鈉離子電池工作原理、發(fā)展背景、市場(chǎng)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及趨勢(shì)分析

碳中和目標(biāo)推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1..鈉離子電池工作原理

鈉離子電池是一種以鈉離子為電荷載體的充電電池，其工作原理及結(jié)構(gòu)與鋰離子電池相似，差別只在利用在 元素周期表同組、化學(xué)特性相近的鈉取代鋰。實(shí)際工作場(chǎng)景中，充電時(shí)，鈉離子（Na+）從正極材料脫出， 正極發(fā)生氧化反應(yīng)，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜擴(kuò)散到負(fù)極。在放電時(shí)，Na+從負(fù)極材料中脫出，外電路中電子也隨 之移動(dòng)來(lái)保持電荷平衡，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜嵌入到正極材料中。

2.鈉離子電池發(fā)展背景

從工業(yè)時(shí)代開(kāi)始，因人類活動(dòng)而造成的溫室氣體排放量持續(xù)增加對(duì)氣候產(chǎn)生了影響，氣候變化所帶來(lái)的極端 天氣等因素對(duì)人類的生存產(chǎn)生了極大的威脅。在此背景下，為抑制全球變暖，全球范圍內(nèi)“碳中和”概念被 提出，我國(guó)進(jìn)而提出“3060”碳中和目標(biāo)，使得新能源汽車、電化學(xué)儲(chǔ)能等新能源重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)得到了大力發(fā)展， 鋰電池亦在該過(guò)程中得到了成熟應(yīng)用。

在全球新能源汽車高速發(fā)展和儲(chǔ)能需求持續(xù)擴(kuò)增的背景下，鋰離子電池的生產(chǎn)制造規(guī)模顯著增長(zhǎng)。當(dāng) 前，根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）發(fā)布的數(shù)據(jù)，2023年全球鋰資源量約為1.05億噸,鋰儲(chǔ)量為2800 萬(wàn)噸，全球鋰礦（按鋰金屬量計(jì)）約為18萬(wàn)噸，結(jié)合LESC的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，未來(lái)鋰資源的供應(yīng)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn) 落后于新能源交通工具及電力基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)鋰資源產(chǎn)生的需求，鋰資源短缺的現(xiàn)狀將在中長(zhǎng)期時(shí)間段內(nèi) 對(duì)未來(lái)全球碳中和目前的推進(jìn)帶來(lái)不利影響。

在鋰資源短缺的背景下，由于鈉資源在全球范圍內(nèi)儲(chǔ)量豐富，因此鈉離子電池對(duì)鋰離子電池的替代逐 漸成為了新能源行業(yè)研究關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，由于鈉電池在低溫性能、耐過(guò)放電、安全性和環(huán)保性等方 面展現(xiàn)了其優(yōu)秀的性能提升潛力，因此被認(rèn)為是鋰離子電池的潛在替代產(chǎn)品之一，具有廣闊的應(yīng)用前 景。

3.鈉離子電池市場(chǎng)現(xiàn)狀

全球市場(chǎng)現(xiàn)狀：2023年市場(chǎng)規(guī)模超3億美元

當(dāng)前，鈉離子電池在全球范圍內(nèi)已實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模生產(chǎn)以及特定場(chǎng)景的示范應(yīng)用，2023年全球市場(chǎng)規(guī)模 達(dá)3.2億美元，預(yù)計(jì)到2030年將接近10億美元。其中，鈉硫電池由于具備高能量密度、長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)穩(wěn) 定性等特點(diǎn)，在電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能及短途交通運(yùn)輸領(lǐng)域率先對(duì)鋰離子電池形成了替代，并占據(jù)了全球鈉離子 電池市場(chǎng)的最主要收入份額，占比約為52%。

中國(guó)市場(chǎng)現(xiàn)狀：2023年鈉離子電池實(shí)際出貨量為0.7HWh

根據(jù)EVTank的數(shù)據(jù)顯示，2023年中國(guó)鈉離子電池實(shí)際出貨量為0.7GWh，尚未步入規(guī)模化發(fā)展階段。 結(jié)合中國(guó)主要電池平均價(jià)格的走勢(shì)來(lái)看，盡管鈉離子電池在潛在生產(chǎn)成本上有所優(yōu)勢(shì)，但規(guī)模化效應(yīng) 尚未形成等因素，導(dǎo)致鈉離子電池在銷售渠道中價(jià)格優(yōu)勢(shì)并不明顯，總體來(lái)看，我國(guó)鈉離子電池商業(yè) 化發(fā)展路徑亟待進(jìn)一步探索。

從國(guó)內(nèi)代表性廠商的產(chǎn)線布局情況來(lái)看，鈉離子電池產(chǎn)能建設(shè)逐步進(jìn)入爆發(fā)期，目前已有近20家企業(yè) 明確鈉離子電池產(chǎn)能規(guī)劃，部分企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)GWh級(jí)，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品下線，表明中國(guó)鈉離子電池產(chǎn) 業(yè)逐步進(jìn)入產(chǎn)品量產(chǎn)階段。

中國(guó)區(qū)域市場(chǎng)情況：江蘇省現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)模最大

