【2024年储能行业】DeepTech：2022年中国钠离子电池技术及应用发展研究报告.pdf

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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，与已被广泛使

2、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池是

3、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核心

4、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。近年来由于锂离子电池需求

5、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（g/cm3

6、）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/kg 有重

7、叠范围。钠离子电池高低温性能更优秀。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 80 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。钠离子电池安全性更高。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。倍率性能好，在快充方面具备优势。钠离子电池具备更好的倍率性能，能够适应响应型储能和规模供电，这一特性使钠离子电池能够更好地胜任大规模储能方面的应用。5表2丨不同种类电池性能对比（来源：DeepTech）铅酸电池磷酸铁锂电

8、池三元锂电池钠离子电池能量密度30-50Wh/kg120-200Wh/kg200-350Wh/kg70-200Wh/kg循环寿命300-500 次3000 次以上3000 次以上3000 次以上平均电压2V3-4.5V3-4.5V2.8-3.5V安全性高较高较高高环保性差较优较优优高温性能差较差差优低温性能差差较差优下游应用储能、低速车储能、电动车储能、电动车低速车、储能低成本助力大规模使用，完善产业链形成优质发展土壤钠离子电池的商业化潜力体现在哪些方面？低成本优势使钠离子电池具备大规模产业化应用潜力。全球锂资源集中于南美洲和大洋洲，导致中国锂离子电池核心原材料碳酸锂对外依存度极高，近 80%

9、依赖进口。随着锂离子电池市场规模不断增长，中国本就匮乏的锂矿资源显得捉襟见肘，碳酸锂价格飞涨。钠元素在地球分布广泛，储量较高，原料获取容易，价格较低且受需求波动影响较小，可以满足大规模应用的需要。钠离子电池产业链基础完善，切换技术路线成本低。由于钠离子电池的工作原理和结构与锂离子电池极为相似，其制造工艺也与锂离子电池相近，锂电池相关生产企业生产钠离子电池无重置成本。中国完备的锂离子电池产业链为钠离子电池产业化提供了优良的土壤。6图3丨2019年5月-2022年5月电池用碳酸锂价格走势（元/吨）（数据来源：Choice）图4丨锂离子电池与钠离子电池产业链条相似（来源：DeepTech）0100,

10、000200,000300,000400,000500,000600,000钠离子电池应用领域：交通领域替补锂离子电池，替代铅酸电池钠离子电池可以应用在哪些领域？新能源汽车发展受成本限制，钠离子电池有望替补锂离子电池。随着全球减碳进程推进，新能源汽车替代燃油汽车是大势所趋。目前新能源汽车普遍使用锂离子电池，受锂矿供应影响，锂离子电池成本问题随着新能源汽车的普及愈发凸显。由于钠离子电池具有成本优势且性能较好，具有替补锂离子电池的潜力。但由于钠离子电池在比容量面略逊于锂离子电池，因此其主要针对能量密度要求不高的使用场景。铅酸电池性能低下且污染严重，钠离子电池有望在低速车等领域替代铅酸电池。由于铅酸

11、电池污染严重，性能不佳，根据工信部 2021 年修订的国家标准纯电动乘用车技术条件，已被禁止应用于微型低速纯电动乘用车，钠离子电池技术成熟后成本较低，且性能可以满足国家标准要求，是低速车动力电池的理想选择。同理，钠离子电池也具备潜力逐步在其他领域取代铅酸电池。在存量上，铅酸电池占全球可充电电池的 75%；在增量上，中国 2020 年铅酸电池产量 228GWh。钠离子电池技术成熟后可对铅酸电池实现替代，增长前景广阔。7图5丨二次电池市场份额，铅酸电池占比可观（来源：美国能源部ENERGY STORAGE GRAND CHALLENGE）钠离子电池应用领域：大规模储能在电源侧助力清洁能源开发，在负

