當下鋰電池作為重要的儲能電池，成為了新能源汽車、電子產品、無繩器材的儲能單元。但由于鋰儲量有限，開采能力受限，中國鋰礦資源缺乏且品相較差，日益增長的需求所造成的沖擊成本使鋰的價格屢創新高。在鋰價高企的情況下儲能電池是向氫能（H）過度還是向鈉（Na）電演化？氫能在現階段效率較低，產業化程度不高，安全性問題亟待解決。鈉離子電池作為低成本、安全的儲能單元若能解決效率問題、產業化問題，或將成為現有電池行業的重要補充。
核心關注點
成本·效率·安全·應用
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什么是鈉離子電池
鈉離子電池是一種二次電池（充電電池），利用不同材料的正負極參與氧化還原反應，鈉離子電池主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動來工作達到充放電，與鋰離子電池工作原理相似。
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發 展 歷 史
鈉離子電池的研究可以追溯到20世紀70年代，與鋰離子電池的研究齊頭并進，主要原因是它們具有相近的原子結構和電化學特征。由于鈉離子電池在能量密度和循環壽命方面的劣勢及鋰離子電池順利商業化，在1990后的20年里幾乎停滯發展，隨著鋰資源的稀缺和新能源產業的快速發展，鈉離子電池開始受到產業和科研界重視。
資料來源：《鈉離子電池正極材料研究進展》
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工 作 原 理
鈉離子電池工作原理與鋰離子電池“搖椅式”原理相同。利用鈉離子（Na+）在正負極材料之間的可逆脫嵌實現充放電。充電時，Na+在電勢差的驅動下從正極脫出，經過電解質傳輸嵌入負極，實現電量儲存，放電過程正好相反。但相比于鋰離子（0.76?），鈉離子的半徑（1.02?）更大，擴散動力學更遲緩，使之在能量密度和循環特性上具有本征劣勢，本征劣勢能否解決是決定鈉電池商業化的重要因素。
工作原理 電池結構工藝
資料來源：中科海鈉官網
資料來源：《鈉離子電池：從基礎研究到工程化探索》
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各類電池對比及競爭優勢
資料來源：中國科學院物理研究所、CNKI
/ 鈉離子電池-競爭優勢 /
1、 成本低 （原材料成本低-碳酸鋰 45 萬/噸，碳酸鈉 4000 元/噸、集流體成本低-鋰電池使用銅箔 8 萬/噸，鋁箔 3萬/噸）
鋰資源價格持續攀升，鈉離子電池具備成本及供應優勢：在全球能源結構轉型背景下，日益增長的電動汽車市場和儲能市場拉動鋰電需求，疊加疫情因素，鋰原材料價格持續上漲。截至 2022 年 2 月，主要原材料電池級碳酸鋰鹽價格突破 45 萬元/噸，創歷史新高。此外，鋰元素的豐度很低，地殼豐度僅為 0.006%，且大多數集中在南美洲，分布不均引發能源安全焦慮。與之相比，鈉離子電
電池級碳酸鋰價格 鋰資源全球分布
資料來源：wind
鈉離子與鋰離子 全球各國探明
地殼豐度比較 鋰資源儲量占比
資料來源：wind、《鈉離子電池產業化需伺機而動》
鈉電池成本
資料來源：中科海鈉官網
2、安全性高 （安全性優于磷酸鐵鋰及三元鋰）；
性能穩定，安全性較高：鈉離子電池的安全性能比三元電池和磷酸鐵鋰電池更為優異，原因為：
1）鈉離子電池內阻比鋰離子電池更高，當電池短路時，放熱功率低，瞬間發熱少，溫升低，減少了起火事故的發生頻率；
2）商用鈉離子電池正極材料的熱穩定性遠高于鋰三元材料，更加安全；
3）鈉離子電池將集流體從銅箔換成鋁箔，正極可以放電至 0V而不會影響后續使用，使其在運輸和保存過程中更安全，降低了電池的儲運成本。
安全性測試: 放電至0%后，加熱狀態下鈉離子電池
