钠电池产业专题汇报分析.docx

钠电池产业专题汇报尽管锂离子电池在电动汽车和便携式电子设备等传统市场上表现出色，但由于其成本高且存在安全性低等问题，因此在大规模电网存储中的部署仍然面临阻力，而成本低、安全性更高的钠离子电池将成为有益补充因此，钠离子电池未来发展方向主要是针对一些大型储能装置，例如智能电网、电动车等，逐步实现对传统电池的取代一、 全球范围内，我国锂资源储量有限全球可用锂资源稀缺且分布不均，价格寡头垄断，易受地缘性影响一）全球可用锂资源不足锂是自然界密度最小的金属，具有极强的电化学活性，具有储能功能，其在地壳中含量仅约0．0065%，丰度居第二十七位，从资源总量来看其实并不稀缺，但受开采条件和提锂技术的影响，许多估算的资源量无法转化为储量，如全球已知最大的乌尤尼盐湖（Uyuni）锂矿床由于没有经济可行的锂盐提取方法，其中大量的锂资源量无法计入储量二）全球锂资源分布不均、寡头垄断全球锂资源分布高度集中，形成寡头垄断局面，2020年，73%锂资源分布在北美洲和南美洲，其他地区如大洋洲（8%）、亚洲（7%）、欧洲（7%）和非洲（5%）则分布较少二、 钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有优势钠离子电池与锂离子电池摇椅式工作原理类似，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。

近几年，钠离子电池开始逐步进入规模化试验示范阶段2018年6月，首辆钠离子电池低速电动车问世；2021年6月，中科海钠发布世界首个1MWh钠离子电池储能系统这意味着，继铅蓄电池、锂离子电池等电化学储能体系后，钠离子电池开始在储能领域崭露头角，有望推动新能源产业的进一步发展和变革钠离子电池在资源丰富度、成本等方面具有一定优势一是钠元素储备更丰富，钠是地壳中储量第六丰富的元素，地理分布均匀，成本低廉；而锂资源在地壳中储量仅为0．002%，不到钠的千分之一，且全球分布具有地域性二是钠离子化合物可获取性强，价格稳定且低廉此外，在低电压下铝不会和钠合金化，因此钠离子电池负极可使用铝集流体而不必像锂电池使用铜集流体，从而降低电池的成本和重量三是钠元素和锂元素有相似的物理化学特性及储存机制，钠离子电池有相对稳定的电化学性能和安全性另一方面，目前钠离子电池在产业化进程中尚存在能量密度较低、循环寿命较短、配套供应链与产业链不完善等问题，仍处于商业化探索和持续改进中预计未来随着产业投入的加大，技术走向成熟、产业链逐步完善，高性价比的钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域将具有良好发展前景。

三、 钠电池正极材料-聚阴离子化合物：成本低、循环好，有望应用于中远期储能市场聚阴离子化合物NaxMy（XaOb）zZw，（M为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni等中的一种或几种；X为S、P等；Z为F等），是由聚阴离子多面体和过渡金属离子多面体通过强共价键连接形成的具有三维网络结构的化合物，钠离子占据其中的通道位置目前一系列包括磷酸根和氟磷酸根在内的聚阴离子化合物在钠离子电池中得到了广泛的研究，也取得了许多显著和重要的进展然而聚阴离子化合物存在的一些瓶颈仍然限制了实际应用，例如有限的容量和低的电导率在研究工作中，特别关注该材料的设计，反应机理的表征以及电化学性能的改善策略聚阴离子的苦恼：含钒=成本高+有毒，降钒+降本是产业化的关键掣肘磷酸钒钠（Na3V2（PO4）3），因具有理论容量大、化学稳定性好、使用寿命长、天然丰度高等优点，受到广泛关注然而由于磷酸钒钠中含钒元素，也存在成本较高和具有毒性等问题（钒的价格相较于铁、锰等金属波动性较大，且相较于铁、锰等金属价格较高）四、 钠电池正极材料：多路线推进，层状氧化物有望率先落地作为优异的钠离子电池正极材料需要具备以下因素：（1）较高的容量和氧化还原电势；（2）对电解液适应性强；（3）较好的离子和电子电导率；（4）在空气中易于制备、保存、运输以及低的成本；（5）较好的循环性能和倍率性能。