12、荷侧提高电网运行经济性钠离子电池具有构建大规模储能系统的可能，有望提高清洁能源利用率。随着人类社会的发展、科学技术的进步，人们对能源的需求愈发强烈。中国作为全球最大的电力消费国，2019 年用电量达 7.2 万亿千瓦时，人均用电量突破 5000 千瓦时。从电能来源来看，目前中国主要依靠化石能源发电，但随着中国近年来“碳达峰、碳中和”战略的迅速推进，中国需要更多的使用太阳能、风能等清洁低碳的能源。而这些能源大多存在不确定性和间歇性等特点，受限于电网消纳能力，高比例间歇性可再生能源并网，不仅会对现有电网稳定性造成冲击，还可能导致弃风率、弃光率升高。由于性能和成本方面较为优秀，钠离子电池可以构建大规

13、模储能系统，在 AGC系统调度下接入清洁能源发电系统，既可以降低弃风率、弃光率，还能平抑能源波动，参与系统调峰调频，增强电网稳定性。在负荷侧，钠离子电池可以平滑负荷曲线，提高电网运行经济性。钠离子电池构建的大规模储能电站可以在负荷低谷时储电，在负荷高峰时供电，平滑负荷曲线，通过储能系统降低电费支出。同时，由于钠离子电池具备宽温区特性，能够适应不同纬度地区气候条件，可以提高储能电站的渗透率。8图6丨钠离子电池储能电站（图片来源：中科海钠官网）钠离子电池在新能源汽车动力电池和大规模储能领域的应用潜力使多个国家开始重视钠离子电池技术的发展。美国：美国能源部（DOE）于 2020 年底发布了一份储能大

14、挑战路线图（ENERGYSTORAGE GRAND CHALLENGE）报告，进一步提升了储能技术的战略地位。通过“三大课题”和“五大路径”推进美国在储能领域的发展。报告中肯定了钠离子电池在储能领域的应用潜力，并表明有多家隶属于 DOE 的研究机构正专注于钠离子电池的开发工作。欧洲：欧洲汽车和工业电池制造协会（EUROBAT）也在 2021 年发布了2030 电池创新线路图报告，将钠离子电池列入了“电池2030”未来重点发展的电池体系。路线图认为：铅系、锂系、镍系和钠系电池，不同种类的电池都有适合于特定应用的优点，没有一种电池或技术能满足全部应用要求，应当将聚焦于各种关键应用，结合各种电池的特

15、殊优点和关键应用的需求，对电池关键性能进行改进。多种电池技术共同发展，从而实现欧盟的脱碳目标。中国：中国于 2022 年 4 月由国家发改委和国家能源局联合印发了“十四五”新型储能发展实施方案，提出推动多元化技术开发，开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。科技部在“十四五”期间实施的“储能与智能电网技术”重点专项中，也将钠离子电池技术列为子任务，目标是进一步推动钠离子电池的规模化、低成本化，提升综合性能。钠离子电池战略地位凸显，多方势力先后布局9全球只有少数公司致力于钠电池的开发和产业化布局，如 Faradion（英国）、Tiamat（欧洲）、Altris AB

16、（欧洲）、宁德时代、中科海钠、众钠能源科技、钠创新能源、星空钠电、立方新能源等（中国）、Indi Energy（印度）、NatronEnergy、Aquion Energy（美国）以及日本松下、三菱等。其中欧洲因其锂、钴等重要锂电上游资源缺乏，相对重视钠离子电池的发展。全球部分钠离子电池企业图7丨全球部分钠离子电池企业（来源：DeepTech）钠离子电池首先要解决：能量密度、安全性和成本钠离子电池技术目前面临哪些挑战？能量密度是首要指标，提升依靠正极材料技术发展。相较于锂离子，钠离子质量和半径更大，离子扩散速率较低，反映在电池性能上为理论容量和反应动力学特征较为逊色，这些问题需要正极材料的突破

