当下锂电池作为重要的储能电池，成为了新能源汽车、电子产品、无绳器材的储能单元。但由于锂储量有限，开采能力受限，中国锂矿资源缺乏且品相较差，日益增长的需求所造成的冲击成本使锂的价格屡创新高。在锂价高企的情况下储能电池是向氢能（H）过度还是向钠（Na）电演化？氢能在现阶段效率较低，产业化程度不高，安全性问题亟待解决。钠离子电池作为低成本、安全的储能单元若能解决效率问题、产业化问题，或将成为现有电池行业的重要补充。
核心关注点
成本·效率·安全·应用
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什么是钠离子电池
钠离子电池是一种二次电池（充电电池），利用不同材料的正负极参与氧化还原反应，钠离子电池主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作达到充放电，与锂离子电池工作原理相似。
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发 展 历 史
钠离子电池的研究可以追溯到20世纪70年代，与锂离子电池的研究齐头并进，主要原因是它们具有相近的原子结构和电化学特征。由于钠离子电池在能量密度和循环寿命方面的劣势及锂离子电池顺利商业化，在1990后的20年里几乎停滞发展，随着锂资源的稀缺和新能源产业的快速发展，钠离子电池开始受到产业和科研界重视。
资料来源：《钠离子电池正极材料研究进展》
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工 作 原 理
钠离子电池工作原理与锂离子电池“摇椅式”原理相同。利用钠离子（Na+）在正负极材料之间的可逆脱嵌实现充放电。充电时，Na+在电势差的驱动下从正极脱出，经过电解质传输嵌入负极，实现电量储存，放电过程正好相反。但相比于锂离子（0.76Å），钠离子的半径（1.02Å）更大，扩散动力学更迟缓，使之在能量密度和循环特性上具有本征劣势，本征劣势能否解决是决定钠电池商业化的重要因素。
工作原理 电池结构工艺
资料来源：中科海钠官网
资料来源：《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》
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各类电池对比及竞争优势
资料来源：中国科学院物理研究所、CNKI
/ 钠离子电池-竞争优势 /
1、 成本低 （原材料成本低-碳酸锂 45 万/吨，碳酸钠 4000 元/吨、集流体成本低-锂电池使用铜箔 8 万/吨，铝箔 3万/吨）
锂资源价格持续攀升，钠离子电池具备成本及供应优势：在全球能源结构转型背景下，日益增长的电动汽车市场和储能市场拉动锂电需求，叠加疫情因素，锂原材料价格持续上涨。截至 2022 年 2 月，主要原材料电池级碳酸锂盐价格突破 45 万元/吨，创历史新高。此外，锂元素的丰度很低，地壳丰度仅为 0.006%，且大多数集中在南美洲，分布不均引发能源安全焦虑。与之相比，钠离子电
电池级碳酸锂价格 锂资源全球分布
资料来源：wind
钠离子与锂离子 全球各国探明
地壳丰度比较 锂资源储量占比
资料来源：wind、《钠离子电池产业化需伺机而动》
钠电池成本
资料来源：中科海钠官网
2、安全性高 （安全性优于磷酸铁锂及三元锂）；
性能稳定，安全性较高：钠离子电池的安全性能比三元电池和磷酸铁锂电池更为优异，原因为：
1）钠离子电池内阻比锂离子电池更高，当电池短路时，放热功率低，瞬间发热少，温升低，减少了起火事故的发生频率；
2）商用钠离子电池正极材料的热稳定性远高于锂三元材料，更加安全；
3）钠离子电池将集流体从铜箔换成铝箔，正极可以放电至 0V而不会影响后续使用，使其在运输和保存过程中更安全，降低了电池的储运成本。
安全性测试: 放电至0%后，加热状态下钠离子电池
针刺无明火出现 放热量仅为磷酸铁锂电池的 1/15
资料来源：《From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries：Challenges and Opportunities》Faradion官网
3.低温性能好 （-20 度容量保持 88%）；
4.倍率性能好 （10 分钟冲入 80%）；
5.与锂电类似，生产设备及工艺流程类似，产品可实现较快的产业化
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钠离子电池市场及产业链
应用场景广泛，预计 2025 年国内钠离子电池潜在应用场景的需求量为 123GWh，以磷酸铁锂电池价格计量，对应 537 亿元左右的市场空间：钠离子电池在储能、电动两轮车与A00级别汽车领域有较好的应用前景。预计2025年国内储能需求48GWh，两轮车需求41GWh，A00 级别汽车需求34GWh。当前这三个场景主要应用磷酸铁锂电池，若钠离子电池行业产业化顺利推进，当产能达到GWh级别时，设备折旧费用摊薄，其材料成本低的优势将显现出来，有望在储能、电动两轮车、A00 级别汽车等领域对磷酸铁锂电池实现替代。
资料来源：中国自行车协会、 乘联会、高工锂电
储能市场 ----------------
电化学储能占比跃升，锂离子电池占比超 90%。抽水储能由于技术最成熟、存储成本最低、最先实现商用，仍是全球迄今为止应用最广泛的储能方式。但随着以风电和光伏为代表的新能源装机量大幅提升，电化学储能凭借其受地理位置影响小、建设周期短及成本持续下降等优势，逐渐成为新增装机主流。以中国为例，2018 年至 2021 年电化学储能装机占比从 3%跃升至 10%，其中锂离子电池占据 90%以上的主导地位。
