对较低。 目前聚焦于聚阴离子类正极材料路线的企业相对有限。鹏辉能源采用磷酸钒钠 类正极材料，钠创新能源布局磷酸钒钠及磷酸锰钒钠体系，众钠能源则选择硫酸铁钠 方案，此外，法国 Naiades 采用氟磷酸钒钠作为正极材料。 普鲁士类正极材料降本潜力大。普鲁士类正极材料的化学式可表示为 NaxM1[M2(CN)6]（0＜X＜2），M1 为 Fe、Mn 或 Ni 等元素，M2 为 Fe 或 Mn，根据 Na+含量不同，x＜1 称为普鲁士蓝，x≥1 称为普鲁士白。该材料有较高的工作电势 （2.7~3.8 V vs. Na+ /Na)；利用 Mn 3+ / Mn 2+和 Fe3+/Fe2+氧化还原电对，最多可以实 现两个 Na+的可逆脱出/嵌入，对应理论容量可达 170mAh/g；具有稳定的三维框架结 构及三维离子通道有利于 Na+的快速脱出/嵌入；合成工艺简单、成本低廉。 结晶水影响其电化学性能。普鲁士蓝类正极材料采用共沉淀法制备，制备过程中 晶体结构存在结晶水，结晶水的存在容易占据原本用于储钠的活性点位，并且可能堵 塞钠离子疏运通道，结晶水进入电解液后可能造成电池短路。在其影响下材料存在容 量利用率低、效率低、倍率差和循环不稳定等问题，并且在热失控情况下会释放氢氰 酸、氰气等有毒气体。 产业化进度方面，宁德时代 2021 年发布第一代钠离子电池产品，在普鲁士蓝/硬 碳体系下实现能量密度 160Wh/kg，其规划第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突 破 200Wh/kg，系统能量密度将达到 160Wh/kg；国内多家企业对于此路线均在攻关 结晶水问题；美国公司 Natron Energy 使用普鲁士蓝体系实现钠离子电池能量密度 140Wh/kg。 理想的钠离子电池负极材料应具有较低的氧化还原电势（需高于钠的沉积电势以 避免析钠）、平稳的电压输出平台、较高的首周库仑效率、丰富的储纳位点以保证高 比容量、在钠离子嵌/脱过程中能维持稳定的结构以确保良好的循环性能、较高的电 子和离子电导率以满足快充的需求。主要包括碳基负极材料、钛基负极材料、合金负 极材料、有机类负极材料、其他负极材料。其中碳基负极材料的无定形碳路线技术成 熟度较高，展现出了优秀的电化学性能，产业化进程最快。 目前布局钠电负极材料的企业主要有传统锂电公司及新进入者，主要聚焦于硬碳 负极材料路线，目前大都处于中小试阶段。在碳源方面多为生物质、树脂类路线，材 料来源较为广泛，木质素、木屑、竹屑、椰子壳或坚果壳等均可作为前驱体来源。 无定形碳是目前最具商业化应用潜力的钠电负极材料。碳基负极材料可以分为石墨类材料、纳米碳材料以及无定型碳材料。石墨材料是目前主流的锂离子电池负极 材料，但是由于钠离子与石墨层之间的相互作用较弱于锂离子，难以形成稳定的插层 化合物，因此不适合作为钠离子电池的负极材料。纳米碳材料以石墨烯及碳纳米管为 代表，以表面吸附原理储钠，电化学性质欠佳，目前不适合商业化应用。无定形碳在 钠离子电池中展现了较高的理论容量、循环寿命及较低储钠电位，商业化潜力较大。 无定形碳由弯曲的石墨层状结构随机平移、旋转、堆垛而成，在微观结构上具有 较高的混乱度。在 2800℃以上可以石墨化消除无序结构的称为软碳，软碳晶体结构 类似于石墨，但有序程度较低，晶体结构中存在短程有序的石墨微晶，可以插层的方 式储钠，在 2800℃以上难以完全石墨化的称为硬碳，硬碳的微观结构高度无序，在 钠离子电池领域展现出较为优秀的电化学性能，预计会成为主流路线。 