早在 1870 年，法国科幻小说《海底两万里》中就曾提出了钠离子电池的构想——鹦鹉螺号利用钠和汞制成的二次电池来提供动力，汞是不会损失的，而钠则可以从大海中源源不断提取。真实的生活中的大约一百年后，20 世纪 70 年代末，钠离子电池与锂离子电池先后开展研究。锂离子电池凭借其优异性能受到青睐，并在 1991 年成功实现了商业化，而钠离子电池的研究与产业化进展则一度处于缓慢甚至停滞状态。近几年来，钠离子电池逐渐重回大众视野，在中国，多份文件出台，行业标准得以制定，相关赛道掀起投资热潮。
与锂离子电池相同，钠离子电池也属于“摇椅式电池”的一种，即依靠钠离子在正负极之间往返迁移来实现电池的循环过程。主要构成同样包括正负极材料、隔膜、电解液、集流体等——隔膜将正负极隔绝开来防止短路，电解液浸润正负极以确保离子导通，集流体收集和传输电子。充电时，钠离子（Na +）从正极脱出，经过电解液穿过隔膜孔隙并嵌入负极；放电时，钠离子（Na +）从负极脱出，经过电解液穿过隔膜孔隙并嵌入正极；同时有相同数量的电子通过外电路传递，以维持电荷的平衡。
首先诞生的是高温钠电池。 1967 年，钠离子（Na +）在 Na-β-Al2O3 中的快速传导被发现；1968 年，美国 Ford 公司发明了高温钠硫电池，以单质硫为正极、金属钠为负极，以 Na-β-Al2O3为固体电解质，在300-350℃温度下工作。其后1986年，南非Coetzer将单质硫替换成NiCl2，发明了ZEBRA 电池（高温钠氯化镍电池），同样在 300-350℃高温下工作。 商业应用方面，钠硫电池早期曾被尝试用于驱动电动车，但最终因安全问题而被放弃。2003 年，日本 NGK 公司实现了高温钠硫电池的商业化。如今，全球运行着超200 座钠硫电池储能电站，据中关村储能产业技术联盟（CNESA）数据，截至 2021 年，全球已投运的新型储能项目累计装机 25.4GW，钠硫电池占据其中 2%，大约达到 0.508GW规模水平。ZEBRA 电池的大规模商业应用由瑞士 MES-DEA 公司推进，目前，全球主要的 ZEBRA 电池生产商有美国 GE 运输系统集团、欧洲 FZ SoNick SA 公司等。
中国在高温钠电池领域起步相对较晚，中国科学院上海硅酸盐研究所对有关技术的推进起到了及其重要的作用。应用方面，2014 年，中国钠硫电池模块产品交付上海电力，开展电站工程应用示范；2019 年，浙江安力能源开始钠氯化镍电池的商业化运营。 为避免概念的混淆，也为了更清楚地定义探讨的范围，我们将使用钠的电池（钠基电池）分为高温钠电池和常温钠离子电池两大类。二者都通过钠离子在正负极之间的往返运动来实现充放电。主要不同之处在于，高温钠电池采用金属钠作为负极材料，且工作时候的温度较高；而常温钠离子电池采用碳等其他材料作为负极材料，且工作温度为室温或较低温度。负极方面，以金属钠作为负极材料容易在负极侧析出钠枝晶而破坏隔膜，进而导致内部出现短路；此外金属钠熔点约为 97.7℃，反应活性高，容易产生安全隐患。工作温度方面，高温可以让固态电解质实现较高的离子电导率，但同时也产生了诸多问题，例如对电池封装材料和固态电解质的要求苛刻、维持高温状态导致电池能量转换效率降低等。因此，当前积极寻求可以在室温或较低温度下工作的钠离子电池。我们此篇报告所称、所讨论的钠离子电池也是指常温钠离子电池。
常温钠离子电池的发展则经历了从停滞到复兴的过程。 1979 年，法国 Armand 首次提出“摇椅式电池”的概念，开启了锂离子电池和钠离子电池的研究。1981 年，法国 Delmas 等首次报道 NaxCoO2 层状氧化物正极的电化学性能。其后，受到研究条件限制，以及缺乏合适的负极材料（石墨在碳酸酯类电解液中几乎没有储钠能力），研究重心主要保留在锂离子电池上，而钠离子电池的研发进展缓慢。2000 年，一种较高储钠比容量的硬碳负极材料被发现，为钠离子电池的研究带来了转折。目前，硬碳材料依旧是钠离子电池最有应用前景的负极材料。此外，层状氧化物、聚阴离子材料等领域也有所突破。
2010 年后，普鲁士白正极材料、铜基正极材料等被相继提出。2011 年，全球首家钠离子电池公司 Faradion 于英国成立。2015 年，法国开发出了世界上首颗 18650 钠离子电池，电芯能量密度 90Wh/kg，循环寿命超 2000 次。2017 年，中国首家钠离子电池公司中科海钠成立，并于 2018 年和 2019 年推出了全球首辆钠离子电池低速电动车（72 V·80 Ah）和首座 100kWh 钠离子电池储能电站，2021，中科海钠推出了全球首套 1MWh 钠离子电池光储充智能微网系统。可以说在 2010 年后，钠离子电池正式进入了复兴时期。背后的原因主要有两点：（1）锂电相关研究日趋成熟，大量研究转向了对钠电的探索；（2）动力和储能规模不断增长，带动大量市场需求，叠加对全球锂资源受到约束的担忧，亟需开拓锂电之外的电池体系。 目前，海内外有 60 多家企业致力于钠离子电池电芯或材料的研发与商业化，包括英国FARADION、美国 Natron Energy、法国 Tiamat、日本岸田化学、丰田、松下、三菱化学，以及中国的中科海钠、宁德时代、多氟多等。中国在钠电的产品研发制造、标准制定、市场应用推广等各方面工作全面展开，走在世界前列。