17、来改善。得益于锂离子电池成熟的技术与生产工艺，钠离子电池正极材料发展较为迅速。钠离子电池在安全性方面具备先天优势，进一步强化需要在电解质和负极材料入手。由于钠离子电池内阻较大，短路时瞬时放热量较锂离子电池少，温升较低，在安全性方面具备先天优势。但钠离子电池电解液易燃、负极处钠枝晶生长易导致短路等问题依旧存在，因此安全性的提高需要在负极材料、电解质环节入手。成本是钠离子电池的突出优势，但需要大规模商业化后才得以体现。目前磷酸铁锂电池产业链成熟，设备折旧等费用均已摊薄，行业平均成本约为 0.5元/Wh。目前钠离子电池由于产业尚不成熟，成本优势尚未完全体现。钠离子电池成本为推广期 0.5-0.7元/

18、Wh；发展期 0.3-0.5元/Wh；爆发期 0.3元/Wh。待钠离子电池产能达到GWh 水平时，各项费用摊薄，钠离子电池的成本优势将显现出来。为了高安全性和低成本，市场可能接受较低的能量密度。回顾电池发展历程，对能量密度的追求一直都是电池技术发展的重要驱动力。在此驱动下，使用三元正极材料的锂离子电池装机量自 2017 年开始超越使用磷酸铁锂的锂离子电池。但磷酸铁锂凭借着更低的成本和更高的安全性经过了时间的考验，在 2021 年装机量实现了对三元正极材料的反超。依此逻辑，钠离子电池前景依然可期。10正极材料决定能量密度，三大方向脱颖而出为突破技术瓶颈，钠离子电池正极材料有哪些发展路线？层状金属

19、氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物是钠离子电池正极材料的三种主要发展方向。正极材料是钠离子电池的关键材料之一，很大程度上影响着电池的能量密度和功率密度。目前钠离子电池正极材料主要有层状金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物三种。三种材料处于持续研发及产业化过程中，在比容量、循环等电化学性能上各有所长。（1）层状金属氧化物：具备高比容量优势，但循环性能有待提高层状金属氧化物正极材料，通式为 NaxTMO2(TM 指过渡金属，以资源较为丰富的锰和铁最为普遍)，该类正极材料由 Delmas 等人于1980年率先提出。按照钠离子配位环境不同可分为 P 型和 O 型；按照氧层的堆叠顺序不同进

20、一步分为 P2、P3、O3 等类型，其中以 O3 型和 P2 型为主。常见的钠离子电池层状金属氧化物正极材料如 P2-NaxMnO2以较高的可逆容量（200mAh/g）和较低的成本见长，但由于 Jahn-Teller 效应，结构稳定性差，导致循环性能不佳；-NaFeO2容量较低且同样存在循环稳定性差的问题。其他层状金属氧化物正极材料如NaxNiO2、NaxVO2同样受到人们关注，表现出一定的应用潜力。11图8丨层状氧化物结构示意图；(a)P2 型、(b)03 型、(c)P3 型（来源：CNKI）正极材料决定能量密度，三大方向脱颖而出发展趋势：改性可明显提升性能，阳离子取代最为常用。层状金属氧化

21、物钠离子电池比容量较高，但由于钠离子在脱嵌过程中，层状金属氧化物易发生结构变化或相转变，导致电池循环性能衰减。为此人们开发了多种改性手段。阳离子取代是最为常用的方法，通过掺杂 Mn、Fe、Ni 等电化学活性元素，依靠不同阳离子氧化还原电对的特性互补，提升材料的稳定性，从而提高循环性能，诞生了二元及多元金属基材料。在此基础上引入少量电化学惰性元素如 Li、Zn、Cu 等可进一步提高材料结构稳定性。（2）聚阴离子化合物正极材料：氧化还原电位高且稳定性好，但比容量较低聚阴离子化合物的组成可用通式 NaxMy(SOm)n-z（M为过渡金属离子；X为P、S、V等元素），是由钠、过渡金属以及阴离子构成，其