高性价比钠电未来发展确定。与其他新型储能方式，如飞轮储能、钒电池液流储能、超级电容储能相比，锂离子类电池储能显示出显著的能量成本优势，投资成本低，能量密度高，在功率规模、响应时间上无短板，可以广泛的应用于电源、电网和用户侧。锂离子电池在电化学储能领域的领先优势为相似模式的钠离子电池的产业化发展亮起绿灯，性价比更高的钠离子电池有望在电化学储能领域昂首挺进。
2021 年全球储能路线分布
资料来源：CNESA
中国电化学储能占比跃升 中国锂离子电池
为电化学储能主流
资料来源：CNESA
动力领域 ----------------
以电动两轮车和低速汽车为主：电动两轮车与低速四轮汽车市场规模保持稳定增长。2020年国内电动两轮车产量高达4834万辆， 同比增长27.21%，其中超7成使用的是铅酸电池，铅酸电池的能量密度只有30-50Wh/kg，且循环次数仅有300-500次，但成本却在0.3-0.5 元/Wh，钠离子电池性能明显强于铅酸电池，未来替代空间较大。此外，GGII 数据显示，2020年A00级电动车累计生产30.35万辆，同比增长71.2%，占新能源乘用车的比例较 2019年17.3%提升至26.4%。
2015-2020 年中国电动 2020年A00级电动车
两轮车产量及增速 在新能源乘用车的占比
资料来源：《电动两轮车行业发展白皮书》
电动自行车新规落地加速“铅酸替代” 需求，锂离子电池已先入局。 新版《电动自行车安全技术规范》自2019年4月正式实施以来，规定电动自行车整车质量不超过55kg，超标车型或换成质量更轻的电池，或申请电动摩托车目录成为机动车（消费者需要相关驾照并承担相关上牌费用、保险费用等），为了保证续航里程只能使用同样能量密度下更轻便的锂离子电池，当前锂电池两轮车渗透率不断上升，2020年已达到23.50%。考虑到钠离子电池较铅酸电池同样具备优势，产业化后也将是“铅酸替代”的有力竞争者。
2009-2020年中国 2016-2020年锂电池
电动自行车保有量及增速 两轮车产量及渗透率
资料来源：《电动两轮车行业发展白皮书》
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行 业 主 要 参 与 者
全球近三十家企业开始布局钠离子电池，储能、电动车应用多点开花。除了 Faradion、Tiamat 和中科海钠世界三大钠离子电池生产厂商外，美国 Natron Energy、中国钠创新能源等二十余家企业纷纷布局商业化钠离子电池，并逐步拓展产业化应用，包括储能电站、5G 基站、车用电池等。中国中科海钠产业化应用走在世界前列，2021 年全球首套 1MWh 钠离子电池储能系统正式投运；2021 年底，中科海钠宣布，将与三峡能源等合作，共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线，届时规模化钠离子电池的成本优势将得到首次验证。
全球主要钠离子电池生产企业布局
资料来源：公司官网
资料来源：公司公告
行业主要参与者-宁德时代、中科海钠
资料来源：公司公告
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产 业 链 概 况
钠电产业链布局承袭锂电，利于产业化快速导入。我国钠离子电池产业链还处于初级阶段，产业布局尚不成熟。钠离子电池产业链结构与锂电类似，包括上游资源企业、中游电池材料及电芯企业。目前，钠离子电池处于三路线同时发展阶段。层状金属氧化物和聚阴离子化合物分别与三元电池和磷酸铁锂电池同体系，均有良好产业化转换基础，而普鲁士蓝类似物作为钠离子电池特有体系，需要特定的研发基础和产业化配套。除了正负极材料加工外，钠离子电池在集流体铝箔、电解液、隔膜、电池组装等产业链均可直接使用现有锂离子电池产业链，为钠离子电池产业化提速创造了便利条件。
钠离子电池产业链布局
资料来源：国泰君安证券研究
钠离子电池产业链上游重点标的
资料来源：上市公司公开资料
钠离子电池产业链中游重点标的
资料来源：GGII，Evtank，上市公司公开资料
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行 业 发 展 主 要 风 险
1.钠离子电池规模化量产有待提速。目前，由于钠离子电池未开始量产，电芯材料成本较理论更高，仍在 0.4-0.5 元/Wh，同磷酸铁锂成本相当。加上折旧等制造成本，总成本超过 1 元/Wh，同锂电池比尚不具备经济性。待大规模量产后，材料成本如果控制在 0.2 元/Wh 左右，随着制造成本被摊薄，钠离子电池将具备显著成本优势。目前，全球第一条大规模量产线由中科海钠建设，预计其中 1GWh 于 2022 年投产，降本效果尚待验证，而其他厂家仍在试产中，不具备成本比较条件。此外，钠离子电池原材料、正负极配套尚未进入规模化供应，材料成本难以控制。随着储能需求提速，如果钠离子电池降本进度不及预期，仍然难以打败磷酸铁锂在电化学储能中的首选地位。
锂离子电池 30 年来降本迅速
资料来源：《Re-examining rates of lithium-ion battery technology improvement and cost decline》
2.锂离子电池的客户锁定效应。锂离子电池商业化进程已经三十年，具备成熟且牢固的下游客户。出于使用惯性与路径依赖，下游厂商更易选择成熟度较高的锂离子电池。作为磷酸铁锂电池的替代品，钠离子电池成本优势是否具备足够吸引力仍未可知。但由于下游客户转换成本与搜寻成本不高，一旦锂价较高或大幅波动，磷酸铁锂的优势地位并非牢不可破。
3.储能空间广，竞争对手众多。储能市场未来空间十分广阔，钠离子电池同样面临着多种储能方式（氢燃料电池、钒电池、飞轮储能等）的激烈竞争。除了控制成本外，钠离子电池需要在一致性、安全性上精准控制，并积极拓宽自己在低温区、高功率储能等领域的应用，挖掘其不可替代性。
