今天分享的是储能系列深度研究报告：《 钠离子电池行业系列报告 》。（报告出品方： 国泰君安）
锂资源依赖海外进口面临供应链风险，钠电有望成为锂电有效补充。2021 年下半年以来，新能源市场的快速兴起催生了碳酸锂价格的剧烈波动；中国锂资源储量仅占全球不到 7%，锂资源依赖进口的现实 情况给国内锂电供应链带来了安全风险隐患；客观上推动钠离子电池产业 链快速地发展。目前来看，当前钠离子电池的单位体积内的包含的能量和循环寿命虽不 及锂离子电池，但其较好的性价比、倍率性能、低温性能及更稳定 的电化学性能决定了其在储能、两轮车及 A0 级以下乘用车细分赛道 具备较好的比较优势，有望成为锂离子电池的有效补充和替代。
“NaPF6+碳酸酯+FEC”方案或率先产业化，溶质规模化量产推动实 现降本。目前来看，钠电电解液聚焦于 NaPF6 和 NaClO4 等溶质、酯 类和醚类等溶剂、VC 和 FEC 等添加剂的方案搭配及研发，钠电电解 液制作流程与工艺与锂电一脉相承，我们大家都认为，以整体性能好、技术门槛 与量产难度较小的 NaPF6 作为钠盐，以结构稳定、对钠盐溶解度较 高的碳酸酯类作为溶剂，以 FEC 等锂盐成熟添加剂作为添加剂的方 案适配当前对钠离子电池量产的急迫需求，同时，NaPF6 规模化量产 有望带动钠离子电池电解液成本的进一步降低。
静待下游客户验证，钠离子电池产业化东风已起。当前钠离子电池已 经从实验室走向商业化应用阶段，我们预计，2025 年国内钠离子电 池需求将达到 42.1 GWh，对应钠离子电池电解液需求 5.9 万吨。技 术布局领先的钠电企业和规模化生产经验比较丰富的传统锂电企业将率 先受益。完整版《钠离子电池行业系列报告》来源于公众号：百家全行业报告 研究报告内容节选如下
中国电动化竞争力引领全球，锂资源依赖进口面临供应链风险。根据 EV Sales 和中汽协数据，2023 年 H1 全球新能源汽车销量达 616.1 万辆，同 增 42%，渗透率为 15%；其中中国新能源汽车销量为 357.1 万辆，占全 球比例为 58%，同增 43%，渗透率为 28%。受益于中国市场汽车电动化 的快速推进，2023 年 H1 全球动力电池装机量为 304.3GWh，同增 50%； 其中，中国动力电池装机量为 152.1GWh，同增 38%，占比为 50%。中 国是世界最大的新能源汽车和动力电池消费国，但中国锂资源储量仅占 全球不到 7%，锂资源依赖进口的现实情况给国内锂电供应链带来了安全隐患。
宁德时代发布钠离子电池产品，加速钠离子电池大规模商业化进程。早 在 2011 年全球首家钠离子电池公司 Faradion 于英国成立，标志着钠离 子电池郑重进入产业化探索阶段。2018 年 6 月，国内首家钠离子电池企 业中科海钠推出了全球首辆钠离子电池(72 V，80 Ah)驱动的低速电动车，并于 2019 年 3 月全球首次将钠离子电池应用于 30 kW/100 kWh 储能电 站。2021 年 7 月，全球锂离子动力电池龙头宁德时代发布第一代钠离子 电池，电芯单体单位体积内的包含的能量可达到 160Wh/kg，常温下充电 15 分钟电量可 达 80%，同时在系统集成效率方面，也能够达到 80%以上，引起了产业 界广泛关注。2023 年 2 月 23 日，搭载中科海钠钠离子电池的思皓花仙 子电动车试验车亮相第二届全国钠电研讨会，其整车配电 25 kWh，续航 里程为 252 公里。2023 年 6 月，工信部发布第 372 批《道路机动车辆生 产企业及产品公告》，宁德时代配套奇瑞新能源的 QQ 冰淇淋和孚能科 技配套的江铃集团的玉兔皆搭载钠离子电池产品。钠离子电池有望迎来 新能源车端产业化应用。
