钠离子电池电化学性能稳定,安全性更佳。钠与锂同为第一主族元素,特点是一 价正离子稳定性较好,溶液电导率较高。对比而言,钠元素原子序数更高,原子 和离子半径更大,电负性与第一电离能更低,这使得钠离子稳定性更好,离子电 导率更高。钠离子的稳定性和高电导率还为钠离子电池带来了更好的快充、低温 运行性能。钠离子的摩尔离子电导率更高,使得充电效率更高;同时钠离子更高 的稳定性使得钠离子电池可以以更大功率进行充电,而不易导致电池损坏或安全 事故;另外,钠离子电池在运行时内电阻稍高,若遭遇短路,发热量更小,温升 更低,减少了事故发生率。钠离子的稳定性还使得钠更难以在低温下析出,使其 具备优于锂离子电池的低温安全性;据宁德时代钠离子电池发布会披露,在零下 二十度的高寒环境下,钠离子电池的放电保持率可以接近 90%,而据钜大锂电 描述,锂离子电池在零下二十度往往只能获得 70%~75%的放电。在高寒地区或 冬季使用钠离子电池可以保证电动车的速度、续航里程,也可以加强储能电 站对气温干扰的抵抗能力,提高其运行的稳定性。
钠电池在 A00 级及两轮车领域亦有看点
电动两轮车领域性能成本不输铅酸电池。传统电动两轮车市场主流电池为铅蓄 电池,近年来由于锂电池成本的下降,其渗透率正逐年上升。据艾瑞咨询统计, 两轮车用锂电渗透率已连续 5 年每年至少提高 2 个百分点,2021 年渗透率为23.4%。参考 EVTank 相关预测,在锂电渗透率持续增长的情况下,用于电动两 轮车的锂电规模将稳步上升;基于上文相关假设,我们预测 2025 年两轮车用锂 电总需求量将超 27GWh,其市场规模将接近 200 亿元。钠离子电池的出现使得 铅蓄电池的成本和锂离子电池的性能得以兼顾,未来有望成为电动两轮车市场主 流产品,催生百亿规模的钠离子电池市场。
A00 级纯电乘用车销量飙升,钠离子电池有望加速渗透这一重性价比领域。2018 年以来,新能源车基本占领了 A00 级乘用车市场,且 A00 级乘用车占新能源车 出货量的比例越来越高。WIND 数据显示,2021 年随着新能源乘用车销量强势 上涨,A00 级纯电乘用车销量也同步上涨,且其占纯电汽车销量的比例由 2019 年的 27%,2020 年的 33%再次上升,达到 36%,充分说明了 A00 级乘用车产 品在新能源汽车市场中的重要地位。由于 A00 级乘用车对动力要求较低,钠离 子电池完全可以满足,未来 A00 级纯电汽车中使用低成本钠离子电池的比例将 不断上升。2021 年 A00 级新能源车市场规模约 300-400 亿元,其中 A00 纯电 市场近 100 亿元,钠离子电池大有可为。(报告来源:未来智库)
钠电产业化提速,钠离子电池产品接连发布。目前我们统计到至少 9 家公司已经 研发出可用的钠离子电池产品,其中以中科海钠、宁德时代的技术为领先。据 超凡网统计,截止 2021 年 11 月已生效的钠离子电池,中科院物理所拥 有 67 个,中科海钠 18 个,宁德时代 32 个。按类型来看,重要的正极材料部 分专利数量最多为 79 个,其中中科院物理所与中科海钠偏重过渡金属氧化物, 共申请相关专利 25 个;宁德时代目前倾向于普鲁士蓝类似物路线,相关专利共 16 个,另有其他正极相关专利 9 个。
依托中科院物理所技术的中科海钠公司于 2017 年推出首款钠离子电池,该电池 以成本优势见长。一方面,通过铜基正极的研发,尽可能避免了过渡元素化合物 的使用,进一步降低了正极成本;另一方面,使用无烟煤裂解生产软碳负极,解 决了钠离子电池负极成本比例偏高的问题;同时,将负极集流体替换为铝箔,减 少了使用铜箔带来的成本。
宁德时代于 2021 年 7 月公布的第一代钠离子电池则使用了已知理论能量密度的锰基普鲁士白材料,实现了有效能量密度。宁德时代认为层状氧化 物和普鲁士白两种正极材料商业前景,正同步推进两条技术路径。其中以普 鲁士白为正极的第一代钠离子电池除比肩磷酸铁锂电池的质量能量密度外,还包 括以下优势性能。第一,电池具有优秀的低温放电保持率,即在-20℃的低温下 仍可保持 90%以上的放电率;第二,良好的快充性能,常温下 15 分钟可充电 80%;第三,较高的系统集成效率,系统集成率达 80%;第四,与锂电池的兼容 性,其提出的 AB 电池方案可以综合钠锂电池的优势,在低温等场景下提高钠离 子电芯的使用强度,在其余场景下提高锂离子电芯的使用强度,降低电池成本的 同时不影响电池整体性能。
上市公司积极布局钠离子电池,覆盖正极负极等多个生产环节。目前已有多家上 市公司存在钠离子电池产业链相关布局,包括电芯电池、正极材料、负极材料、 电解液、隔膜、补钠技术、电池生产设备等各个环节。电芯方面,三峡能源与中 科海钠合作已建成全球首条 1GWh 级规模化生产线;正极材料方面,振华新材 已具备层状氧化物材料千吨级生产能力;容百科技也已具备吨级生产能力,正与 下游客户继续合作开发。负极材料方面,杉杉股份的硬碳石墨复合材料已进入中 试阶段。