在锂电成本大幅提升、供应链安全问题日益严峻的背景下，钠电池的横空出世再度搅热了新型电池市场。



钠离子电池相较于锂离子电池来说，具有集流体材料更便宜、离子电导率更高、高低温性能更优异、安全性能更好等优势。



此外，钠离子电池不含有贵金属或稀有金属，地壳中钠储量丰富且分布均匀，其价格受市场需求的影响也会更小，在迫切的降本需求下具有显著的成本优势。伴随着不接连不断的技术突破，当钠离子电池能量密度与磷酸铁锂电池持平或者超过磷酸铁锂时，有可能对磷酸铁锂电池市场形成挤压，电池市场格局将发生较大的变化。



但在当前背景下，低能量密度仍是钠离子电池的痛点，仅可满足两轮电动车、电动工具、储能、A00级电动车的能量密度要求。这也意味着，钠离子电池有望首先替代铅酸电池和磷酸铁锂电池主导的低速电动车等市场，传统动力电池“二元格局”暂不会受到影响。



目前，钠离子电池已逐步开始了从实验室走向实用化的阶段，国内外已有超过二十家企业正在进行钠离子电池产业化的相关布局，并且取得了重要进展，钠离子电池赛道也迎来了不少资深玩家。



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锂电池同宗同源，工作原理、生产工艺均相近



钠电池与锂电池的工作原理相近。钠和锂同为 IV 族碱金属元素，两者的物理与化学性质非常相似，因此，钠离子电池的工作原理也与锂离子电池一样，作为嵌脱式二次电池，依靠钠离子在电池正负极之间的移动来充放电。



充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，同时电子经外电路由正极到达负极完成充电过程；放电时Na+和电子的移动路径则与充电时相反。







同样，钠电池的生产工艺及生产线也与锂电池类似。从产品封装形态上看，钠电池与锂电池类似，同样可分为圆柱、软包和方形硬壳三大类。两种电池的制造工艺同样分为极片制造和电池装配两部分，尽管由于钠离子电池可以使用铝箔作为负极集流体因而简化了极耳焊接等工序，但两者整体差异不大。



钠电池快充及低温性能、安全性更好，但能量密度受限。



与锂离子电池相比，钠电池的优势主要有三点：



1、有更好的倍率性能，且能够适应响应型储能和规模供电。宁德时代研发的第一代钠离子电池在常温下充电15分钟，电量即可达到80%以上。



2、钠电池适应温域更为宽广，宁德时代的一代钠电池在-20°C的低温环境中也可以拥有90%以上的放电保持率，而锂离子电池在相同环境下放电保持率只有70%左右。



3、钠离子电池更为安全，主要原因有：



第一，钠作为锂的下一周期元素，化学性质更为稳定；



第二，钠离子电池的负极集流体使用的是稳定性更好的铝箔，钠离子电池可以完全放电至0V 再进行运输，提高了运输安全性；



第三，钠离子电池的内阻比锂离子电池高，在短路时发热量更少；不足则主要是受限于钠离子本身的离子性质，能量密度较低，目前市场上的钠离子电池能量密度只有80～160Wh/kg，略好于铅酸电池，而差于锂离子电池。



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钠离子电池分类介绍



当前市场上，钠离子电池分为几大类，包括钠硫电池、钠盐电池、钠空气电池、水系钠离子电池等。



钠硫电池



钠硫电池是一种基于固体电解质的高温二次电池，它以钠作为阳极，以渗入碳毡中的硫作为阴极，传导钠离子的 β"- 氧化铝陶瓷在中间同时起隔膜和电解质的双重作用。



钠硫电池具有成本低、环境友好、充放电效率高、能量密度高等特点，其理论能量密度最高可达760Wh/kg，但目前市面上的钠硫电池能量密度只能做到150-240Wh/kg。



而日前，国家能源局发布了《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》，明确了中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池。