（1）钠资源储量丰富且分布均匀，成本低廉，是钠离子电池备受重视的关键因素。将钠资源与锂资源对比来看，钠元素地壳丰度为 23,000ppm（2.30%），而锂元素地壳丰度仅约为 17ppm（0.0017%），锂离子中常用的镍、钴在在地壳中储量也较低，约在90ppm （0.009%）、30ppm（0.003%）左右的水平。此外，锂资源在全球分布不均，有相当一部分集中在南美洲。根据美国地质调查局（USGS）2023 年 1 月发布的数据，全球锂资源量约 9,800 万吨，其中，中国锂资源量约 680 万吨，约占全球 7%，排名第六；全球锂资源储量约 2,600 万吨，其中，中国锂资源储量约 2,000 万吨，约占全球 8%，排名第四。资源价格来看，上海钢联数据显示，2022 年锂价上涨了 1 倍，碳酸锂最高达到59 万元/ 吨，氢氧化锂最高达到 58.4 万元/吨，成为锂电池发展的卡脖子资源，今年以来又大幅度下跌；相较之下，碳酸钠价格在 3,000 元/吨左右，成本低廉。在此背景下，发展无资源限制的钠离子电池符合资源安全的战略需求，也对新能源电池体系降本起到至关重要的作用。
（2）钠离子较重的质量和较大的离子半径导致钠离子电池的质量能量密度和体积能量密度都逊于锂离子电池。
（3）钠离子电池与锂离子电池工作原理相似，都属于“摇椅式电池”；制造工艺也相似，根据电池内部装配结构和封装方式同样可制成圆柱电池、方形电池或软包电池，生产工序同样主要包括电极制造（制浆、涂布、辊压、分切）、电芯装配（卷绕/叠片、装配、干燥、注液、封口）和化成分选（化成、分容、筛选）。因此，钠离子电池可兼容锂离子电池现有的生产设备，有助于加快钠离子电池产业化进程并控制成本。
（4）结构组成方面，由于钠与铝不形成合金，钠离子电池正负极集流体都可采用铝箔，而锂离子电池负极侧需要使用铜箔集流体，铝箔相比铜箔成本更低，不仅如此，还可以设计双极性电池进一步提高能量密度。石墨在锂离子电池中作为负极材料，具有优异的储锂能力，但由于热力学原因几乎不具备储钠能力，因此需要开发其他电极材料。
（5）钠离子的溶剂化能比锂离子更低，即更容易脱溶剂化，界面反应动力学更好。
（6）钠离子的斯托克斯直径比锂离子更小，低浓度的钠盐电解液具有较高的离子电导率，因此可以使用较低浓度的电解液。
（7）此外，钠离子电池高低温性能更优异；且在过充过放、短路、针刺等安全测试中均不爆炸不起火，即安全性能更好。
1、 在碳中和的大背景下，锂离子电池市场规模大幅扩张，但上游锂资源储量有限且分布不均，价格暴涨暴跌，给下游电池厂、整车厂带来巨大压力。相较之下，钠资源储量丰富且分布均匀，成本低廉，发展无资源限制的钠离子电池符合资源安全的战略需求，也能对新能源电池体系降本起到至关重要的作用。 一方面钠离子电池具有较低的理论成本，通过在部分领域替代锂离子电池可以降低电池使用成本；另一方面钠离子电池的发展也能够促使锂电价格回归合理区间，成为平衡和稳定锂资源价格的有力工具。2021 年以来锂离子电池原料价格的暴涨很大程度助推了钠离子电池的研发与产业化，锂价越高，钠离子电池价格和生存空间也越大；而当原料成本问题得到缓解，钠离子电池推广落地的急迫性或也将有所降低。我们认为，除了市场需求旺盛，当前电池化学体系过度单一也是锂盐价格暴涨暴跌的根源之一，因此即使短期不再承受原料成本高企的压力，钠离子电池技术的推进与发展依旧富有意义。
2、 钠基电池可以包括高温钠电池和常温钠离子电池两大类，二者都通过钠离子在正负极之间的往返运动来实现充放电。区别在于，高温钠电池采用金属钠作为负极材料，且工作温度比较高；常温钠离子电池采用碳等其他材料作为负极材料，且工作时候的温度为室温或较低温度。我们此篇报告所称、所讨论的钠离子电池是指常温钠离子电池。
3、 钠离子电池能量密度不高，但具有低成本、低温性能强、安全性能好等优势，因此在对动力性能要求不高的低速电动车领域、两轮电动车领域以及对成本更为敏感的储能领域具有较大潜力。
20 世纪 70 年代爆发两次石油危机，不仅对各国政治、经济格局产生深远影响，也推动了“能源转型”概念的兴起，寻找新型能源的重要性得到明显提升。正是在这一时期，锂电池相关基础研究进展迅速。 1970 年前后首次实现了锂一次电池的商品化，由美国航空航天局和日本松下公司共同研发，以氟化石墨为正极、以金属锂为负极。直到现今，一些锂一次电池仍在使用，例如心脏起搏器采用的锂碘电池等。 其后，研究者们尝试将金属锂电池二次化，使其实现可逆充电。1988 年，加拿大Moli Energy 公司推出了首款商业化的锂二次电池（Li/MoS2），但在一年后，该公司的电池产品出现起火爆炸事故而大范围紧急召回。事故原因是金属锂作为负极在循环中容易生成树枝状的锂枝晶，从而造成电池内部短路引发起火爆炸。由于金属锂负极的安全问题，金属锂二次电池的商业化进程逐渐终止，最终退出市场。