钠离子电池与锂离子电池皆采用“摇椅式”充放电工作原理。摇椅式电 池即在一定的电势条件下，客体碱金属离子在宿主材料中可逆脱出和嵌 入，其中嵌入电势较高的作为正极，嵌入电势较低的作为负极，整个电 池的充放电循环过程就是碱金属离子在正负极之间的往返定向迁移过 程。钠离子电池的组成结构与锂离子电池完全相同，主要都包括正极、 负极、电解质、隔膜和集流体等。
钠离子电池有着非常明显的成本优势，将是锂离子电池的有效补充。钠的化学性质和锂接近，虽然相较于锂离子电池来说，钠荷质比、比容量、容 量密度低于锂，使得钠离子电池的单位体积内的包含的能量上限不及锂离子电池。但钠 离子电池有着非常明显成本优势，材料总成本比锂电池低 30%~40%：
（1）钠元素含量丰富。钠是地壳中含量较高的几种元素之一，比锂丰度 高 2-3 个数量级，同时，钠离子电池的主要活性材料碳酸钠价格仅在数 千元/吨，将有利于降低钠离子电池的成本；
（2）钠离子电池中正极材料几乎摆脱了丰度较低、价格昂贵的 Co、Ni 元素的依赖，且选择范围更广。目前已经公布了上百种钠离子电池正极 材料，常用的 Fe、Mn、Al 元素在地壳中储量丰富，每年矿产量可观， 其中潜力巨大的钠铜铁锰三元材料的成本仅为磷酸铁锂的 1/2 左右，使 得钠离子电池的成本具备显著竞争优势；
（3）钠电池在负极材料上也具备不同程度上的成本优势。如中科海钠以 煤基碳作为负极，无需负极石墨化环节，与传统锂离子电池石墨负极相 比，成本不到其 1/10。
（4）钠电池集流体可用廉价铝箔代替。由于钠离子和铝在低电位下不会 发生合金化反应，使得钠离子正极集流体可用更为廉价的铝箔替代传统 锂离子电池中昂贵的铜箔集流体，逐步降低电池成本；同时，铝金属 的密度低于铜，重量比铜箔低了 1/10，这利于单位体积内的包含的能量进一步提升。
钠离子电池性能与锂离子电池互补，有望在部分领域实现对磷酸铁锂等 锂离子电池的替代。当前钠离子电池的单位体积内的包含的能量和循环寿命虽不及锂离 子电池，但其较好的性价比、倍率性能、低温性能及更稳定的电化学 性能决定了其在储能、两轮车及 A0 级以下乘用车细分赛道具备较好的 比较优势
电解液作为电池材料中连通正负极的“高速公路”。电解液是任何电池 正常运作所必需的关键部分，在电池的正负极之间起着传导和输送电流 的作用，是衔接正负极材料的桥梁。而且，电解液在很大程度上决 定了 电池的工作机制，影响着电池的安全性、倍率充放电性能、比能量、循 环性能等。电解液主要由溶剂、溶质和添加剂构成，溶质作为锂离子的 提供者，对电解液的物化性质起决定性作用；溶剂是电解液的主要成分， 溶解金属盐并为金属离子提供载体；添加剂是改善电解液性能的“佐料”， 可以定向提供和改善电池的某项性能。
电解液性能由盐、溶剂以及使用的添加剂共同决定，除要求成本有竞争 力外，理想的电解液的要求大多分布在在以下：
（1）离子电导率，高离子电导率(10-3 S/cm)是实现快速离子传输和高倍 率性能的必要条件；
（2）耐热性，电解液的工作时候的温度范围（熔点、沸点）应足够宽，以避 免其连续分解；
（3）化学稳定性，包括溶剂、盐和添加剂在内的电解液活性物质在化学 上应该是惰性的；
（4）电化学稳定性，要有较宽的电化学窗口，以保证电解液在正负极间 不可能会发生明显的副反应，否则会产生严重的副反应，导致电池失效；