針刺無明火出現 放熱量僅為磷酸鐵鋰電池的 1/15
資料來源：《From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries：Challenges and Opportunities》Faradion官網
3.低溫性能好 （-20 度容量保持 88%）；
4.倍率性能好 （10 分鐘沖入 80%）；
5.與鋰電類似，生產設備及工藝流程類似，產品可實現較快的產業化
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鈉離子電池市場及產業鏈
應用場景廣泛，預計 2025 年國內鈉離子電池潛在應用場景的需求量為 123GWh，以磷酸鐵鋰電池價格計量，對應 537 億元左右的市場空間：鈉離子電池在儲能、電動兩輪車與A00級別汽車領域有較好的應用前景。預計2025年國內儲能需求48GWh，兩輪車需求41GWh，A00 級別汽車需求34GWh。當前這三個場景主要應用磷酸鐵鋰電池，若鈉離子電池行業產業化順利推進，當產能達到GWh級別時，設備折舊費用攤薄，其材料成本低的優勢將顯現出來，有望在儲能、電動兩輪車、A00 級別汽車等領域對磷酸鐵鋰電池實現替代。
資料來源：中國自行車協會、 乘聯會、高工鋰電
儲能市場 ----------------
電化學儲能占比躍升，鋰離子電池占比超 90%。抽水儲能由于技術最成熟、存儲成本最低、最先實現商用，仍是全球迄今為止應用最廣泛的儲能方式。但隨著以風電和光伏為代表的新能源裝機量大幅提升，電化學儲能憑借其受地理位置影響小、建設周期短及成本持續下降等優勢，逐漸成為新增裝機主流。以中國為例，2018 年至 2021 年電化學儲能裝機占比從 3%躍升至 10%，其中鋰離子電池占據 90%以上的主導地位。
高性價比鈉電未來發展確定。與其他新型儲能方式，如飛輪儲能、釩電池液流儲能、超級電容儲能相比，鋰離子類電池儲能顯示出顯著的能量成本優勢，投資成本低，能量密度高，在功率規模、響應時間上無短板，可以廣泛的應用于電源、電網和用戶側。鋰離子電池在電化學儲能領域的領先優勢為相似模式的鈉離子電池的產業化發展亮起綠燈，性價比更高的鈉離子電池有望在電化學儲能領域昂首挺進。
2021 年全球儲能路線分布
資料來源：CNESA
中國電化學儲能占比躍升 中國鋰離子電池
為電化學儲能主流
資料來源：CNESA
動力領域 ----------------
以電動兩輪車和低速汽車為主：電動兩輪車與低速四輪汽車市場規模保持穩定增長。2020年國內電動兩輪車產量高達4834萬輛， 同比增長27.21%，其中超7成使用的是鉛酸電池，鉛酸電池的能量密度只有30-50Wh/kg，且循環次數僅有300-500次，但成本卻在0.3-0.5 元/Wh，鈉離子電池性能明顯強于鉛酸電池，未來替代空間較大。此外，GGII 數據顯示，2020年A00級電動車累計生產30.35萬輛，同比增長71.2%，占新能源乘用車的比例較 2019年17.3%提升至26.4%。
2015-2020 年中國電動 2020年A00級電動車
兩輪車產量及增速 在新能源乘用車的占比
資料來源：《電動兩輪車行業發展白皮書》
電動自行車新規落地加速“鉛酸替代” 需求，鋰離子電池已先入局。 新版《電動自行車安全技術規范》自2019年4月正式實施以來，規定電動自行車整車質量不超過55kg，超標車型或換成質量更輕的電池，或申請電動摩托車目錄成為機動車（消費者需要相關駕照并承擔相關上牌費用、保險費用等），為了保證續航里程只能使用同樣能量密度下更輕便的鋰離子電池，當前鋰電池兩輪車滲透率不斷上升，2020年已達到23.50%?？紤]到鈉離子電池較鉛酸電池同樣具備優勢，產業化后也將是“鉛酸替代”的有力競爭者。
2009-2020年中國 2016-2020年鋰電池
