学习资料|钠离子电池技术及行业解读电话会纪要

主要内容：

1、钠离子电池产业链涉及的上市公司：中盐化工、华阳股份、圣阳股份、欣旺达、道氏技术、南风化工、贝特瑞、杉杉股份、多氟多、新宙邦。

2、大规模产业化之后（GWh水平的产业链和电芯产能），钠离子电池具有较为明显的成本优势。

3、钠电和锂电各有特点，在未来相当长时间内，两种电池化学体系互补，各自满足不同细分市场的应用需求在循环寿命、安全性方面与磷酸铁锂相当，在倍率性能、高低温性能方面都不弱于各种类型的锂离子电池，因此比较适合对能量密度要求不高，但是对成本比较敏感，或者对循环寿命要求比较高的应用场景，比如轻型电动车、中低续航的新能源汽车（300公里续航以下）、备用电源、基站电源、电力储能、工程机械、工业车辆等。

4、在产业链的完善、产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面，钠离子电池仍然有很长的路要走，按照常规的节奏需要5-10年时间，很难形成一个庞大的产业。目前，CATL的加入以及双碳目标的制订，可以大大加速这个过程，3年以后产业可能就可能变的非常成熟。

主持人发言：

【基础知识】

电池分类：

常见的电池分为一次电池和二次电池，一次电池常见的碱性锌锰干电池、锌锰电池、银锌电池。二次电池包括铅酸电池（燃油车启动电池）、镍镉电池（航空）、镍氢电池（普锐斯）、锂离子电池（笔记本电脑、手机、电动汽车）、钠离子电池（刚进入大家视野）。

钠离子电池最早在1960s出现，分为两大类，高温钠离子电池和室温钠离子电池

高温钠离子电池分为两大类，钠硫电池（日本东京电力公司大规模用于电网级储能，在中国上海电气做过示范），钠-氯化镍电池（Zebra电池、GE公司曾向商业化，但不是特别成功，相关专利授权给国内的超威）；室温钠离子电池（今天的主题）分为两大类，水系钠离子电池，溶剂系钠离子电池。

钠电池的工作原理：

与锂离子电池的工作原理类似，钠离子电池同样是一种嵌脱式电池，充电时钠离子从正极脱嵌进入负极，放电时钠离子从负极进入正极。外电路电子从负极进入正极钠离子被还原成钠。

钠离子电池的主材、辅材以及与锂电池差异：

正极材料：正极材料的差异，是钠离子电池有别于锂离子电池最大的地方。目前的正极材料主要分为几大类：钠过渡金属氧化物、钠过渡金属磷酸盐、钠过渡金属硫酸盐、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物。

负极材料：软碳、硬碳、过渡金属氧化物等，考虑负极材料的成本、稳定性、循环性能等指标，最容易实现产业化和商业化的，仍然是碳材料，主要是软硬碳。锂电池主要负极材料是石墨，只有高功率负极材料会用到软硬碳材料和钛酸锂等

电解质：钠盐+溶剂，除钠盐之外，溶剂与锂离子电池差别不大，可以使用PC。

隔膜：与锂离子电池相同。

外形封装：圆柱、软包、方形，与锂离子电池相同。

制备工艺：与锂离子电池基本相同。

钠离子电池商业化比较快的原因主要就是可以沿用锂电池现成的设备、工艺。

应用场景：

除了高能量密度要求的手机、无人机、乘用车以外，有着非常广泛的应用前景。电动二轮车

、电动三轮车、低速四轮车、家用储能产品、数据中心、通信基站、新能源发电配套储能、电网级储能产品：调频、调峰。

锂离子电池的优点：

（1）安全性高（已经通过了一些国标的测算）

（2）成本低储量丰富

（3）兼容现有的锂电设备

（4）集流体可以用铝箔，成本比铜箔低

（5）电池结构上可以做成双极性电池

（6）溶剂化能低

（7）可以采用钠离子浓度更低的电解液

（8）高低温性能优异，可以做宽温区的电池

钠离子电池研究重点：

1.正极材料、负极材料及电解液的制备与选择。现在处于商业化早期，必须建立一个完整的产业链。

2.提高钠离子电池的电位（高电压体系）。常规下，钠离子电池比锂离子电池电位要低0.3左右。

3.更低成本电极材料，如成本低于1万元/吨的主材。

4.更高的性能，如循环寿命。

5.环境友好。

性能比较：

能量密度：锂离子电池能量密度在150-350Wh/kg（种类比较多，磷酸铁锂能量密度低一些，三元高一些），钠离子电池能量密度在70-200Wh/kg，低于锂离子电池。