拥有大半径阴离子、阴阳离子间缔合作用弱的钠盐，能保证足够的钠盐 溶解度和离子传输性能。理想的电解质盐具有下述条件：（1）溶液的离 子电导率高；（2）电化学稳定性高，具有较宽的电化学窗口；（3）化 学稳定性高，不与溶剂、 电极材料发生反应，耐热性好；（4）使离 子在正负极材料中的嵌入量高和可逆性好等。钠离子电池采用钠盐作为 溶质，根据阴离子的不同，钠盐可分为含氟钠盐（NaPF6、NaOTF、NaFSI、 NaTFSI 等）、含硼钠盐（NaBF4、NaBOB、NaDFOB 等）以及其他钠盐 （NaClO4 等）。钠离子的斯托克斯半径和脱溶剂化能比锂离子更小，低 浓度的钠盐电解液具有较高的离子导电率。目前，钠离子电池电解液通 常采用 NaPF6 作为钠盐。
NaPF6 整体性能良好但对水敏感。六氟磷酸钠具有较高的电导率、良好 的离子迁移数、较强的电化学稳定性、抗氧化性。同时，其六氟磷酸阴 离子可分解形成 LiF/NaF、氟磷酸盐和氟化有机物等 SEI 组分，促进形 成适当的 SEI 膜，并可防止正极集流体在高电位下的腐蚀，有效钝化正 极铝箔，这使得 NaPF6 能与各种正负极材料匹配。但需要注意的是， NaPF6 对水很敏感，容易产生高度腐蚀性的氢氟酸（HF）与 SEI 膜的碱 性成分反应，产生有害气体来削弱刚性 SEI 膜。
NaCLO4 难于干燥且易制爆的特点限制了其应用。NaClO4 具备低成本、 高溶解度、在碳酸基溶剂中的高离子电导率以及可接受的负极稳定性。 然而，由于高氯酸盐是强氧化剂，容易与有机物质发生剧烈反应，NaClO4 的安全性问题一定程度限制其在钠离子电池中使用。
NaFSI 为目前发展前景较为明朗的新型钠盐之一。出于钠盐化学性质， 每种钠盐的应用各有优缺，新型电解质溶质钠盐仍在被不断探索。氟磺 酰亚胺钠（NaFSI）是目前发展前景较为明朗的新型钠盐之一，其粘度小， 动力学性能好，有利于提升钠离子电池能量密度，并且在大倍率充放电 工况下容量保持率更高，循环寿命更长。此外，制造 NaFSI 所需原材料 均来源广泛且价格低廉，并且氟元素用量会大幅降低，有望成为下一代 钠电池溶质，但其阴离子对铝箔集流体具有腐蚀作用。
优良的溶剂应具备高介电常数、低粘度、高化学稳定性、强安全性等特质。理想的电解液溶剂具有下述条件：（1）能够溶解足够浓度的钠盐， 即具有高的介电常数（ε）；（2）有利于钠离子的传输，即具有较低的 粘度（η）；（3）对电池的所有组成部分，尤其是在电池工作过程中， 对充电的阴极表面和阳极表面是惰性的；（4）在较宽的温度范围内，溶 剂都保持是液态的，即溶剂本身具有较高的沸点（Tb）和较低的熔点（T m）；（5）安全（具有高的闪点 Tf）、低毒，价格便宜。由于 Li+与 Na+ 离子尺寸不同，可能会有不同的离子溶剂化程度和离子传输效率。目前 来看，有机溶剂具有较高的介电常数、低粘度、确定的电压窗口以及稳 定的电化学性能，能够在电极表面形成稳定的钝化 SEI 膜，有助于钠盐 的解离和迁移，是适配应用于钠离子电池的主要溶剂材料。常见的可用 于电解液的有机溶剂主要分为碳酸酯类溶剂和有机醚类溶剂，一般的有 机溶剂电解液是 1mol∙L-1 钠盐/混合碳酸酯类（常用的是 EC、DMC 和 EMC 等）溶剂构成的体系。
碳酸酯类溶剂对钠盐的溶解性较好，作为电解液可提供良好的离子传输 能力，且结构较稳定，耐氧化，安全性高。碳酸酯是钠离子电池最常见 的酯类溶剂，按结构分为环状碳酸酯和链状碳酸酯，其中环状碳酸酯主 要分为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)，链状碳酸酯主要分为碳酸二 甲酯(DMC) 、碳酸二乙酯(DEC) 、碳酸甲乙酯（EMC）等。