另一条技术路径——锂离子电池则逐渐成型。法国 Armand 提出摇椅式电池的概念，研究是否能够使用具有嵌入式储存锂机制的正负极构建一种新型的二次锂电池体系。摇椅式电池的逻辑下，找到合适的可用于锂嵌入和脱出的正负极材料就成为了关键的一步。1980 年，锂电之父 Goodenough 发现层状结构的钴酸锂（LiCoO2）具有更高的电压和化学稳定性，可替代不含锂的金属硫化物作为锂电池正极；1982 年，美国伊利诺伊理工大学证明石墨可以在聚合物电解质中可逆实现电化学储锂。1991 年，首批商业化的锂离子电池在索尼公司问世，采用的正是以钴酸锂为正极、以石墨为负极的材料体系。
我们梳理了锂离子发展历程中的诸多重大事件，可以看到，学术层面尤其是材料科学领域技术的突破、产业层面产品的研发和推出，以及市场需求的变化等都共同推进了锂离子电池的发展。技术突破方面，尖晶石状锰酸锂（LiMn2O4）、橄榄石状磷酸铁锂（LiFePO4）、富锂锰基材料（Li2MnO3·LiCoO2）、三元过渡金属镍钴锰复合氧化物（LiNi1-x-yCoyMnxO2）在 1983、1996、1997、1999 年相继被提出。站在如今的视角来看，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元锂构成了当今最广泛运用的电池材料体系框架。而三元材料中，NCM333、NCM523、NCM622、NCM811，以及更高镍的三元材料体系相继推出，通过调整成分比例参数优化性能。负极材料方面，钛酸锂、非晶态锡基材料、硅基负极等多种材料也先后问世，成为不同阶段材料体系研究和产业化的重点与热点。大量企业的加入推动了研发与生产，索尼、松下、特斯拉以及中国的比亚迪、宁德时代等都是锂离子电池市场重要的玩家，在其发展史上留下了浓墨重彩的一笔。与之相呼应，锂离子电池产品层出不穷，从圆柱 18650 到特斯拉 4680、比亚迪刀片电池、宁德时代麒麟电池等。同时还可以看到竞争产品的兴衰变迁——从铅酸电池、镍氢电池，到氢燃料电池；以及市场需求的变化趋势——从笔记本电脑、手机等 3C 产品到动力和储能领域。
应用场景来看，锂离子电池几乎占据了 3C 电子产品领域全面市场，在电动车应用领域也处于主导地位。近几年，电动交通不再局限于电动车，而是开始向系统能量MWh 级以上的电动船舶和电动轨道交通扩张，尽管在经济性上目前还没有优势，但在节能减排、能源转型方面有重要意义，因此已经出现部分商业示范。例如 2017 年 11 月 12 日，全球首艘 2000 吨级新能源纯电动船在广州广船国际龙穴造船基地吊装下水，安装有重达26 吨的超级电容+超大功率的锂电池，整船电池容量约为 2400kWh。储能方面，最为传统的抽水蓄能之外，新型储能占据较大份额，其中又以锂电储能为最。根据中关村储能产业技术联盟（CNESA）不完全统计，截至 2022 年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模 237.2GW，年增长率 15%。其中，新型储能累计装机规模达 45.7GW，年增长率80%。新型储能中，锂离子电池仍占据绝对主导地位，年增长率超过 85%，其在新型储能中的累计装机占比 94.4%，与 2021 年同期 90.9%相比上升 3.5 个百分点。 最后，锂离子电池技术快速发展叠加规模效应带动锂离子电池成本下降，据鹏辉能源等，50%成本下降来源于化学体系和材料的迭代，30%成本下降来源于规模效应。尽管2022 年由于原材料价格高企电池价格转为上升，但在较长的时间跨度来看依旧呈现下降的趋势。
如上所说，锂电池的发展历程经历了锂一次电池、锂二次电池、锂离子电池三个阶段。20 世纪 90 年代初期，索尼最早推出了锂离子电池产品，就此开启锂离子电池技术商业化应用。90 年代，笔记本电脑、手机等 3C 产品开始进入锂电时代；在苹果品牌发布后，手机行业跨入智能机时代，迎来爆发式发展，锂离子电池行业规模也随之水涨船高。21 世纪后开始出现使用锂离子电池的商用化电动车，中美欧等主要汽车市场的电动化转型更是为锂离子电池大规模商业化创造了可观的市场空间。在下游市场需求放量的过程中，锂离子电池材料与制造技术的革新带来的降本增效也是关键的一环，使之成为最适合商业化的技术。
我们将钠离子电池与锂离子电池进行类比，认为钠离子电池与早期锂离子电池有不少相似之处，也存在有明显差异。相类似地，钠基电池方面同样诞生出了金属钠电池、钠离子电池两种不同的技术方向；其中钠离子电池与锂离子电池结构相似、工作原理一致，都在关键材料的突破后得以问世。市场方面来看，如今政府出台多项储能与新型储能支持政策，储能市场需求快速爬升，这一情境与锂离子电池发展过程中 3C 电子产品、电动车和储能等下游市场高速发展也相类似。政策角度来看，电动车凭借电池能量密度受到补贴支持，带动了锂离子电池产业链快速发展，而如今钠离子电池在诸多政策文件中普遍被定位于“新型储能技术”，同样借力政策东风蓬勃发展。而最大的区别在于，在钠离子电池兴起的当今，锂离子电池以及其他技术早已发展得相对成熟，钠离子电池从科研到产品制造一定程度上都受到已经成型的锂离子产品的影响，布局钠离子电池的企业除了专注于钠离子电池的创新型企业（中科海钠、钠创新能源等）外，还有相当比重的传统锂离子电池企业（宁德时代等）。