22、中过渡金属主要有铁、钒、钴等。由于聚阴离子对材料的氧化还原电对具有可调的诱导效应，易于成为高电位正极材料。另外由于聚阴离子化合物中阴离子结构单元通过强共价键形成三维网格结构，稳定性好，循环性能和安全性能良好。但这种结构也带来了比容量和导电性较差的问题。发展趋势：针对聚阴离子化合物正极材料比容量和导电性较差的问题，目前改性手段主要为碳材料包覆、氟化、掺杂、不同阴离子基团混搭等。12图9丨常见聚阴离子型化合物正极材料NaFePO4 的两种结构(a)olivine 相;(b)maricite 相（来源：CNKI）正极材料决定能量密度，三大方向脱颖而出（3）普鲁士蓝类化合物正极材料：比容量较高，循环性

23、能存在短板普鲁士蓝化合物的通式为 NaxMFe(CN)61-yyzH20（可简写为 MHCF 或PBAs），其中M代表铁、钴、镍、锰等过渡金属元素，代表 Fe(CN)6缺陷。普鲁士蓝类化合物的晶体结构是由过渡金属 M 及 Fe 元素分别与 CN-中的 N 和 C 相连而形成的独特三维开放框架结构。众多普鲁士蓝类材料中，以 FeHCF 和 MnHCF 由于成本低廉、原料丰富、理论容量高等优势最受关注。普鲁士蓝类化合物具备独特的开放框架和三维大孔道结构，适合钠离子的迁移和存储。普鲁士蓝类化合物的比容量较高，但以目前的共沉淀法制备工艺，在合成过程中，往往会产生许多结晶水与 Fe(CN)6结构缺陷。晶

24、格间隙的结晶水容易占据晶体中的储钠位点及钠离子脱嵌通道，降低材料中可以脱嵌的钠离子含量和钠离子的迁移速率。且Fe(CN)6结构缺陷与结晶水会在材料充放电过程中导致结构坍塌，影响材料的循环性能。发展趋势：目前主要通过优化合成工艺、离子掺杂和与其他材料复合使用以改善储钠性能。实现规模化制备前，仍需解决共沉淀制备法带来的结晶水和机构缺陷含量高、生产效率低下等问题。随着材料研究工艺的不断深入，MHCF 将有机会与层状金属氧化物、聚阴离子型化合物形成“三足鼎立”之势。13图10丨普鲁士蓝类化合物的 3 种晶体结构图；(a)Cubic、(b)Monoclinic、(c)Rhombohedral（来源：CN

25、KI）负极材料：无定型碳材料具备商业化潜力为突破技术瓶颈，钠离子电池负极材料有哪些发展路线？多种负极材料中无定形碳材料最具商业化潜力。由于钠离子的原子半径较大，钠离子无法在石墨负极材料处进行高效率的脱嵌，因此寻找合适的储钠负极材料至关重要。钠离子电池负极材料主要有无定型碳类（硬碳、软碳等）、合金类、过渡金属氧化物等。其中合金类容量较高但循环性能和倍率性能不佳；过渡金属氧化物容量较低；无定形碳可逆容量和循环性能优良，控制成本后有望实现商业化。无定形碳材料主要分为硬碳和软碳两种。（1）硬碳负极材料：来源广泛，可逆容量可观。硬碳是高分子聚合物、石油化工产品（如沥青类）或生物质材料（如植物残渣）碳化而

26、成，这些碳质材料即便加热到 2800 也难以石墨化，以这些材料作为前驱体进行热处理，即可获得硬碳负极材料。由于其结构高度无序且稳定，氧化还原电位较低，硬碳被认为是较为理想的钠离子电池负极材料。由于硬碳材料具有较大的层间距离和较多晶格缺陷，为钠离子提供了丰富的位点，在作为钠离子电池负极材料时表现出了较高的可逆容量。14图11丨硬碳材料储钠机理示意图；(a)“微孔吸附”机理、(b)“微晶插层”机理（来源：CNKI）负极材料：无定型碳材料具备商业化潜力趋势：对硬碳负极材料进行改性以提高首周库伦效率（ICE），并进一步提高比容量和循环性能。硬碳负极材料的首周库伦效率（ICE）偏低。对于全电池，储存在正