從全國(guó)鈉電項(xiàng)目投產(chǎn)區(qū)域分布情況來(lái)看，截至2023年，江蘇省為我國(guó)現(xiàn)有產(chǎn)能規(guī)模最大的省份，產(chǎn)能 占據(jù)全國(guó)鈉電現(xiàn)有產(chǎn)能的45%。從2023年中國(guó)各省市鈉電項(xiàng)目投資情況來(lái)看，安徽省以超過(guò)350億元 的投資額位列首位，表明安徽省未來(lái)有望在鈉電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高速發(fā)展。

4.產(chǎn)業(yè)化發(fā)展挑戰(zhàn)

成本挑戰(zhàn)：當(dāng)前鈉電生產(chǎn)成本與理論成本仍存巨大差距

盡管鈉離子電池的原材料成本相對(duì)較低，但目前鈉離子電池理論成本優(yōu)勢(shì)尚未體現(xiàn)出來(lái)，出貨量及產(chǎn) 業(yè)化發(fā)展不及預(yù)期。當(dāng)電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格在20元/Wh以下時(shí)，鈉離子電池目前的平均生產(chǎn)成本仍在三 元鋰離子電池、磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池等競(jìng)品之上。

性能挑戰(zhàn)：能量密度等性能與鋰電池存在差距

鈉離子的離子半徑比鋰離子大，且鈉的相對(duì)質(zhì)量比鋰大，導(dǎo)致鈉離子電池在能量密度上存在天然劣勢(shì)。 意味著在相同體積或重量的情況下，鈉電池儲(chǔ)存的能量要比鋰電池少。對(duì)動(dòng)力領(lǐng)域而言，直接關(guān)系到 電動(dòng)車的續(xù)航里程；對(duì)于儲(chǔ)能領(lǐng)域而言，則關(guān)系到系統(tǒng)單位體積內(nèi)的儲(chǔ)能容量和效率。

配套挑戰(zhàn):產(chǎn)業(yè)鏈體系仍在逐步構(gòu)建中

目前，鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈體系建設(shè)仍在推進(jìn)中，面臨材料供應(yīng)不穩(wěn)定、缺乏標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備、缺乏適 配電子元器件、產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題，給鈉離子電池規(guī)?；a(chǎn)與應(yīng)用帶來(lái)更高的壁壘與挑戰(zhàn)。

應(yīng)用挑戰(zhàn)：競(jìng)爭(zhēng)地位被動(dòng)，市場(chǎng)化路徑亟待探索

鈉離子電池作為一種新興技術(shù)，在技術(shù)成熟度與市場(chǎng)認(rèn)可度方面均存在不足，這直接導(dǎo)致了其在市場(chǎng) 應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)地位。碳酸鋰價(jià)格回落時(shí)，企業(yè)和資本布局的熱情或?qū)⑾耍o鈉離子電池產(chǎn) 業(yè)化發(fā)展帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。

5.鈉離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

技術(shù)研發(fā)趨勢(shì)：致力于實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)性能與成本的均衡提升

根據(jù)碳酸鋰的歷史價(jià)格走勢(shì)，未來(lái)兩三年仍將是鋰價(jià)的低價(jià)周期，期間鈉離子電池難以取得成本優(yōu)勢(shì)。 然而，這也正是鈉離子電池練‘內(nèi)功’的發(fā)展窗口期。推動(dòng)低成本、高密度、長(zhǎng)壽命、高穩(wěn)定鈉離子電 池技術(shù)研發(fā)，必然是未來(lái)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的長(zhǎng)期攻關(guān)方向。

應(yīng)用場(chǎng)景趨勢(shì)：儲(chǔ)能電站領(lǐng)域鈉電項(xiàng)目已逐步落地

隨著中國(guó)鈉離子電池投產(chǎn)逐步上量，中國(guó)鈉離子電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目逐步落地，在儲(chǔ)能領(lǐng)域率先對(duì)鋰電 實(shí)現(xiàn)了替代，亦表明鈉離子電池儲(chǔ)能為當(dāng)前我國(guó)鈉離子電池應(yīng)用的核心領(lǐng)域。

鈉離子電池在-40℃至80℃之間可正常工作，具備良好的寬溫特性。在-20’C的溫度下，部分鈉離子電 池產(chǎn)品的容量保持率接近90%，而磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池僅能達(dá)到70%和 48%。基于鈉離子電池在 低溫環(huán)境下展現(xiàn)的卓越性能，使其有望成為推動(dòng)新能源交通工具在氣候寒冷地區(qū)進(jìn)一步應(yīng)用普及的關(guān) 鍵因素。

短期來(lái)看，鈉離子電池暫時(shí)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的顛覆性替代，更多的是在電網(wǎng)/家用儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心 UPS、專用/公共電動(dòng)汽車、中程家用電動(dòng)車等對(duì)能量密度要求較低的特定應(yīng)用場(chǎng)景的替代與補(bǔ)充，且 市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模的大小受碳酸鋰價(jià)格波動(dòng)的影響較大。遠(yuǎn)期來(lái)看，若鈉電技術(shù)研發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)性能與成本 的技術(shù)瓶頸攻關(guān)，甚至在固態(tài)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車，未來(lái)鈉電對(duì)鋰電的替代作用或?qū)⒃絹?lái)越強(qiáng)。