近年来，全球主要市场国家都积极布局发展钠离子电池。从政策来看，主要是将钠离子电池定位为一种储能技术。 美国：2020 年，美国能源部（DOE）发布了《储能大挑战路线图》（Energy Storage Grand Challenge Roadmap），设定了“美国创新、美国制造和全球部署”三大战略目标，提出将在“技术开发、制造和供应链、技术转化、政策与评估、劳动力培养”等五大重点领域开展行动。并肯定了钠离子电池在储能领域的应用潜力，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：2021 年，欧洲汽车和工业电池制造协会（EUROBAT）也发布了《2030 电池创新线路图》（Battery Innovation Roadmap 2030），表示铅系、锂系、镍系和钠系四种电池各有优势，都有创新发展潜力，计划将加大创新投资。
中国：2021 年以来，《关于加快推动新型储能发展的指导意见》、《“十四五”可再生能源发展规划》、《“十四五”新型储能发展实施方案》等多份政策文件出台，明确到2025 年，新型储能将由商业化初期步入规模化发展阶段，装机规模达 30GW 以上，其中电化学储能系统成本降低 30%以上；到 2030 年实现新型储能全面市场化发展，基本满足构建新型电力系统需求。钠离子电池等新型储能技术被列入重点发展方向之一。此外，首批钠离子电池行业标准正加速制定，2022 年 7 月立项，10 月征求意见 1 稿公布，也预示着钠离子电池产业化的临近。 我们认为，欧美作为经济、科技较发达的两个重要市场，储能技术或电池技术在政策引导下发展趋势明确。但是欧美在锂离子电池产业优势不大，如今全球锂离子电池大部分产量来自中日韩，叠加欧美在其他路径如氢燃料电池、固态电池等研发投入较多，因此我们看好欧美地区储能市场的高速稳健发展，但认为其在钠离子电池这一项技术的投入或相对有限。中国方面，政策设定了明确的目标 2025 年新型储能装机规模 30GW 以上，同时，中国政策同样强调并坚持技术的多元化，这一点可以在支持电动车但未禁止燃油车有所体现。对比来看，我们认为在锂离子电池技术较为领先的中国更有望在钠离子电池的技术突破、市场占有等方面推进迅速。
正极材料： 钠离子电池正极材料主要有氧化物（层状氧化物和隧道型氧化物）、聚阴离子、普鲁士蓝、有机四大类。 各技术的特点与发展现状来看，层状氧化物结构与锂电三元正极材料类似，生产工艺也与之接近，制备简单，比容量和电压较高，但是大多层状材料容易吸水或与空气反应，因此在稳定性方面有所不足，此外通常含有铜或镍，因此一次成本偏高。目前来看，层状氧化物工艺较为成熟，是当前首选的量产方案，在电动两轮、四轮车和储能上的推进都较快。深耕层状氧化物路线的电池和材料企业包括中科海钠、华阳股份、亿纬锂能、孚能科技、多氟多、蜂巢能源、鹏辉能源、钠创新能源、容百科技、振华新材、传艺科技等。隧道型氧化物对空气和水的稳定性都较高，但是首周充电比容量较低，实际可用的比容量较小。目前隧道型氧化物主要还是处于学术研究阶段。
聚阴离子正极材料结构与磷酸铁锂的橄榄石结构类似，结构稳定性强，具备最长的理论寿命，倍率性能、循环性能都较好，量产难点在于导电率（电子电导率）较差；为提高导电性可以采取碳包覆和参杂手段，但又会导致体积能量密度降低。目前研究较多的材料方案包括磷酸铁钠、氟磷酸钒钠和磷酸钒钠，其中钒的成本较高且具有毒性。行业观点普遍认为，聚阴离子是钠离子电池应用于大型储能最具潜力的技术路径。布局该路线的企业包括鹏辉能源、众钠能源、珈钠能源、蜂巢能源、法国 Tiamat 等。 普鲁士蓝类材料的结构稳定性和倍率性能也较好，过渡金属可仅使用成本较低的铁或锰，但是工艺尚不成熟，存在结晶水难以除去（循环寿命较低）、过渡金属离子溶解等问题。此外，原料中包含等氰化物，有剧毒，我国对氰化物相关的生产和销售管制严格，国内具备氰化物生产资质企业有限。选择该路线的企业包括宁德时代、美联新材等。容百科技、格林美和长远锂科等公司对普鲁士蓝化合物亦有技术储备。有机类正极材料相对不够常见，比容量较高，但是电子电导率较差，且易溶解于有机电解液中。
负极材料： 从锂离子电池的发展历程来看，石墨负极的出现解决了金属锂作为负极产生枝晶导致的安全问题，对锂离子电池的商业化起到了重要的促进作用。相类似，金属钠作为负极同样容易析出钠枝晶而破坏隔膜、导致内部出现短路，且金属钠熔点约为 97.7℃，反应活性高，易产生安全风险隐患。而石墨在碳酸酯电解液中几乎没有储钠能力。因此，钠离子电池的产业化实现需要一个另外的负极材料，目前主要的负极材料方案包括碳基、钛基、有机类、合金等。 其中，无定形碳具有较高的储钠比容量、较低的储钠电位、优越的循环稳定性，是最具有发展潜力的负极选项。无定形碳的石墨化程度相对较低，依照石墨化难易程度又可分为软碳（易石墨化碳，在 2800℃以上可以石墨化的碳材料）和硬碳（难石墨化碳，在2800℃以上难以完全石墨化的碳材料）。其中，硬碳比容量较高，但成本较高，前驱体来源主要是生物质、淀粉、树脂等，产碳效率较低；布局企业包括贝特瑞、翔丰华、杉杉股份、璞泰来、佰思格、珈钠能源等。软碳比容量较低，成本较低，前驱体来源书要是煤、沥青、石油焦等石化工业副产品，产业链配套更为成熟，产碳效率 90%以上；布局软碳的企业主要是中科海钠。