27、极和电解液中的钠离子是有限的，低库伦效率将严重影响电池容量。为解决这一问题，研究人员开发了包括材料结构调控、阳离子掺杂、调控含氧官能团等手段，改善了硬碳负极材料 ICE 的同时，其比容量和循环性能也得到了进一步提升。（2）软碳负极材料软碳是一种可以在 2800 下石墨化的非晶碳材料，也被称为石墨化碳。软碳材料中含有石墨微晶无规则堆垛架构而成的孔道结构，具备容纳钠离子的功能，因此可以作为钠离子电池负极材料。相比于硬碳材料，软碳材料具备更高的电子导电性和倍率性能，这得益于其富含的 sp2碳。趋势：通过异相原子掺杂、制备纳米结构等手段改性碳材料以改善软碳负极材料性能。由于软碳材料在高温下容易石墨化，

28、其层间距会随碳化温度升高而逐渐减小，令孔道结构塌陷而导致储钠性能明显。而碳化温度较低无法使其发挥电子导电性优势，且结构不稳定，不可逆容量大。为解决这些问题，研究人员开发出了多种改性手段，如通过制备纳米结构、设计多孔结构加快钠离子传输、掺杂异相原子以增加层间距，改善容量与导电率、预氧化策略抑制其石墨化等。15生产工艺的突破将扫清从实验室到商业化的障碍钠离子电池从实验室到市场还有多远？成熟的锂离子电池产业链已经为钠离子电池商业化准备好了土壤。钠离子电池与锂离子电池结构相似，均由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成，被称为四大主材。钠离子电池的模商业化需要四大主材的大规模生产支持。四大主材中，目前规

29、模化生产的隔膜孔径均远大于钠离子的溶剂化半径，满足钠离子电池的使用需求。钠离子电池使用的电解质盐一般为 NaPF6，其合成方法与目前已规模生产的 LiPF6基本相同，这降低了其规模化生产难度。钠离子电池使用的溶剂体系与锂离子电池相同。中国成熟的锂离子电池产业链为钠离子电池的商业化提供了许多便利，目前的难点集中在正极材料与负极材料。正极材料：层状金属氧化物和普鲁士蓝类化合物未来可期，生产工艺需要技术突破。钠离子电池正极材料的三大方向中，层状金属氧化物和普鲁士蓝类化合物以较高的比容量展现出了强大的应用潜力。生产工艺方面，大多数 O3 和 P2 相层状金属氧化物耐水性较差，易与空气中的水分子发生反应

30、，造成电池的损伤；目前普鲁士蓝类化合物通常使用共沉淀法制备，该工艺制备的产品结晶水含量较高，影响比容量和循环性能。这些问题对正极材料的生产工艺提出了更高的要求，生产工艺的技术突破将促进钠离子电池的商业化进程。负极材料：无定型碳材料展现应用潜力，成本仍有降低空间。无定形碳材料以其较低的成本和较高的综合性能成为最具应用潜力的钠离子电池负极材料。但尽管整体上钠离子电池相对于锂离子电池具备成本优势，但在负极材料方面无定型碳材料依然高于锂离子电池常用的石墨，这一情况在一定程度上限制了钠离子电池成本优势的发挥。随着生产工艺的发展和产业规模的扩大，无定型碳材料成本有下降空间，这将进一步加快钠离子电池的商业化