虽然发展前景很好，但新的要求发布后，为了尽力解决储能电站安全隐患问题，钠硫电池也被拒绝在了储能市场门外。



钠盐电池



钠盐电池具有产品性质稳定，在所有蓄电池体系里，钠盐电池是安全性最高的电池，使用寿命长，应用范围广泛，原材料易获得并且无毒，废品回收工艺简单且无污染。主要应用在电网储能、通讯基站及动力电源领域。



钠盐电池依据其特性可以有效调节可再生能源发电系统中用电与发电的时差矛盾，提高发电设备的利用率。



据统计，钠盐电池技术已经应用在全球25个国家，建成了太阳能、风电组合、峰值管理、通讯基站等储能项目。



国内布局钠盐电池的企业也不在少数，包括浙江安力能源、贲安能源、绿聚能源等。



钠空气电池



钠空气电池属于金属-空气电池体系，通过在空气电极上使碱金属离子和氧气发生反应来产生碱金属氧化物来驱动整个电池工作。



水系钠离子电池



水系钠离子电池具有更快的离子迁移速率、成本低廉、安全环保、电池更容易制造以及可以使用更厚的电极等优点，并且是目前最有效的降低钠离子电池成本的方法之一。



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钠离子电池发展历程



相比于锂离子电池，钠离子电池的发展历程主要分为 3 个阶段：







阶段一：同时起步。



20世纪70年代，由于钠锂元素之间电化学性质极为相似，钠离子电池与锂离子电池研究同时起步。



阶段二：锂离子电池率先开始商业化。



20世纪90年代开始，锂离子电池商业化进程逐渐快于钠离子电池，主要因为：



首先，从需求角度，过去三十年全球电池需求主要来自于消费电池（如笔记本、手机等）、动力电池（核心是汽车，以及部分两轮车），这些品类在市场初期对电池的要求往往聚焦在高能量密度和使用寿命，因此锂电池相比钠电池在功能参数上更加适合；



其次，从技术角度看，软碳、石墨等碳基材料嵌锂性能较好，但嵌钠能力较弱，因而锂电池从技术成熟度上更快进入产业化阶段。



在该阶段钠电池一直处于实验室研究。



但从2010年左右开始，关注钠电池研究的公司有所增加，并尝试建立示范性项目、产品，如2011年全球首家专注钠离子电池工程化的英国 FARADION 公司成立。



阶段三：钠离子电池发展提速，各大钠电池龙头中试线、规模产线有望陆续落地，商业化渐行渐至。



2020年起，钠电池开始进入高速发展阶段，主要因为：



1、2020年开始全球碳中和一致预期逐渐形成，加速电化学储能需求。



2021年7月，欧盟委员会公布了“Fit for 55”一揽子提案，同年10月，英国发布《净零战略》和《绿色工业革命十点计划》，此外，美国、俄罗斯、日本、韩国等均在碳中和与新能源规划层面作出战略指引，对于能源的限制收紧促进了电化学储能的发展。



储能领域，钠电池相对性能提升。储能尤其是表前储能更关注经济性、安全性，而相对弱化能量密度，因此钠电池综合性能大幅提升。而与此同时，2010 年至今钠电池技术更加成熟，且逐渐出现一些小型示范项目，成本进一步下降，能量密度也有了明显的提升，并且获得工程可行性验证。



2、钠电池可以减弱锂资源供应链安全问题。



随着全球电池需求量的增长，锂资源的供应链安全问题愈发严峻。锂资源的总量分布十分有限，地壳丰度0.006%，且其资源空间分布不均，主要在澳洲和南美地区，我国的锂资源储量仅为全球的6%。



目前我国80%的锂资源供应依赖于进口，是全球锂资源第一进口国，容易且一定程度上已经受贸易争端影响。而我国钠资源储量非常丰富，地壳丰度为2.64%，且分布广泛、价格稳定、提炼也更为简单。目前碳酸锂价格大约涨至45万元/吨，而碳酸钠价格大约在 2500-3000 元/吨，约为碳酸锂价格的1/150。