另一个碳基材料方面的研究集中于纳米碳材料——石墨烯和碳纳米管。石墨烯具有平面结构，通过类似表面吸附的方式储存钠，但首周库仑效率低、反应电势高、成本高。碳纳米管通过钠离子在材料表面或缺陷处的吸附、杂原子结合等方式储钠，倍率性能较好，但首周库仑效率较低。由于以上问题，纳米碳目前还处于研究阶段，尚难以进入实际应用。 其他材料方面，钛基材料空气稳定性好，但电导率和比容量较低；有机化合物原材料来源广泛，成本低廉，对环境友好，但电子电导率较低，且易溶于电解液；合金类材料（主要指钠合金）有较高的理论比容量和较好的导电性，但循环稳定性明显不足。由于性能不足，这些材料还无法满足商业化要求，也处于研究阶段。
电解液： 钠离子电池电解液体系与锂离子电池类似，也由溶质、溶剂、添加剂三类组成。除了溶质须从锂盐替换为钠盐（六氟磷酸钠为首选）外，由于钠离子电池与锂离子电池工作机理类似、电解液体系相近，钠离子电池电解液的开发往往是在锂离子电池成熟体系的基础上进行调整。生产端同样，天赐材料、新宙邦、多氟多等锂离子电池电解液相关企业均对钠离子电池电解液有所布局，钠离子电池电解液的生产体系也可一定程度上沿用现有锂离子电池体系，实现部分产能共享。
隔膜： 锂离子电池所使用的隔膜材料基本都可移植到钠离子电池体系中去，主要是聚烯烃类的聚合物材料，包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、PP-PE-PP 复合膜等。相关企业包括恩捷股份、中材科技、星源材质、东风股份等。
集流体： 锂离子在低电位时容易与铝箔反应生成 Al-Li 合金，因此负极侧采用铜箔，而钠离子在负极不和铝反应，因此钠离子电池正负极极片均可采用铝箔。这进一步加大了钠离子电池的成本优势，以 3 月 24 日材料价格来看，铝箔（15μm）成本约 3.6 万元/吨，远低于铜箔（8μm）成本 9.3 万元/吨。主要厂商包括鼎胜新材和万顺新材等。
总结： 钠离子电池对比锂离子电池在结构上类似，在制造工艺方面存在部分技术壁垒。目前来看，正极材料中层状氧化物工艺成熟，是首选的量产方案，布局企业也最多；聚阴离子具备最长的理论寿命，发展潜力被看好，只要解决能量密度、材料成本等问题，有望开启高速发展；普鲁士蓝类材料是相对新型的正极材料方案，需要特定的产业化配套，需要突破循环寿命的限制，是目前三条路线中产业化进度最慢的一个。负极材料方面，硬碳比容量性能优越，但成本过高，是大多数企业布局的方向。其他环节如集流体铝箔、电解液、隔膜、电池封装等均可以复用锂离子电池的产业链，产业化基础相对较好。总体来看，多技术路线并存的局面或将长期存在，正如锂离子电池中三元与磷酸铁锂的并行发展。正负极有部分技术路径还存在性能方面的不足，其中负极材料性能提升是量产的关键一步。
不同电池技术之间存在竞争，因此我们就性能与成本将重点几类电池种类进行了对比。从已问世的产品来看，宁德时代 2021 年发布的第一代钠离子电池电芯单体能量密度160Wh/kg，常温下充电 15 分钟，电量可达 80%以上，在-20℃的低温环境中可拥有90%以上的放电保持率，系统集成效率可达 80%以上；其第二代钠离子电池电芯能量密度据称将突破 200Wh/kg。中科海钠 2023 年发布的三款钠离子电芯产品（NaCR32140-ME12 圆柱电芯、NaCP50160118-ME80 方形电芯及 NaCP73174207-ME240 方形电芯）能量密度分别为140Wh/kg、145Wh/kg、155Wh/kg，循环寿命均超过 2000 次。 性能综合对比来看，能量密度方面，钠离子电池能量密度在 100-160Wh/kg，高于铅酸电池的 30-50 Wh/kg，稍低于磷酸铁锂电池 120-190Wh/kg（但理论上能够齐平），明显低于三元锂电池 180-350Wh/kg；循环寿命方面，钠离子电池与磷酸铁锂电池优于其他选项；低温性能方面，钠离子电池使用温度拓宽至-40-80℃区间，适用于高寒应用场景，优于其他所有选项。
在成本方面，根据中科院物理所胡勇胜团队测算，铜铁锰层状氧化物、普鲁士白类、镍铁锰层状氧化物三类材料体系的钠离子电池 BOM 成本分别为 0.26 元/Wh、0.26 元/Wh和 0.31 元/Wh；推广期钠离子电池总成本预计 0.5-0.7 元/Wh，发展期总成本有望降到0.3-0.5 元/Wh，爆发期成本将大幅降低至 0.3 元/Wh 以下。另外，根据当前行业数据，用于小试和中试的钠离子电池成本大致在 0.8-1 元/Wh 水平。 对比铅酸电池，铅酸电池的原材、辅材成本较低，制造成本也偏低，行业普遍认为考虑了回收后的铅酸电池成本约 0.3 元/Wh，相对较有竞争力。但铅酸电池技术发展较为成熟，成本下降的空间也较为有限。且铅酸电池循环寿命较低、环境不友好，在使用中面临一些压力。根据对钠离子电池各性能的评判，可以预期未来钠离子电池单位比能量的成本、单次充放电循环的成本将与铅酸电池相当甚至更低，因此在低速电动车、储能等领域有望出现钠离子电池对铅酸电池的替代。