31、进程。16四十年技术积累，产业化只争朝夕钠离子电池在走向商业化的过程中经历了怎样的发展历程？钠离子电池的研究自从20 世纪 80 年代开始至今已有 40 多年，但受到企业关注是从近 10 年开始。Faradion 成立于 2011 年，是全球第一家非水系钠离子电池公司。中国钠离子电池公司中科海钠成立于 2017 年，虽然晚于其他国家，但是依托于中国科学院物理研究所，目前在技术开发和产品生产上都已初具规模。此外，以宁德时代为代表的电池巨头，近几年也已布局钠离子电池产业化。171980s钠离子电池研究开始金属层状氧化物正极材料发现2011英国 FARADION 公司成立系全球首家专注钠离子电池工程

32、化的企业中科海钠公司成立中国首家钠离子电池企业建成百吨级正负极材料中试线20172000硬碳负极材料发现钠离子电池研究迎来转机2015法国 NAIADES 项目组成立，同年成功开发出业界标准的 18650 规格钠离子电池2018中科海钠首辆钠离子电池低速电动车问世中国钠离子电池企业浙江钠创新能源公司成立2021中科海钠 1MWh 钠离子电池储能系统在太原投入运行宁德时代发布首代钠离子电池，并计划于 2023 年形成基本产业链2019中科海钠钠离子电池储能站钠创新能源先后建成正极材料和兆瓦级电池中试生产线图12丨钠离子电池行业主要事件节点（来源：公开信息整理）四十年技术积累，产业化只争朝夕传统企

33、业积极布局钠离子电池产业链。近年来钠离子电池初创企业不断崭露头角，面对钠离子电池发展浪潮，传统企业也不愿错失机会。近两年各类大型企业在钠离子电池产业链的布局陆续浮出水面。以宁德时代、容百科技为代表的锂离子电池产业链企业，由于钠离子电池生产工艺和锂离子电池高度相似，这些企业生产钠离子电池重置成本低。另一方面由于钠离子电池在储能方面具有巨大潜力，以三峡能源为代表的清洁能源企业在该领域进行布局，期待钠离子电池的发展为清洁能源的开发利用做出贡献。18表3丨在钠离子电池领域进行布局的部分企业（来源：公开信息）企业在钠离子电池领域的布局宁德时代2021 年 7 月发布了第一代钠离子电池，并计划于 2023

34、 年形成基本产业链容百科技积极开展钠离子电池锰铁普鲁士白及层状氧化物正极材料的技术迭代与产线建设，预计 2022 年实现吨级产出，2023 年规模达到百吨级三峡能源与中科海钠等合作建设全球首条钠离子电池规模化量产线，预计 2022 年正式投产华阳股份开工建设的电芯项目与钠离子电池正负极材料一期工程规模匹配，pack 电池生产线也按照材料一期规模建设，预计 2022 年 3 季度末投产鹏辉能源公司已制备出钠离子电池样品，采用阴离子聚合物正极与硬碳负极体系预计，2022 年 6 月进行中试翔丰华针对钠离子电池开发高性能硬碳负极材料，目前正在测试中浙江医药持有浙江钠创新能源有限公司 40%的股份华为

35、旗下哈勃投资公司持股北京中科海纳科技有限责任公司，持股比例为 13.3333%技术路线：层状金属氧化物与普鲁士蓝类材料广受青睐目前的钠离子电池企业如何选择技术路线？能量密度更受关注，成本影响企业选择。钠离子电池作为锂离子电池的低成本替代品，能量密度和成本成为了钠离子电池企业选择技术路线时的首要指标。层状金属氧化物和普鲁士蓝类化合物凭借着较大的比容量，被大多数钠离子电池企业选作正极材料，其产品在能量密度方面表现良好。负极材料和电解液体系方面，大多数钠离子电池企业出于成本考量，选用了技术较为成熟，成本较低的硬碳材料和有机电解液体系。19公司/组织国家材料体系性能（截至发文时最新公开数据，来源：官网