硬碳材料的独特结构使得其具有较高的储钠位点，具有较高的可逆比容量及较 低电位。在硬碳的微观结构中，石墨片层的层间距大且存在较多空洞及缺陷位点，钠 离子可以通过石墨片层插层、填孔、在与电解液基础的表面形成电容型吸附、在内部 的缺陷位点形成赝电容型吸附等多种方式嵌入，因此具有较高的可逆比容量。 软碳因具有缺陷少、结晶度高、电导率高的特点。软碳又称易石墨化碳，微观结 构与石墨类似，存在短程有序的石墨化微晶结构，相较于硬碳具有更加规整的碳层排 布，因为其电导率较高故拥有较好的倍率性能，但是储钠量低于硬碳。硬碳前驱体的来源较为广泛，主要包括生物质类、树脂类、化工原料类等，生物 质前驱体具有广泛的来源和较高的性价比，在钠离子电池领域具有很好的应用场景。软碳前驱体主要来源于石油化工原料，如无烟煤、沥青、石油焦等。 钛基材料具有稳定层状结构，是一种典型的嵌入型负极材料。四价钛元素在空气 中可以稳定存在，在不同晶体结构中表现出不同的储钠电位。然而这种材料普遍存在 电子电导率差，需大剂量的导电剂配合，过多的导电剂降低了电池的首周库伦效率及 循环稳定，降低了电池的能量密度及循环稳定性。 与锂电池中的硅负极材料相似，钠也可以与多种金属如锡、锑、铟(Sn、Sb、In） 形成合金，合金类材料以具有较高的储钠比容量及相对较低的反应电势，但是也存在 着硅基材料在锂电池中应用的困境，即反应动力学较差及脱嵌钠前后巨大的体积变化， 循环过程中材料粉化严重，循环寿命较差，实际应用较为困难。 有机类负极材料在自然界中含量丰富，具有较低的制备成本，结构设计较为灵活， 可实现多电子反应，但大部分有机负极材料的本征电子电导率低，对于导电剂添加量 有较高需求，影响电池的首次库伦效率及循环稳定性，因此目前暂未有商业化应用，处于实验室理论研究阶段。 电解液：电解液是连接正负极离子传导的媒介，起到在正负极间传输离子的作用， 是电池的重要组成部分，电解液影响电池的倍率、循环寿命、安全性和自放电。电解 液主要由溶剂、电解质（溶质）和添加剂构成，三者共同决定了电解液的性质。目前 满足需求的钠离子电池电解质主要是六氟磷酸钠 (NaPF6)，但是存在化学稳定性较 差、易水解、遇痕量水生成 HF 会导致正极材料金属溶出从而导致正极材料性能衰减 的问题。 溶剂与锂电池类似，多采用酯类有机溶剂。隔膜：钠离子电池中应用的隔膜与锂离子电池隔膜体系相似，广泛应用于锂离子 电池领域的 PE/PP 隔膜基本都可以移植在钠离子电池中使用。集流体：在锂离子电池中正极集流体通常选用铝箔，负极侧通常选用铜箔，因为 在低电势下锂会和铝发生合金化反应，腐蚀集流体。 但是在低电势下钠与铝不发生合 金化反应，所以在钠离子电池中其正负极两侧都可以选用成本铝箔作为集流体，使得 钠离子电池在成本方面更具优势。导电剂：目前钠离子电池中常用的导电剂材料主要是碳素材料，与锂离子电池 类似。主要包括乙炔黑、Super P、导电石墨、科琴黑、碳纳米管 (CNT)、碳纤维 和石墨烯等。 核心原材料尚未大规模量产，电池物料成本偏高。当前，钠离子电池所需的正极、 负极和电解液均未实现大规模量产，成本较高且产品性能、价格差异较大。我们通过 参考百川盈孚数据、各公司公告、以及《钠离子电池科学与技术》中对于各类材料理 论用量的指引搭建了钠离子电池成本模型，按照层状氧化物正极 8 万元/吨，硬碳负 极 8.5 万元/吨，电解液 15 万元/吨的价格估算，当前钠离子电池 BOM 成本约为 0.67 元/Wh，并不较磷酸铁锂电池具备优势。 预计当前生产成本显著高于锂电。