对比锂离子电池，当前锂价经历了几个月的下跌，碳酸锂月均价格（截至 4 月25 日）约为 19.6 万元/吨，氢氧化锂月均价格（截至 4 月 25 日）约为 27 万元/吨，对应磷酸铁锂电芯月均成本约为 0.4-0.5 元/Wh，三元锂电池电芯月均成本约为 0.5-0.7 元/Wh。我们假设锂价在 4 月 25 日价格基础上分别上涨和下跌 30%（其他原材料价格保持当前水平），推算得磷酸铁锂电芯成本位于 0.41-0.46 元/Wh 区间水平，5 系三元电芯成本位于0.54-0.6 元/Wh 区间水平，8 系三元电芯成本位于 0.61-0.69 元/Wh 区间水平。相较之下，当前实际钠离子电池成本（0.8-1 元/Wh）相对较高，较低的锂电成本可能在一定程度上减少行业对于推进钠离子电池技术的动力，但锂价波动大和锂资源限制的风险依旧促使行业积极推动钠离子电池的发展。 由于能量密度和安全性能的考虑，钠离子电池主要与磷酸铁锂形成竞争，因此我们对磷酸铁锂电池成本进行了额外的推演，并与预期中钠离子电池成本进行对比。当碳酸锂价格高于 32 万元/吨时，磷酸铁锂电芯成本将突破 0.5 元/Wh；而即使碳酸锂价格低至 5 万元/吨，叠加其他原材料成本和制造成本等部分后，磷酸铁锂电芯成本还是会达到约 0.37 元/Wh 的水平。按照预期，规模化生产后（发展期）的钠离子电池成本 0.3-0.5 元/Wh，将与磷酸铁锂成本区间可以有所重合，对比磷酸铁锂电池凸显明显的差异化还存在一定难度；而爆发期成本有望降至 0.3 元/Wh 以下，该阶段对比磷酸铁锂则能有产生明显的价格优势。
在这个成本对比的讨论中，我们可以对锂离子电池回收再利用抱持期待，目前，相关技术的投资与研发同样如火如荼，电池回收一方面增加了废旧电池回收成本和加工分离成本，另一方面减少了锂矿石开采成本和特定材料制造成本。我们预期，即使短期内电池回收难以对锂电池成本带来突破性影响，但在中长期来看，锂离子电池成本有望借助回收得以进一步下探。
储能： 储能是新型电力系统中重要的一环，是新能源消纳以及电网安全保障必要保障，在双碳、风光强制配储等政策推动下，储能需求呈现指数增长。据 CNESA 数据，2022 年全球和中国储能市场，抽水蓄能累计装机规模占比均首次低于 80%；而新型储能增长迅速，全球新型储能累计装机 45.7GW，同比增长 80%，新增装机 20.4GW，同比增长 100%。新型储能的增量贡献主要来自中国、欧洲和美国，三地合计占全球市场86%，其中中国36%、欧洲 26%、美国 24%。中国市场来看，新型储能累计装机 13.1GW，同比增长 138%，新增装机 7.3GW，同比增长 200%。 新型储能包括电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能、氢（氨）储能等。二次电池具有易模块化的特点，选址灵活，调节能力强，因此在储能领域优势逐渐凸显。锂离子电池技术成熟、产业链健全，在新型储能中占据主导地位，截至 2022 年底，中国与全球市场，锂离子电池累计装机规模都约占新型储能的 94%，2022 年中国锂离子电池新增装机规模更是高达中国新增新型储能的 97%。其他进入储能示范应用的电池主要还有铅酸电池、高温钠电池、钒液流电池等。具体来看，铅酸电池能量密度较低，约为 30-50Wh/kg；高温钠电池对工作时候的温度要求较高，为 300-350℃，且安全性方面存在不足；钒液流电池能量转换效率偏低，约 75%-82%。
进一步提升性能或降本的努力方向包括：发展多元化技术路线，实现更低成本的材料替代或提升电池寿命、高低温销量等性能。因此，钠离子电池凭借更低的理论成本、更优越的低温性能、循环寿命与安全性，很好地契合了储能领域对电池的重点要求，成为了储能行业期待放量的一条新兴技术路径。国家能源局在《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022 年版）（征求意见稿）》中提出, 中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池，也进一步支持钠离子电池成为储能电池的优选。 市场规模来看，彭博新能源财经（BNEF）曾在 2022 年预计，钠离子电池将从2025 年开始规模生产，并在 2030 年达到全球储能电池中 18%的份额，对应绝对数值 43GWh。2023 年 3 月，BNEF 上调了未来几年钠离子电池在储能电池中占比的预期，上调后2030 年的占比约 21%，我们计算对应绝对数值约在 50GWh 左右。