自放电率、循环寿命：钠离子和锂离子电池差别不大。

抗过充性能（和安全相关）：钠离子电池和锂离子电池都比较弱一些。

成本：

成本包括两个层面：目前的成本，未来商业化的成本。中科院物理所陈立泉院士在今年一个公开演讲中指出，中科海钠BOM成本钠电池（采用体系是钠铜铁锰氧化物-煤基负极）0.29元/Wh，磷酸铁锂电池0.34元/Wh。CATL曾总指出，目前钠电池成本还高于锂电池，因为产业链不成熟，制造成本高。

未来的发展：

电极：由于钠位于锂的下一个周期，所以钠拥有比锂更大的半径，大约比锂的半径大70%，这就导致钠离子在阴极与阳极之间进行嵌入以及脱嵌要比锂更难。所以电极需要具备的条件有：（1）良好的扩散通道一遍钠离子能够快速转移；（2）拥有较高的嵌钠量，以获得较高的电容量；（3）电极电位受嵌钠量的影响要小；（4）良好的化学稳定性，以保证循环寿命。

电解液：应该满足以下条件：热稳定性能好，不易发生分解；溶液中的离子导电率高；有宽的电化学窗口等。

【产业化进展】

布局公司：

目前国内外有近三十家企业对钠离子电池进行产业化相关布局，主要包括英国FARADION公司、美国Natron Energy公司、美国Aquion Energy公司、法国Tiamat公司、日本岸田化学、松下、三菱化学以及我国的中科海钠（中科院物理所背景）、钠创新能源（上海交大背景）、星空钠电（国内外合作）等。其他公司：贲安（水系钠电，正极普鲁士蓝，负极钛酸盐，公司在上海）；日本岸田化学（电解质）；星空钠电（正极普鲁士蓝，负极硬碳）。

英国Faradion公司：采用层状金属氧化物/硬碳的有机电解液体系；140Wh/kg，80%DOD循环寿命1000次；与现有锂离子电池生产工艺兼容；成本优势不明显，有机体系存在安全隐患

美国Natron Energy公司：普鲁士蓝水系电解液；能量密度50Wh/L（比较低）,循环寿命1万次以上；水系电解液安全性高，高倍率性能优异；能量密度低，生产工艺复杂

法国Tiamat公司：氟磷酸钒钠/硬碳有机电解液体系，圆柱电池；90Wh/kg，1C循环4000次；循环寿命长，与与现有锂离子电池生产工艺兼容；V和F元素有毒性，体系能量密度较低，成本较高，存在安全隐患

中国钠创新能源：层状金属氧化物/硬碳有机电解液体系，软包电池；能量密度120Wh/kg,循环超过1000次；与现有锂离子电池生产工艺兼容；成本优势不明显，有机体系存在安全隐患

中国中科海钠：层状金属氧化物（不含贵金属镍）/无定形碳有机电解液体系，软包电池；能量密度135Wh/kg，大于2000次；与现有锂离子电池生产工艺兼容；成本优势明显

产业链：

正极：各家初创公司都用自己的产品为主

负极：传统锂电用硬碳、软碳公司，例如日本的Kurarey，斯里兰卡的Heycarb PLC等。

钠盐：传统的LiPF6供应商，比如日本的岸田化学、国内的多氟多、新宙邦

典型产品：

美国Aquion Energy公司生产的钠离子电池（水性）

负极：价格低廉的活性炭，具有很高的电容效应；正极：Na0.44MnO2；电解液：Na2SO4，中性水溶液 ；隔膜：无纺布 ；成本：锂离子电池的1/3；循环5000次电容量保持率为85% ；已经破产，被中国泰坦集团收购，应该是产线搬到国内了。

中科海钠

正极：铜铁锰基正极材料，克容量: >120 mAh/g，颗粒尺度:D50 =10 μm；负极：无烟煤基负极材料，克容量: 240 mAh/g，颗粒尺度:D50 =5 μm；钠盐：NaPF6；溶剂：EC-DEC-添加剂;循环寿命：2000-6000次。（中科海钠的产业化过程：2015年 钠离子软包示范；2016年 小批量试制钠离子软包/圆柱电池；2017年 中科海钠公司成立；2017年，钠离子电动自行车示范；2018年，首辆钠离子电池电动汽车示范；2019年，首座100kWh钠离子电池储能电站示范。