参考《钠离子电池科学与技术》中对于钠离子电池生产初期的人工、设备折旧、能源消耗等成本的指引，我们假设当前良品率为 90%，测算得钠离子电池成本合计 0.93 元/Wh，其中原材料以外成本大约较锂电池 高 0.11 元/Wh；上述成本在 15%/20/%25%的毛利率下分别对应售价为 1.09/1.16 /1.23 元/Wh，与当前磷酸铁锂电池价格基本持平。 材料体系的不确定构成了此前量产的瓶颈。钠电正极材料体系众多，互有优劣， 即使在层状氧化物路线内部又可进一步划分为铜铁锰、镍铁锰、镍锰钛等多种体系；负极材料同样存在碳基、钛基、合金材料等多种路线选择，碳基负极体系内部又可细 分为生物质、无烟煤、沥青、石墨等多种路线。材料体系的不确定，产品性能无法定 型，构成了此前量产的瓶颈。 传统正极材料厂商钠电布局提速。目前行业内基本确定了正极材料产业化初期的 铜系和镍系层状金属氧化物的路线，电芯能量密度可达 140Wh/kg 以上，同时层状氧 化物正极材料的生产与锂电三元正极材料的生产相似，调整后的产线可兼容两种材料 的生产。当前以容百科技、振华新材为代表的传统正极材料厂商的钠电正极进展较快， 随着 23-24 年的初期产能建成，有望通过规模化生产以及传统厂商对于良品率更强 的控制能力，显著降低当前钠电正极材料的价格。 负极材料制约因素有望逐渐打破。此前负极材料对于钠电产业化也形成了制约， 主要原因在于生产工艺适配性差、原材料批次一致性差、依赖日本进口成本高企等。工艺适配性差的原因主要是此前原材料体系尚未确定，而目前各厂商初步确定了以生 物质类硬碳为主流的初期量产路线，生产工艺标准化程度有望提高。 不过生物质材料 的一致性较差，不同年份、产地、部位均会影响硬碳质量；目前以树脂和无烟煤混合 硬碳为代表的产品加速研发，有望在产品性能、一致性、性价比和供应稳定等多方面 获得提升。另外随着国内企业的技术研发推进，同时国内企业更加贴近终端客户需求，国产 硬碳性能与进口产品的差距逐渐缩小，而成本优势较进口产品十分明显。多因素共振 有望逐渐打破负极材料对钠离子电池量产的制约。 钠电电解液产能规划规模较大，价格有望快速下降。当前锂电电解液产能相对过 剩，产品价格跌幅明显，各大厂商对于钠电电解液的布局比较积极。目前钠电电解液 缺少大规模产能，而根据我们不完全统计，若各厂商规划产能全部建成，2023 年底 有望形成 3.5 万吨钠离子电池电解液和 1.6 万吨六氟磷酸钠产能，可供约 20GWh 钠 离子电池生产；并且考虑到钠离子电池电解液的理论原料成本应低于锂电，我们预计 钠电电解液价格至 2025 年会出现快速下降的趋势。 预计 23 年和 25 年钠离子电池成本有望分别降至 0.85/0.62 元/Wh。我们预计随 着正极、负极和电解液的规模化生产，成本有望明显下降；而大量厂商的涌入预计也 将显著提升供给，材料价格较当前市场不成熟的阶段有较大的下行空间。并且随着生 产良品率的提升，人工、折旧等原料以外成本向锂电生产靠近，我们预计 2023 年钠 离子电池成本有望降至 0.73 元/Wh，在 15%的毛利率下对应售价为 0.85 元/Wh；预 计 2025 年钠离子电池成本有望降至 0.53 元/Wh，在 15%的毛利率下对应售价为 0.62 元/Wh。 碳酸锂价格高位震荡。2022 年 3 月电池级碳酸锂价格突破 50 万元/吨以来，至 今维持高位，带动锂电池价格持续攀升；目前电池级碳酸锂报价 50-55 万元/吨左右， 磷酸铁锂电芯价格约 0.96 元/Wh，磷酸铁锂 PACK 价格约 1.15 元/Wh。 即使锂价下行，钠离子电池仍具备较大的价格空间。