目前来看，钠离子电池在储能领域已有较为成功的示范运营，产业链布局也日趋完备。我们预期，在产品端快速突破材料性能和生产稳定性门槛，需求端激进采用钠离子电池替代锂离子电池或其他技术产品的乐观假设下，钠离子电池有望快速实现大规模商业化，在全球电化学储能中渗透率将在 2025 年达到 10%，对应需求量约 15GWh，到2030 年渗透率达到 35%，对应需求量约 150.5GWh。由于钠离子电池自身材料技术的研发存在不确定性，并考虑到锂价下跌会放缓钠离子电池产业化的速度，导致其大规模生产的时点延后，我们做出悲观预期，预计钠离子电池渗透率将在 2025 年达到 0.5%，对应需求量约 0.75GWh，到 2030 年渗透率达到 15%，对应需求量约 65GWh。
动力： 全球首辆钠离子电池驱动的低速电动车在 2018 年问世，由中科海钠推出，在物理所园区内示范演示。今年以来，钠离子电池在乘用车领域加速突破。2 月，中科海钠与江淮集团合作，在 A00 级短途车“思皓 EX10 花仙子”上首次实现了钠离子电池在样车上的装车，续航里程 252km，电池容量为 25kWh，电芯单位体积内的包含的能量 140Wh/kg，系统能量密度120Wh/kg，支持 3C 到 4C 的快充。对比锂离子电池版本车辆，续航 200-300km，电池容量 19.7-30.2kWh，仅“薰衣草”一款不支持快充。相较之下，钠离子电池虽未实现最好性能，但也已达到应用于小微型电动车的使用门槛。紧接着今年 4 月，江淮集团发布新品牌“钇为”与首款车型“钇为 3”，定位 A0 级市场，装配圆柱形钠离子电池。同月，宁德时代宣布公司钠离子电池产品将首装奇瑞新能源品牌 iCAR 的首款汽车，预计今年第四季度上市，将采用钠离子和锂离子电池混装方案，电池品牌名为“ENER-Q”，但真正上车时间和具体搭载车型尚未公布。此外，据称比亚迪钠离子电池也有望在下半年量产装车，或搭载“海鸥”车型。
我们认为，中国汽车市场电动化转型早、发展迅速，也是孵化钠离子电池等新兴技术的有利土壤。小微型车强调经济性，对价格敏感程度高，对电池的循环寿命、单位体积内的包含的能量要求不高，是钠离子电池另一个潜在的重点应用领域。我们认为钠离子电池有望最早在中国的电动车市场装机，因此我们对中国新能源乘用车市场销量、小微型车市场份额占比、小微型车单车带电量、钠离子电池在其中的渗透率分别做出预期，从而得出小微型车领域钠离子电池市场需求。
追溯过去 A00、A0 级电动车在中国新能源乘用车中占比，可以看到，在中国早期新能源汽车推广阶段，小微型车（A00+A0）占比一度高达 60%。随着相关技术和市场成熟度的提高，其他等级车型占比也逐渐抬高，这一点也可以在细分板块 A00 级车占比下降，A0 级车占比上升中有所体现。具体数据来看，A00 级电动车 2021 年销量超 90 万量，占比约 29%，2022 年销量约 139 万辆，占比约 21%，2023 年一季度销量 13 万辆，占比约9%；A0 级电动车 2021 年销量 30 万辆，占比约 9%，2022 年销量 90 万辆，占比约14%，2023 年一季度销量 30 万辆，占比约 20%。结合高竞争力的新车型产品层出不穷，我们认同市场结构从“哑铃型”向“纺锤型”的优化趋势，我们预计，2023 年小微型车在新能源乘用车市场的份额约 29%，并呈现逐年下行趋势，在 2030 年达到 20%左右的水平。单车带电量来看，通常，A00 级电动车单车带电量在 10-20kWh 左右，A0 级电动车单车带电量在 20-50kWh 左右，例如 A00 级的五菱宏光 MINI 电池容量有 9kWh/13.9kWh 等版本，A0 级的五菱缤果电池容量有 17.3kWh/31.9kWh 等版本，比亚迪海豚电池容量有30.7kWh/44.9kWh/58.6kWh/60.5kWh 等。我们预计，2023 年小微型车平均后的单车带电量约 22kWh，结合 A00 级车占比下降 A0 级车占比提升的趋势，小微型车单车带电量将呈现逐年上升的趋势，并在 2030 年达到约 34kWh 水平。在此基础上，我们可得出小微型电动车电池需求量 2023 年约为 54GWh，到 2025 年约为 83GWh，到 2030 年约为135GWh。
在宁德时代、中科海钠等多家企业钠电产品集中宣布装车的当下，我们对电动车领域钠离子电池市场需求同样做了乐观和悲观两种预期。乐观预期下，钠离子电池渗透率到2025 年达到 5%，对应市场需求约 4.16GWh，到 2030 年渗透率大幅提升至 35%，对应市场需求约 47GWh。悲观预期则着重考虑了锂离子电池价格低位导致钠离子电池价格优势减弱，以及钠离子电池实际性能不若理论的可能性，钠离子电池在极度内卷的电动车市场环境中可能竞争力受限。这种情况下，预期钠离子电池到 2025 年渗透率约0.5%，对应市场需求约 0.42GWh，到 2030 年渗透率约 10%，对应市场需求约 13.5GWh。
小动力： 两轮电动车领域主要涵盖了电动自行车、电动轻便摩托车、电动摩托车三类交通工具，其 2000 年之前作为全新的技术概念进入市场，经历“禁摩令”政策、非典疫情等阶段，后迅速成为中国保有量最多的出行方式。2022 年，中国社会汽车保有量 3.19 亿辆，新能源汽车保有量 1,310 万辆，摩托车保有量 8,072 万辆，两轮电动车保有量约 3.5 亿辆。