36、公开信息）FARADION英国层状金属氧化物/硬碳/有机电解液体系10Ah 软包电池能量密度可达155 Wh/kgNatron Energy美国普鲁士蓝类化合物/水系电解液体系水系电解液体系安全性高能量密度 50 Wh/kg超过 50,000 次循环寿命（2022年）NAIADES法国聚阴离子化合物/硬碳/有机电解液体系能量密度 90 Wh/kgAltris AB瑞典普鲁士蓝类化合物正极材料比容量 170 mAh/g中科海钠中国层状金属氧化物/硬碳/有机电解液体系能量密度145Wh/kg循环 4500 次后留存超 83%钠创新能源中国层状金属氧化物/硬碳/有机电解液体系能量密度 120 Wh/

37、kg循环寿命 1000 次宁德时代中国普鲁士蓝类化合物/硬碳/有机电解液体系能量密度 160 Wh/kg图13丨截至2021年，部分企业的钠离子电池当前性能，以及 Faradion 的钠离子电池未来两年目标（来源：Nuria Tapia-Ruiz et al 2021 J.Phys.Energy 3 031503）全球专利申请数量增长迅速，中国占比最高主要的研究机构与企业在钠离子电池技术方向持续布局。自 2012 年起钠离子电池专利申请量迅速增加，绝大多数申请来自中国。2010 年左右每年钠离子电池专利申请不足 10 件，2018 年当年申请超过 1000 件。总体上看，90%的专利申请由中国

38、申请人提出，这得益于中国的专利保护意识增强，对钠离子电池的创新能力不断提升。20图14丨全球钠离子电池专利申请量趋势，截至2022年6月9日（数据来源：智慧芽；横轴为专利数量、纵轴为申请人数量、检索词为钠离子电池）图17丨全球钠离子电池专利词云（数据来源：智慧芽）图15丨全球钠离子电池专利按公开年分布（数据来源：智慧芽）图16丨全球钠离子电池专利按当前申请人分布（数据来源：智慧芽）科研端研究逐年加速，为产业发展储备弹药。自 2013 年以来，科研界对钠离子电池的关注度与日俱增，每年以钠离子电池为核心研究主题的论文数量逐年攀升。2012年单年全球钠离子电池相关论文发表数量刚突破百篇，2021 年

39、这个数字已经接近2900 篇。学术界对钠离子电池的研究热度不仅带来技术研发突破，也培养了大量优秀的团队与人才，助力钠离子电池产业的商业化发展。根据 Web of Science 数据，这些研究成果背后的研究团队，主要来自以下十多个国家：中国、美国（近 10%）、韩国、澳大利亚、日本、德国、印度、新加坡、英国、西班牙、法国和加拿大；中国占比 70%，位列第一。产学研紧密合作，顶尖团队助力产业发展。通过近十年的积累，中国已经在钠离子电池领域培养出相当数量的优秀科研团队，其中部分团队已经打破了实验室和产业之间壁垒，开始以中试规模生产钠离子电池。050010001500200025003000图18丨

40、全球钠离子电池论文发表数量按出版年份分布（数据来源：Web of Science，检索关键词为Sodium-ion battery）289726002578224117291260903537研究热度逐年递增，产学研合力助推行业发展21研究机构团队孵化企业产业进展中科院物理所胡勇胜 团队中科海钠一期 1GWh 钠离子电池规模化量产线将于2022 年正式投产上海交通大学马紫峰 团队钠创新能源2021 年开始建设万吨级正极材料生产基地苏州大学等赵建庆 团队等众钠能源2022 年 3 月，百吨级正极材料线投产表4丨中国部分钠离子电池企业技术团队与产业进展（来源：DeepTech）科研侧持续布局钠离子

41、电池技术，部分科研团队研究成果进入产业化关键阶段近年来，锂资源稀少的储量和迅速增长的需求之间的矛盾凸显，碳酸锂价格久居高位，也为钠离子电池产业化创造了窗口期，研究团队产业化因此进入关键阶段。DeepTech 梳理当前中国（部分）聚焦钠离子电池研究的科研人才，以飨读者。（如果您的团队也在从事钠离子电池领域科研工作，欢迎与我们联系交流）22表5丨中国（部分）涉及钠离子电池技术科研团队及其研究方向，顺序不分先后（来源：DeepTech）人物所在单位研究方向陈立泉院士中科院物理所全固态锂电池、锂硫电池、室温钠离子电池等吴锋院士北京理工大学绿色能源材料、环境材料研究与应用、新型二次电池陈军院士南开大学化