政策方面，全球范围内对于钠离子电池的支持政策开始增多。



2020年以来，多个国家出台了加速钠离子电池发展的政策，我国2022年在《“十四五”能源领域科技创新规划》与《“十四五”新型储能发展实施方案》中均提出发展钠离子电池的要求，而2021年初，欧盟发布的《2030 电池创新路线图》与2020年底美国能源局发布的《储能大挑战路线图》均强调钠离子电池的重要性。



资本方面，2021年开始钠电池企业融资进展迅速。



2021年之前，中科海纳完成天使轮与 Pre-A 轮融资，2021年以来，众多钠离子电池企业实现募投，中科海纳共完成三轮融资，估值从提升2021年初约 5 亿元提升至2022年年中60亿以上，并与华阳股份合作设立钠离子电芯项目；钠创新能源接受浙江医药投资打造钠离子电池系统创新企业；众钠能源则完成两轮融资，2022年3月由碧桂园独家投资扩充研发团队。此外，中科海钠等公司已经设置 ipo 时间表，进一步扩充其资本。



产品方面，预计2023年各大钠电池龙头中试线、规模产线将陆续落地，行业规模开始增长。



近年来，钠电池实际产业化加速，钠离子电池相关产品逐渐问世，相关技术水平不断提升。



2021年6月，中科海纳联合中科院物理所联合打造全球首套 1MWh 钠离子储能系统；2022 年 1 月，太阳能设备制造商 Blueetti Power Inc 发布了全球首台钠离子太阳能发电机 Bluetti NA300＆B480；此外，日本电气玻璃公司与美国 Natron Energy 公司近期均研发出性能更好的钠离子电池，研究成果还在继续优化中。



量产方面，众多电池龙头提出2023年产能落地与量产计划。具体来看，1、以宁德时代为代表的企业发布公告，预计在2023年将完成钠离子电池的重大产业链突破。2、传艺科技、鹏辉能源、派能科技等产品已进入中试或相关客户测试中，中石油发布钠电池相关项目的招标工作。







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各路企业“围攻”钠电池产业



储能市场已进入爆发“前夜”，企业也从大量布局逐步走入降本增效环节。但随着锂资源紧缺，锂材料价格不断上涨，且建设储能电站用电池需要大量的原材料，材料替代成为降低成本的重要手段之一。经过一系列的研究，钠离子电池这一储能领域的替代品逐步走入市场视线中。



近几年来，在察觉到市场风向改变后，不少企业对钠离子电池进行了大量的布局。



宁德时代



其中，2021年7月，宁德时代正式发布第一代钠离子电池，其能量密度可达160Wh/kg，为目前全球最高水平。



近日，宁德时代表示，正致力于推进钠离子电池在2023年实现产业化。



鹏辉能源



6月1日，鹏辉能源与三峡电能就钠电池联合研发和储能示范项目达成初步合作意向。



并且，鹏辉能源已完成小批量的钠电池试产，并送样给下游客户试用。产品为圆柱形态，生产设备可以与生产圆柱电池的设备共用。



中科海钠



2022年12月18日，中科海钠与三峡能源、三峡资本及安徽省阜阳市人民政府达成合作，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。



目前，中科海钠研发的钠离子电池能量密度达到145Wh/kg，循环寿命为4500次。



除了上述几家已有产品研发出世的企业外，还有欣旺达、中国长城、新宙邦、蜂巢能源、塔菲尔等企业也布局了钠离子电池技术。海外方面如松下、三菱、岸田化学、英国Faradion公司、美国Natron Energy公司等均布局了钠离子电池。但是从专利数量和项目落地进展方面来看，国内钠离子电池产业化进程仍然走在前端。



总 结



虽然目前钠离子电池在能量密度、循环寿命等方面的表现不比锂离子电池优秀，但未来随着产业化进程加快，各大钠电池项目落地投产，技术的更新迭代速度加快。未来钠离子电池在储能市场的发展前景依旧可观。



本文来源：电动驿家，多氟多，起点锂电大数据