动力方式来看，据艾瑞咨询，铅酸电池占据了约 70%的市场份额；在锂电成本、锂电安全技术研发门槛高于铅酸电池等背景下，两轮电动车的锂电化过程虽在推进，但速度较为缓慢。今年以来，星恒电源发布其第一代钠离子电池“超钠 F1”，雅迪与华宇新能源发布华宇第一代钠离子电池“极钠 1 号”及其配套整车“雅迪极钠 S9”——多家公司积极布局钠离子电池，钠离子电池有望在今年下半年开始投入市场使用，并在未来几年迎来爆发式增长。星恒电源曾给出预期，到 2025 年，钠电池在两轮电动车领域渗透率有望达到 20%到 40%。
我们认为，两轮电动车由于结构简单、对电池容量要求较低、对成本较敏感，因此是电动化发生得较早的领域。钠离子电池单位体积内的包含的能量、循环寿命、低温放电性能等方面均优于铅酸电池，规模量产后的成本有望低于磷酸铁锂电池、与铅酸电池相当，在两轮电动车领域应用潜力较大。我们预计钠离子电池同样将在两轮电动车领域最快渗透。乐观预期下，钠离子电池渗透率到 2025 年将达到 35%，对应需求量 23.7GWh，到 2030 年有望达到 60%，对应需求量 40.6GWh。悲观预期下，钠离子电池渗透率到 2025 年将达到15%，对应需求量 10GWh，到 2030 年有望达到 40%，对应需求量 27GWh。
我们通过将钠离子电池与锂离子电池发展历程进行类比、与各应用领域其他电池技术进行对比，梳理了钠离子电池的发展现状，并对其未来的发展空间进行预测。
现阶段的钠离子电池可类比锂离子电池发展历程中的早期阶段，钠离子电池材料和电池制造企业多数正处于从中试迈向量产的过程中。预计 2023 年钠离子电池有望实现初步产业化，即实现从 0 到 1 的突破；随着下游市场规模爬升和对钠离子电池产品的批量认证，2024 年有望实现钠离子电池产业化规模的快速扩张，即实现从 1 到 10 的成长。技术方面，钠离子电池与锂离子电池结构相似、工作原理一致，都在关键材料的突破后得以问世。当前钠离子电池存在量产瓶颈，一方面在于技术路线多元化，尚未确定最终的解决方案，性能与成本都有待提高，另一方面在于大规模量产需要较高的稳定性和一致性，尤其是负极材料在这方面有待提高。具体来看，正极材料方面，多技术路线并存的局面或长期存在，层状氧化物工艺较为成熟，是首选的量产方案；聚阴离子单位体积内的包含的能量不足，但具备最长的理论寿命，发展潜力被看好；普鲁士蓝类材料是相对新型的正极材料方案，需要特定的产业化配套，需要突破循环寿命等性能的限制，产业化进度最慢。负极材料方面，硬碳比容量性能优越，但成本过高；软碳比容量较低，成本较低；硬碳路线目前较为主流。其他环节如集流体铝箔、电解液、隔膜、电池封装等均可以复用锂离子电池的产业链，产业化基础相对较好。
市场方面，新型储能增长势头强劲，钠离子电池作为一项新型储能技术，有望借力新兴应用领域实现高速发展，就如锂离子电池技术与 3C 电子产品、电动车和储能等下游市场互相成就。而在钠离子电池兴起的当今，锂离子电池已发展成熟，因此钠离子电池从技术研究到产品研发或多或少都受到了已经成型的锂离子产品的影响，最明显的就如锂资源价格对钠离子电池产业化推进程度的影响。 不同应用领域来看，储能行业对成本敏感，对安全性要求高，且大规模储能对体积能量密度或质量能量密度要求不高，钠离子电池对比磷酸铁锂电池理论上成本更低、循环寿命和安全性更好，各种性能可以很好地与上述要求相匹配，因此钠离子电池有望在储能领域成为磷酸铁锂电池的替代或补充。电动车领域，小微型电动车对续航里程要求不高，追求性价比，在该领域钠离子电池同样有望实现较高的渗透率。两轮电动车领域对电池的要求与小型电动车相似，且有过之而无不及，同样因为成本等因素，该领域目前由铅酸电池占据主导，锂电化程度不高，我们大家都认为两轮电动车是钠离子电池有望实现最快推进的领域。
我们针对以上三个领域的市场空间给出乐观和悲观两种预期，乐观预期下，产品端快速突破材料性能和生产稳定性门槛，需求端激进采用钠离子电池替代锂离子电池或其他技术产品，钠离子电池快速实现大规模商业化，到 2025 年、2030 年在全球电化学储能中渗透率将在达到 10%、35%，对应钠离子电池市场需求量约 15GWh、150.5GWh；在中国小微型电动车领域渗透率将达到 5%、35%，对应市场需求量 4.16GWh、47GWh；在中国两轮电动车领域渗透率将达到 35%、60%，对应市场需求量 23.7GWh、40.6GWh。悲观预期下，钠离子电池实际性能不若理论，锂离子电池价格低位导致钠离子电池价格优势减弱，继而放缓其产业化的速度，导致其大规模生产的时点延后。这种情境下，钠离子电池到 2025 年、2030 年在全球电化学储能中渗透率将在达到 0.5%、15%，对应钠离子电池市场需求量约 0.75GWh、65GWh；在中国小微型电动车领域渗透率将达到0.5%、10%，对应市场需求量 0.42GWh、13.5GWh；在中国两轮电动车领域渗透率将达到15%、40%，对应市场需求量 10GWh、27GWh。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