目前，受到研究者广泛关注的钠离子电池正极材料主要包括层状金属氧化物、普鲁士蓝类化合物及聚阴离子型化合物每种类型的材料都存在着一些特征缺点，层状金属氧化物结构多变从而结构稳定性差;普鲁士蓝循环稳定性较差且材料高温易分解，存在潜在危险;聚阴离子型化合物容量较低，导电性也较差五、 锂钠同族，化学性质接近钠元素和锂元素为同主族元素，具有某些相似的化学性质钠离子电池的架构、封装工艺与锂电池高度相似，生产锂电池的工厂不必经过大的改动就能直接进行钠电池生产钠电池有望向上制衡锂电、向下蚕食铅酸钠电池一方面与铅酸电池相比，在循环、成本、能量密度等方面都具有较为明显的优势，有望向下蚕食铅酸市场；另一方面，因整体性能与锂电池接近、成本优势显著，有望向上制衡锂电池应用的垄断性液流电池应用局限性较大，难以作为锂电池的平替电化学储能技术主要分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池、液流电池和钠硫电池等类别自2022年6月29日国家能源局在《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）》中提出中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池之后，液流电池的关注度上升，但该类电池初始投资成本高、占地面积大，液流电池在动力电池和便携式储能领域应用价值较低，并不能够作为制衡锂电池的PlanB。

六、 钠电池负极材料-硬碳：生物质基是目前研究重点，秸秆、毛竹等有望批量应用生物质基硬碳：生物质由于来源广泛、价格低廉、绿色环保，而且其本身就具有丰富的杂原子和独特的微观结构，是另一种重要的硬碳前驱体常见的生物质包括木质纤维素类（乔木类、秸秆类、干质果壳类）和多糖淀粉类（种子类）等，椰子壳和秸秆则是其中较为典型的两种生物质材料椰子壳路线：其作为负极的钠离子电池性能理想，具有较高的可逆比容量及长循环寿命，可逆比容量为305mAh/g，首次库伦效率为79．3%，在0．1A/g的电流密度下循环130周后容量保持率为97．8%，且具有机械强度和振实密度高、孔隙结构发达、灰分含量低等特点，有望成为一种较为理想的钠离子电池负极材料秸秆路线：一方面其性能同样优秀，秸秆中含有大量的氧和微量的氮，富氧官能团可以产生更多的电化学活性位点，一定量的氮则可以增加碳材料的导电性，根据Qin等学者研究发现，玉米秸秆在0．25C电流密度下循环100次后，拥有277mA•h/g的比容量，在1C下循环20次后也拥有202mA•h/g的比容量，即使是在5C的高电流密度下循环2000次，仍拥有105mA•h/g的比容量，表明该材料具有非常出色的循环稳定性和优异的电子传输能力，在较长的充放电周期中仍能保持稳定的比容量。

另一方面秸秆产量可观，可避免露天燃烧处理而造成的资源浪费与环境污染生物质虽然是一种优质碳的来源，但各种生物质的结构不同导致衍生的硬碳的性能之间存在巨大差异；且存在大量无机杂质，需要进一步探索出绿色环保、工艺简单的杂质去除过程；此外，生物质容易受到季节和环境的制约，导致供应链稳定性较差七、 钠电中长期成本优势显著成本优势显著，钠在地壳中具有更高的丰度，约占地壳储量的2．64%，且广泛分布在世界各地，原料端碳酸钠提炼简单、价格远低于碳酸锂，碳酸钠常年处于3000元/吨以内水平，以2022年8月数据为例，两者价差约170倍再加之钠离子电池可以使用较为便宜的铝箔作为集流体材料，进一步节约成本八、 钠电池在低温、安全性方面具备优势钠电整体性能与锂电接近，能量密度稍逊，但低温、安全和倍率性能突出能量密度方面，在目前的技术条件下，钠离子电池的电芯能量密度约为70-200Wh/kg，高于铅酸电池的30-50Wh/kg，相较于三元锂电的200-350Wh/k有所逊色，但与磷酸铁锂电池的150-210Wh/kg有重叠范围，且尚有较大的技术进步空间低温表现方面，相比于锂离子电池-20℃到60℃的工作温度区间，钠离子电池可以在-40℃到50℃的温度区间正常工作，-20℃环境下容量保持率近90%，高低温性能更优秀。

安全性方面，得益于更高的内阻，钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少，热失控温度高于锂离子电池，具备更高的安全性在针对过充过放、针刺、挤压测试时，钠离子电池的安全性表现也让人满意倍率和快充性能方面，钠离子电池具备更好的倍率性能，适合在快充、响应型储能和规模供电等场景应用钠离子电池有望在储能、中低续航里程电动车、工程车、小动力等细分市场率先得到推广应用。