环状碳酸酯介电常数高、离子电导率高，能够在负极表面形成稳定的 SEI 膜，但其粘度较大。环状碳酸酯具有电化学窗口宽、介电常数大、化学 稳定性高的优点，是钠离子电池中极具吸引力的有机溶剂。其中，EC 溶 剂还可以在碳类负极表面还原形成较稳定的钝化层，抑制溶剂在低电位 下的持续分解。但是，EC 溶剂的熔点较高(36.4 ℃)，室温下以固体形式 存在，富含 EC 的有机电解液的低温性能一般较差，因此需要与低粘度、 低熔点的溶剂混合使用。PC 溶剂具有低成本、温度窗口宽的优势。但 PC 溶剂在硬碳(HC)负极表面难以形成稳定的 SEI 膜，导致其持续与负极发生副反应，影响电池的循环寿命。
链状碳酸酯介电常数小，粘度比环状碳酸酯低，电化学稳定性更好，能 够提高电解液低温性能。其中，碳酸二甲酯（DMC）气味小，挥发性好， 熔、沸点范围窄，表面张力大，粘度低，介质介电常数小，溶解能力强， 可有效提升锂电池的电导率，此外还具备低温充放电性能佳、制作成本 低廉的优势。碳酸二乙酯（DEC）分子中含氧量高，黏度较低，化学稳 定性良好，有利于改善电解液的倍率性能和低温性能。碳酸乙基甲酯 （EMC）分子结构同时具有甲基和乙基两种官能团，具有 DMC 和 DEC 的性能，EMC 粘度系数 0.65、熔点-53℃，沸点 110℃，其粘度较低且液 态范围较宽，低温性能突出。
基于环状和链状两种材料属性，通常使用一种环状碳酸酯与一种或多种 链状碳酸酯的混合液构成良好的溶剂体系。DMC、DEC 等通常不单独 使用，常与 EC 或 PC 构成共溶剂体系，原因是 DMC 和 DEC 具有较 低的黏度和介电系数，单独作为溶剂会降低电解液的电导率。其中 EC 由于介电常数远大于 PC，具有良好的促进 SEI 膜的形成，成为环状碳 酸酯主选。目前常用的是 EC、DMC 和 EMC 的混合溶剂材料。
相较于在锂离子电池中很少被作为溶剂使用，近年来，醚类溶剂在钠离 子电池领域中因可形成更薄的 SEI 膜等优势得到应用。醚类溶剂主要是 DME（乙二醇二甲醚）和 DOL（二氧戊环）等，醚类电解液具有溶剂共 插层效应和 Na+的快速迁移等优势，相关学术研究表明使用醚基电解液 时，石墨负极提供了高的库伦效率和 100 mAh g- 1 的稳定容量，并且可 以循环 1000 圈，在室温下具有优异的电化学储钠性能。相比酯类溶剂， 在醚基溶剂中，钠离子的嵌入脱出可逆性强，所形成的 SEI 膜具备更致 密、更薄和更稳定的特点，显著缩短钠离子的扩散长度，提高钠离子传 输动力，同时可有效防止电解质在负极表面的额外分解，提升电池循环 寿命和容量保持率。但醚类溶剂由于其狭窄的电位窗口，不适合高电压 的电化学材料，且耐氧化性差容易生成过氧化物，安全性性能仍有待提 高。2.3. 添加剂
添加剂具有用量小、效果显著的特点，能在基本不提高生产成本和改变 生产工艺的情况下显著改善锂电池的各项性能。电池在循环过程中发生 一系列副反应会影响电池的循环稳定性，而循环稳定性与电池在充放电 循环的容量保持率直接相关。因此若要在多次充放电循环中保证较好的 容量保持率，需要通过加入添加剂等方式对电解液进行改进。电解液添 加剂种类众多，在电解液中质量占比小、单位价值高，能够定向优化电 解液各类性能，如电导率、阻燃性能、过充保护、倍率性能等。理想的 添加剂具有以下特征：（1）用量少，但能显著改善电池的某些性能；（2） 提高某一性能的同时不会导致其他性能的下降，不与电池的其他材料发 生副反应；（3）与溶剂有较好的相容性；（4）性价比高、安全、无毒 或低毒。根据添加剂的作用原理，可将添加剂分为固体电解质界面膜 （SEI 膜）成膜添加剂、阻燃添加剂、高低温添加剂、过充电保护添加 剂、控制电解液中水和 HF（氢氟酸）含量的添加剂等。