電動自行車保有量及增速 兩輪車產量及滲透率
資料來源：《電動兩輪車行業發展白皮書》
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行 業 主 要 參 與 者
全球近三十家企業開始布局鈉離子電池，儲能、電動車應用多點開花。除了 Faradion、Tiamat 和中科海鈉世界三大鈉離子電池生產廠商外，美國 Natron Energy、中國鈉創新能源等二十余家企業紛紛布局商業化鈉離子電池，并逐步拓展產業化應用，包括儲能電站、5G 基站、車用電池等。中國中科海鈉產業化應用走在世界前列，2021 年全球首套 1MWh 鈉離子電池儲能系統正式投運；2021 年底，中科海鈉宣布，將與三峽能源等合作，共同建設全球首條鈉離子電池規?；慨a線，屆時規?；c離子電池的成本優勢將得到首次驗證。
全球主要鈉離子電池生產企業布局
資料來源：公司官網
資料來源：公司公告
行業主要參與者-寧德時代、中科海鈉
資料來源：公司公告
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產 業 鏈 概 況
鈉電產業鏈布局承襲鋰電，利于產業化快速導入。我國鈉離子電池產業鏈還處于初級階段，產業布局尚不成熟。鈉離子電池產業鏈結構與鋰電類似，包括上游資源企業、中游電池材料及電芯企業。目前，鈉離子電池處于三路線同時發展階段。層狀金屬氧化物和聚陰離子化合物分別與三元電池和磷酸鐵鋰電池同體系，均有良好產業化轉換基礎，而普魯士藍類似物作為鈉離子電池特有體系，需要特定的研發基礎和產業化配套。除了正負極材料加工外，鈉離子電池在集流體鋁箔、電解液、隔膜、電池組裝等產業鏈均可直接使用現有鋰離子電池產業鏈，為鈉離子電池產業化提速創造了便利條件。
鈉離子電池產業鏈布局
資料來源：國泰君安證券研究
鈉離子電池產業鏈上游重點標的
資料來源：上市公司公開資料
鈉離子電池產業鏈中游重點標的
資料來源：GGII，Evtank，上市公司公開資料
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行 業 發 展 主 要 風 險
1.鈉離子電池規?；慨a有待提速。目前，由于鈉離子電池未開始量產，電芯材料成本較理論更高，仍在 0.4-0.5 元/Wh，同磷酸鐵鋰成本相當。加上折舊等制造成本，總成本超過 1 元/Wh，同鋰電池比尚不具備經濟性。待大規模量產后，材料成本如果控制在 0.2 元/Wh 左右，隨著制造成本被攤薄，鈉離子電池將具備顯著成本優勢。目前，全球第一條大規模量產線由中科海鈉建設，預計其中 1GWh 于 2022 年投產，降本效果尚待驗證，而其他廠家仍在試產中，不具備成本比較條件。此外，鈉離子電池原材料、正負極配套尚未進入規?；?，材料成本難以控制。隨著儲能需求提速，如果鈉離子電池降本進度不及預期，仍然難以打敗磷酸鐵鋰在電化學儲能中的首選地位。
鋰離子電池 30 年來降本迅速
資料來源：《Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline》
2.鋰離子電池的客戶鎖定效應。鋰離子電池商業化進程已經三十年，具備成熟且牢固的下游客戶。出于使用慣性與路徑依賴，下游廠商更易選擇成熟度較高的鋰離子電池。作為磷酸鐵鋰電池的替代品，鈉離子電池成本優勢是否具備足夠吸引力仍未可知。但由于下游客戶轉換成本與搜尋成本不高，一旦鋰價較高或大幅波動，磷酸鐵鋰的優勢地位并非牢不可破。
3.儲能空間廣，競爭對手眾多。儲能市場未來空間十分廣闊，鈉離子電池同樣面臨著多種儲能方式（氫燃料電池、釩電池、飛輪儲能等）的激烈競爭。除了控制成本外，鈉離子電池需要在一致性、安全性上精準控制，并積極拓寬自己在低溫區、高功率儲能等領域的應用，挖掘其不可替代性。