根据我们的测算，假设每 GWh 磷酸铁锂电池的生产需要 650 吨碳酸锂，且其他成本维持稳定，预计碳酸锂价 格分别降至 40/30/20/10 万元/吨时，对应的磷酸铁锂电池 Pack 价格分别为 1.1/0.91/0.81/0.72 元/Wh。假设将钠离子电池价格较磷酸铁锂电池低 20%视为具备 价格优势，则结合我们此前的测算，若 2023 年碳酸锂价格维持 45 万元/吨以上，则 年底首批量产的钠离子电池可较锂电池具备明显价格优势；即使碳酸锂价格低至 25 万元/吨，钠电价格仍有望低于锂电。而 2025 年碳酸锂价格在 15 万元/吨以上，钠电 价格即有望具备明显优势。 两轮电动车、储能、A 级以下乘用车为钠离子电池主要潜在市场。两轮电动车领 域对于轻量化、长续航的需求催生了近年来锂电池对铅酸电池的替代，不过随着锂价 的大幅上涨，需要通过换装钠离子电池实现降本并加速对铅酸电池的替代。钠离子电 池的廉价、耐低温、安全等特点带来储能领域的较大空间；同时由于储能领域对于能 量密度的要求相对较低，而对循环寿命的要求较高，与聚阴离子型钠电池的特性比较 契合。A 级以下乘用车由于对于续航里程的需求较低，而对成本的敏感性较强，同样 适合应用钠离子电池；而钠电和锂电的混用技术有望进一步覆盖续航 500 公里以下 的车型需求。 两轮电动车领域有望成为钠离子电池最先落地的应用场景。小牛电动此前宣布 计划于 2023 年推出首款钠离子电池产品；星恒电源发布了用于两轮电动车领域的钠 离子电池，计划产品于 23 年 3 月上市；传艺科技公告显示，23 年以来陆续给两轮车 和储能领域的客户送样钠离子电池。 新国标颁布以来锂电渗透率快速提升。2021 年我国两轮电动车中锂电产品销量 占比 23.4%，铅酸电池产品占比 76.6%。2019 年电动自行车新国标以来，由于要求整 车质量小于 55kg，而传统铅酸电池组相对笨重，可占整车限重的 60%以上，因此能量 密度更高的锂电池渗透率快速提升。不过当前锂价的高企抑制了两轮电动车领域的锂 电化进展。 钠离子电池在两轮车领域有望对铅酸电池和锂电池快速替代。钠离子电池在循 环寿命和能量密度等方面的性能显著优于铅酸电池，当前各厂商产品的性能参数已足 以应对电动两轮车领域的需求，并且我们预计 23-24 年量产产品的价格有望明显低 于锂电池，因此对于铅酸电池和锂电池均有较大的替代空间。 钠离子电池在储能领域开始示范性应用。22 年 10 月，中国能建中标三峡能源安 徽阜阳市 300MW/600MWh 储能项目，其中包括 30MW/60MWh 钠离子电池储能单元，是当 前国内最大规模的钠离子电池储能项目，相较此前投运的中科海钠 1MWh 钠离子电池 储能示范项目而言规模大幅提升。广西、深圳、山西、河南等地的能源领域规划性文 件中提及开展钠离子电池在储能领域的应用示范。 低能量密度可能导致早期钠离子电池储能系统的初始投资高于锂电。我们通过 建立储能电站的盈利模型分析钠离子电池在储能领域的经济性。假设钠离子电池和磷 酸铁锂电池的成本分别为 0.85 元/Wh 和 0.95 元/Wh；由于能量密度的劣势，同等规 模的钠电系统需要更多预制舱，预计电池以外的设备成本会高于锂电；假设钠电和锂 电的循环寿命分别为 3500 次和 5000 次，而钠电在放电深度上可具备优势；假设储 能电站每年运行 350 天，每天一充一放，主要通过现货市场套利、容量补偿和共享储能租金获得收入。 5000 次以上的循环寿命和较锂电低 15%的价格，是钠离子电池储能项目具备经 济性的关键。钠离子电池在大型储能项目，在上述假设条件下，我们测算得钠离子电 池储能系统的 IRR 为 3.63%，而锂电池储能 IRR 为 7.15%。