延续锂电添加剂思路，产品纯度要求高。在锂电领域，市场上常用电解 液添加剂如 VC、FEC 已经应用较为广泛，产品制取方法相对公开，但 是产品纯度要求高，因为微量的杂质成份都可能影响到电池的性能。针 对钠电池电解液添加剂，目前看 FEC 等材料仍具备良好的适配性。
2.4. “NaPF6+碳酸酯+FEC”方案或率先产业化，溶质规模化量 产有望推动降本
NaPF6 技术门槛和量产难度较小，有望率先作为钠离子电池电解质实现 产业化。六氟磷酸钠的生产工艺、设备和六氟磷酸锂基本一致，目前看 区别仅是其原料用钠盐替代了碳酸锂，其技术门槛和量产难度较小，重 置成本低。
碳酸酯类溶剂目前使用最为广泛，可较好适配钠离子电池体系。钠离子 电池的电解液溶剂主要包括酯类溶剂和醚类溶剂，碳酸酯类产品由于性 能和成本等综合优势凸显，是目前使用最为广泛的电解液溶剂，通常由 环状与直链碳酸酯混合构成良好的溶剂体系，目前使用量最多的钠离子 电池电解液溶剂是由 EC 和一种或几种线性碳酸酯混合而成的。
钠离子电池添加剂沿用锂离子电池体系。新型添加剂以及配方的研发是 一个不断试错的过程，从试验到制备合成环节都需要投入大量时间成本、 人力物力成本。就目前钠离子电池电解液所使用的添加剂，是参考并借 鉴了锂离子电池电解液添加剂相关的经验，目前看 FEC、VC 等材料仍 具备良好的适配性。
成本方面，溶质规模化量产有望带动钠离子电池电解液成本降低。根据 元素平衡测算，以六氟磷酸钠为例，钠离子电池溶质的单瓦时成本约为 0.007 元/wh，与碳酸锂在 5 万时的磷酸铁锂溶质单瓦时成本相当。目前 六氟磷酸钠尚未规模化量产，可以预见的是，钠离子电池溶质仍然较大 降本空间。
2023 年是钠离子电池产业化元年。钠离子电池已经从实验室走向商业化 应用阶段，依托于国内完备的电池产业链，国内钠离子电池产业链进入 加速推进期。如传艺科技、振华新材、容百科技、中伟股份等企业相继 披露钠离子电池进展并已经产生报表端小规模营收，中科海钠、宁德时 代等多家公司宣布钠离子电池产业链或将于 2023 年形成。
预计 2025 年钠离子电池电解液需求量将达到 5.9 万吨。在目前产业界钠 电研发及新能源汽车和储能行业快速推进的大背景下，钠离子电池良好 的性价比及更加稳定的电化学性能、快充及低温性能，有望率先在储能、 中低续航里程电动车、工程车、小动力等细分市场得到推广。我们预计， 2022 年底钠离子电池有望形成初步产业链，2023 年钠离子电池将开启 规模化应用，2025 年国内钠离子电池需求将达到 42.1 GWh，对应钠离 子电池电解液需求 5.9 万吨，溶质需求 0.7 万吨，溶剂需求 4.9 万吨，添 加剂需求 0.3 万吨。未来随着产业化进一步降本以及产品工艺迭代，钠 离子电池有望实现在更低瓦时成本单位体积内的包含的能量和循环性能与磷酸铁锂电 池相媲美。若参考我国新能源车的发展脉络，一旦新技术量产推向市场， 迭代及普及的速度往往有可能超出市场预期。
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