DeepTech：2022年中国钠离子电池技术及应用发展研究报告（23页）.pdf

1、2021 年夏，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布最新报告，人类活动正在导致全球气温上升，未来 20 年，全球变暖将达到灾难性的程度，这给人们再次敲响气候变化的警钟。紧迫的全球气候危机使政策制定者、监管机构和投资者加大了对全球低碳能源体系的关注。储能作为链接上游低碳能源端和下游能源应用端的中间环节，其发展对低碳能源体系的建设有重要意义。人们从未停止寻找性能优良、能够大规模应用的储能方案 ，钠离子电池（Sodium-ion battery/Na-ion batteries -NIBs）便是最具潜力的选项之一。钠离子电池是一种依靠钠离子在正负极间移动来完成充放电工作的二次电池，与已被广

2、泛使用的锂离子电池的工作原理与结构相似。与受到资源限制的锂离子电池相比，钠离子电池原料来源广泛，性能优良，在动力电池和大规模储能等领域有广阔的应用前景，是实现“碳中和、碳达峰”目标的利器，因此近年来受到了政府、科研领域和投资者的青睐。本报告聚焦钠离子电池技术与应用，分析钠离子企业的技术路径，剖析各技术路线的优劣势与发展瓶颈，洞察钠离子电池技术在全球领域的商业化进展及产业化应用情况，详解未来产业发展仍有哪些困难及挑战亟待突破。此外，本报告厘清当前积极推进钠离子电池技术产业化的中坚力量，研判未来钠离子电池技术面临的风险与机遇。前言2钠离子电池：锂离子电池同胞兄弟，具备成本优势的新型储能方式钠离子电

3、池是一种依靠钠离子在正负极间移动来完成充放电工作的二次电池。其工作原理与锂离子电池相似，技术发展也曾与锂离子电池并驾齐驱。充电时，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反，与锂离子电池的工作原理相似。钠离子电池技术的研究可以追溯到 20 世纪 70 年代，甚至略早于锂离子电池，但由于 20 世纪 90 年代锂离子电池凭借更为优异的性能成功商业化，钠离子电池的发展一度陷入沉寂。2010 年以来，随着人类社会对储能设备的需求飞速增加，钠离子电池的优点凸显，再度走上舞台中央。成本优势使钠离子电池夺回关注焦点。工作原理的相似性让钠离子电池和锂离子电池具备很高的可比较性，近年来由于锂离子电池的

4、核心原材料碳酸锂价格飞涨，高昂的成本限制了其继续发展。相比之下钠元素来源广泛，价格低廉，钠离子电池性能较为优良，在交通领域和大规模储能领域表现出了强大的潜力。随着技术的发展，钠离子电池已逐步成为锂离子电池的优质替补和潜在竞争者。3图1丨钠离子电池工作原理（来源：Nuria Tapia-Ruiz et al 2021 J. Phys. Energy 3 031503）成本钠离子电池的突出优势与锂离子电池相比，钠离子电池的低成本优势如何体现？原材料方面，钠资源储量大且分布广泛。锂与钠同属元素周期表 I A 族碱金属元素，在物理与化学性质上较为相似，都可以作为二次电池的金属离子载体。近年来由于锂离子

5、电池需求量增加，锂资源储量较少导致供应不足，电池用碳酸锂价格从 2020 年中约 4 万元/吨涨至 2022 年 4 月约 50 万元/吨。相比之下钠元素在地壳中含量丰富，成本更低，价格受供需影响小，碳酸钠常年处于 3000 元/吨以内水平。钠离子电池正负极集流体材料可用铝箔，进一步扩大了钠离子电池低成本优势。由于铝制集流体在低电位下易于与锂发生合金化反应，锂离子电池负极处只能使用价格昂贵的铜箔作为集流体。而钠离子电池正负极集流体均可使用价格便宜的铝箔，这使得钠离子电池的成本优势更加明显。在以上因素的作用下，钠离子电池相较于锂离子电池有 30%-40% 的成本优势。4元素离子半径（pm）密度（

6、g/cm3）氧化还原电位（V）地壳丰度锂760.534-3.00.0065%钠1020.968-2.72.74%表1丨钠元素与锂元素部分参数对比（来源：DeepTech）图2丨钠离子电池与锂离子电池成本对比（来源：中科海钠官网）能量密度上逊色于锂离子电池，安全性等方面展现优势与其他电池相比，钠离子电池的性能如何？在能量密度方面，钠离子电池与磷酸铁锂电池有重叠区间，整体强于铅酸等电池。目前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。目前钠离子电池的能量密度相较于三元锂电的 200-350Wh/kg 有所逊色，但与磷酸铁锂电池的 150-210Wh/