（中科海钠是世界上所有做钠离子电池的初创公司里面进展最快的。）

【总结】

大规模产业化之后（GWh水平的产业链和电芯产能），钠离子电池具有较为明显的成本优势。

钠电和锂电各有特点，在未来相当长时间内，两种电池化学体系互补，各自满足不同细分市场的应用需求在循环寿命、安全性方面与磷酸铁锂相当，在倍率性能、高低温性能方面都不弱于各种类型的锂离子电池，因此比较适合对能量密度要求不高，但是对成本比较敏感，或者对循环寿命要求比较高的应用场景，比如轻型电动车、中低续航的新能源汽车（300公里续航以下）、备用电源、基站电源、电力储能、工程机械、工业车辆等。同时，在产业链的完善、产品系列的丰富、性能的成熟、标准的制定、市场的认可等方面，钠离子电池仍然有很长的路要走，按照常规的节奏需要5-10年时间，很难形成一个庞大的产业。目前，CATL的加入以及双碳目标的制订，可以大大加速这个过程，3年以后产业可能就可能变的非常成熟。

Q&A:

Q：现在总的实际成本？

A：超过1元/Wh。主要是因为产量太低，设备折旧偏高。GWh水平的产业链和电芯产能上，总成本会比锂电便宜，时间可能在2-3年，速度会非常快。

Q：涉及到的产业链公司？

A：目前上市公司涉及到的包括负极材料（软硬碳），几大厂商都有布局，只是说目前没有产能，一旦需求上来，上产能很容易。贝特瑞很早就有软硬碳的布局（中试，产能比较低），杉杉也提到有软硬碳（可能是锂电方面，切换可能需要一定的时间）；电解质（六氟磷酸钠），由于氟化工壁垒，能做六氟磷酸锂的，都可以做六氟磷酸钠，多氟多、新宙邦等，都处于早期阶段。

宁德时代确定这个为三大电池研究方向之一 ，会花很大的精力和财力去做。

Q：铝箔的成本占比大概多少？和锂电池的铜箔相比呢？

A：钠离子的主材成本降低，在整个成本构成中，辅材的成本占比会比锂电池占比高一些。

Q：宁德时代的钠电池可能采用的四大材料有哪些？

A：猜测正极同时考虑金属氧化物和金属磷酸盐体系，负极主要是软硬碳，电解质没有太多的选择。大的方向上肯定是一样，具体的配方上会有变化。

Q：锂离子电池和磷酸铁锂对比？

A：目前钠离子电池最大的竞争对手是磷酸铁锂电池。

价格层面：目前磷酸铁锂的价格主要随着碳酸锂的价格在波动，在成本上的差异等到钠离子电池达到GWh产能时，会在3毛/Wh。届时即使碳酸锂价格处于低位时，锂离子电池也有很大优势。

应用层面：差别不是特别大。

性能方面：磷酸铁锂能做到200Wh/kg，钠离子目前在100-150Wh/kg，达到200Wh/kg也是很有可能的。磷酸铁锂的低温性能比较差，钠离子电池低温性能和三元锂电相似。钠离子电池类似于更宽温区的磷酸铁锂电池。此外，钠离子电池倍率性能比磷酸铁锂更好一些，快充性能会更好一些。

Q：怎么理解CATL在这个时点提出钠离子电池？

A：一方面是上游原材料涨价。另一方面，比如丰田作为整车厂，要兼顾各种技术路线，不能错过任何一个路线。对于CATL来说，也是一样，对新方向保持足够的警惕和投入，这是最基本的要求。

Q：钠离子电池的能量密度能达到200Wh/kg？将来能否完全替代磷酸铁锂？

A：从电化学角度讲，钠离子电池和磷酸铁锂能量密度是在同一量级的。如果CATL在钠离子电池的布局成功，完全可以把自己的磷酸铁锂业务替换掉。

主持人总结：

1、提出钠离子电池大的背景是上游原料涨价、同时也是技术路线的补充；但是离大规模商业化应用还有比较长的时间。

2、钠离子电池产业链涉及的上市公司：中盐化工、华阳股份、圣阳股份、欣旺达、道氏技术、南风化工；包括专家提到的贝特瑞、杉杉股份、多氟多、新宙邦。

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