我们对钠离子电池价格、 循环寿命和能量密度进行了敏感性分析，认为影响储能项目收益率的最主要因素在于 循环寿命；当循环寿命为 4000 次，能量密度为 130Wh/kg 时，预计钠离子电池价格 降至 0.55 元/Wh 可获得高于锂电的储能项目收益率；当循环寿命提升至 5000 次， 能量密度保持不变，0.8 元/Wh 的电池价格即有望获得优于锂电的收益率。 钠电在用户侧储能、数据中心和基站储能等中小型储能领域有望率先渗透。大型电 力储能项目对于项目收益率的要求较高，且随着电网波动性较大、调频需求的提升，对于 电池循环寿命的要求预计会提升。不过在户用储能、工商业储能、数据中心和通信储能等 调用次数较低、项目规模较小的领域，钠离子电池循环寿命和能量密度低的缺点或被缩 小，而更高的安全性、耐低温等优势或被放大，率先得到应用。 钠离子电池有望渗透 A 级以下电动车市场。A0 和 A00 级电动车对于续航里程 要求较低，对于电池能量密度的要求可放低，且对电池价格的敏感性更高，提供了钠 离子电池的市场机会。2022 年 1-10月，A 级以下电动车占据了我国电动车销量40.6% 的市场份额，市场空间较大。 宁德时代提出 AB 电池解决方案，可以实现钠离子电池与锂离子电池的集成混 合共用。将两种电池集成到同一个电池包中，按照特定的比例和排列进行混搭，串联、 并联、集成，通过 BMS 的精准算法，进行不同电池的均衡控制，实现二者电池性能 的取长补短。既弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板，也发挥了它高功率、低 温性能的优势。这样的钠锂电池系统，就能够应用于更多复杂场景。 钠锂混搭有望满足续航 500 公里的车型需求，覆盖 65%的纯电乘用车市场。2022 年 11 月，宁德时代研究院副院长黄起森在钠离子电池产业链与标准发展论坛上表示， 此前市场观点认为钠离子电池普遍只能满足续航 400 公里以下的车型需求；不过通 过钠锂混搭的 AB 电池结构，钠离子电池可以满足续航 500 公里的车型需求，有望覆 盖纯电动乘用车 65%左右的市场。 预计钠离子电池在两轮车、储能和 A 级以下乘用车领域率先放量。我们认为国 内厂商对于寻求锂电替代品的需求迫切性高于海外，故在钠离子电池产业化初期的 2023-2027 年 5 年时间内，主要市场或将集中在国内。我们假设钠电在电动两轮车领 域的渗透率在 2025 年快速提升至与当前锂电渗透率相当的 25%左右；假设在户用及 工商业储能、5G 基站、数据中心领域 2025 年渗透率达到 15%；大型储能领域的应用从 2025 年开始放量；假设 A00 级电动车 2025 年渗透率达到 10%，A0 级电动车 通过锂钠各占 50%混搭的形式应用，假设 2025 年渗透率为 10%。 预计 25 年市场空间有望达到 200 亿元，27 年有望超过 800 亿元。根据上述假 设条件，我们测算得 2025 年国内市场钠离子电池需求量有望达到 32.9GWh，对应 市场空间约 203.7 亿元；预计 2027 年国内市场钠离子电池需求量有望达到 137.3GWh，对应市场空间约 824 亿元；市场空间有望快速扩大。
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首次发布时间：2023-06-21
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