42、学学院新型有机电极材料、高能量密度层状氧化物正极材料钱逸泰院士中国科学技术大学化学与材料科学学院新型纳米材料及复合纳米材料在新能源领域的应用欧阳明高 院士清华大学汽车安全与节能国家重点实验室动力电池热失控导致的安全问题胡勇胜 研究员中科院物理所钠离子电池材料与器件、纳米离子学（离子/电子在纳米尺度上的输运、存储与反应问题）赵君梅 研究员中国科学院过程工程研究所开发新型钠离子电池正极材料，开展结构调控和界面强化研究；钠离子电池正极低成本制备和放大，研发相应的电池器件杨全红教授天津大学化工学院碳基电池材料设计和构建策略（锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池）杨勇教授厦门大学发展高电压及多电子交换的正极

43、材料；发展功能电解液(含添加剂)调控电极的界面性能辛森 研究员中科院化学所高比能金属二次电池关键材料及组件的开发范修林教授浙江大学材料科学与工程学院主要从事二次电池（包括锂离子电池、钠离子电池、钾离子电池等）等能源存储器件的界面工程及相关电解液/电解质的设计研究姜银珠教授浙江大学材料科学与工程学院从事能源材料化学与新能源器件研究，重点关注薄膜电极的设计、制备和应用，涉及锂离子电池、钠离子电池、固态电池、锂空气电池等能源体系电极材料和能源器件的研发焦丽芳教授南开大学化学学院能源的高效储存与电催化转化：设计合成高性能锂/钠/钾离子电池关键电极材料，揭示新材料储能机制张凯 研究员南开大学化学学院锂/

44、钠二次电池中高比能电极材料设计、电化学反应机理解析以及新型电解液/固态电解质构筑等研究赵庆 研究员南开大学化学学院金属二次电池，在构建安全稳定的高能金属二次电池界面，固态电解质的界面优化，以及开发新型用于金属二次电池的正极材料夏永姚教授复旦大学化学系新型储能材料和储能技术的研究唐有根教授中南大学化学化工学院从事先进电池、新能源材料和应用电化学等方面的教学、科研和开发工作，相继开发出高镍三元锂离子电池正极材料、硅碳负极材料、水系锂离子电池等新产品赖延清教授中南大学冶金与环境学院开展材料电化学（锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、金属空气电池和固态电池等）的研究23About UsDeepTech

45、成立于 2016 年，是一家专注新兴科技的资源赋能与服务机构，以科学、技术、人才为核心，聚焦全球新兴科技要素的自由链接，为产业、政府、高校、科研院所、资本等科技生态的关键角色提供服务，通过科技数据与咨询、出版与影响力、科创资本实验室三大业务板块，推动科学与技术的创新进程。About the Report钠离子电池作为一种有商业化潜力的储能技术，对填补锂离子电池供给缺口、满足低碳能源储能需求具有重要意义。近年来钠离子电池技术已逐渐被大众关注，但距离其真正商业化还有一段距离。本报告从钠离子电池技术发展现状出发，分析技术路线与发展瓶颈，洞悉推动钠离子电池产业发展的生态力量，以期挖掘钠离子电池商业化的机遇。钠离子电池技术研究与产业应用离不开各方合力，我们希望这份报告得到政府、学者、产业人士、媒体及数百万人关心全球气候变化的人关注，进而推动钠离子电池产业发展，为推动储能技术发展、全球气候发展贡献一份力量。Please use the following to reference the report2022年钠离子电池技术及应用发展研究报告,2022.DeepTech 2022 Insights.China.DeepTech 2022DeepTech 2022