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钠离子电池行业研究报告

1.钠离子电池量产化在即

钠电池随着产业化加速，量产在即。1979年法国的Armand提出了

“摇椅式电池”的概念，开始钠离子电池的研究。随后Delmas和

Goodenough发现了层状氧化物材料可作为钠电池正极材料，Stevens

和Dahn发现硬碳材料作为负极有良好的钠离子嵌脱性能。2010年以来，

钠电池的研发进程加速。2011年中科院物理所研究员团队开始了钠离

子电池核心技术的研发，自此以后开发出低成本的电极材料。2017年

国内第一家专注于钠离子电池研发和生产的公司中科海钠成立。2021

年宁德时代成功举行了第一代钠离子电池线上发布会。2022年，中科

海纳和传艺科技均预计2023年量产其钠离子电池。

钠电池和锂电池均是摇椅式二次电池，是一种依靠离子在正负电极

之间往返嵌入和脱出的二次电池，其中正极和负极材料均允许钠离子

可逆地插入和脱出。在充电过程中，钠离子从正极脱嵌，经过电解质

嵌入负极，同时电子的补偿电荷经外电路供给到负极，使正负极发生

氧化还原反应，保证正负极电荷平衡；放电时则相反。

2.钠离子电池的构造决定其电化学性能

材料选择上，钠离子和锂离子存在较大差异，并间接导致成本差异

较大。正极方面，由于钠离子比锂离子半径大，导致其很难从层状正

负极材料嵌入/脱出，因此钠离子正极材料在能量密度上有所欠缺，同

时为了使钠离子更容易嵌入/脱出，相对应的正极材料选择也和锂离子

电池有所差别；负极方面，锂离子电池常用的石墨材料无法有效嵌

入钠离子，需要更换材料，目前常见的是各类硬碳材料；电解

液方面，钠离子摩尔电导率更高，使得钠离子电池所需电解液浓度较

低，对添加剂的要求也较低，从而带来电解液成本也较低。隔膜

方面，无较大差异；集流体方面，钠离子电池正负极集流体均

可以选用成本较低的铝箔，锂离子电池则需要正极集流体铝箔，负极

集流体铜箔。由于材料选择的差异，其成本也有较大差异。根据中科

海纳官网披露的数据，如果钠离子电池选用NaCuFeMnO/软碳体系，锂

离子电池选用磷酸铁锂/石墨体系，钠离子电池材料成本可降低30-40%。

2.1.钠离子电池正极材料重要性显著

正极材料的电化学特性影响了整个电池的电化学特性。正极材料的

理论能量密度就是电芯能量密度的上限，正极材料通过影响容纳钠离

子的能力和传输通道的通畅性来影响钠电池的功率密度。同时，正极

材料活性物质的损耗以及杂质成分会影响电池的寿命。目前，主流的

正极材料主要包括过渡金属氧化物材料、聚阴离子类材料、普鲁士蓝

类材料等。

2.1.1.层状金属氧化物技术较为成熟

过渡金属氧化物对储存条件要求较高，需要掺杂元素提升比容量。

过渡金属氧化物可分为层状和隧道状，用NaxMeO2表示，其中Me包括

Mn、Fe、Ni、Co等过渡金属元素，x为钠的化学计量数。金属氧化物

合成方便、结构简单，原料来源广，但是钠离子在参与嵌脱反应的过

程中由于离子半径较大，会引起氧层的滑移，造成材料结构不可逆的

改变，影响循环性能。而且，材料易与空气中的水分反应，对储存条

件要求较高。目前多使用元素掺杂诱导氧化还原反应来提高电池容量，

减少嵌脱反应中结构的改变程度，构造人工界面包覆稳定晶体结构并

提高电化学性能。

层状金属氧化物热量高，合成方便，但稳定性较低。自1980年以

来，锂离子层状氧化物一直是锂离子电池的主要正极材料，因而层状

金属氧化物也得到了大家的关注。层状金属氧化物可以根据钠离子和

氧形成的结构分为O型（八面体结构）和P型（三棱柱型）。其中常

见的O3型钠离子含量高，电池容量高；P2型钠离子之间的层间距较高，

传输速度和倍率性能较高。

隧道型氧化物稳定性更高，但可逆容量低，没有得到市场的关注度。

由于存在八面体结构，材料的结构更加稳定，循环性能更好。但是由

于材料中钠含量较低，可逆容量较低，市场关注度不高。

Faradion、中科海纳等公司使用层状金属氧化物为钠电池的正极材

料。其中英国Faradion公司采用Mn–Ni–Ti–Mg四元层状氧化物作

为正极材料，电池能量密度超过140