（报告出品方/作者：中信建投证券，朱玥，张亦弛，马天一）

1、面向需求，复杂的储能指标体系

储能技术归根到底是面向需求的技术，其评价指标体系涵盖能量指标、功率指标、规模指标、寿命指标、 效率指标、自放率指标、成本指标、环境影响指标等等。随应用场景不同，储能技术对指标的需求类型与权重 也有所不同。以消费电池、动力电池、储能电池为例，消费电池倾向于较高的体积、质量能量密度，以及较高的充电倍 率；动力电池要求均衡，成本权重高；储能电池的能量、功率相关指标可适当放宽，而对寿命、成本相关指标 要求很高。

各类储能技术中，二次电池（电化学可充的电池）是非常关键的组成部分。其应用范围很大，和可再生能 源电力的衔接能力也很强。从适用的能量和功率范围来看，多种二次电池覆盖了绝大多数储能应用的技术需求， 普适性以锂离子电池为最。总体而言，能量相关指标在二次电池技术层面的重要性最大，高比能量（即质量能量密度）二次电池的应用场景尤其是前沿潜在应用场景最多。（报告来源：未来智库）

2、考虑供给，二次电池的电化学反应与载流子

得到广泛应用的二次电池的电化学可充能力对应了核心可逆电化学反应。反应过程中，需要载流子（离子 或离子团）的运动提供全电路的电荷平衡。可逆电化学反应中的氧化剂-氧化产物构成电池正极的活性物质，还原剂-还原产物构成电池负极的活性物质。 电化学反应对应电极的比容量越高、电极间电势差越大，意味着电极的反应活性越高，则电池比能量越大。同 时，电极材料还需要有结构稳定性（对应充电态、放电态）和充放可逆性，界面稳定性（和电解质），化学稳定 性，热稳定性，相对稳定的电压平台，以及高电子电导和高载流子电导等性能特征，且这些性能最好在较宽的 温度范围之内可以有效保持。

对于载流子，我们需要其在电解液或固体电解质中具备良好的扩散迁移能力（最好在较宽的温度范围之内 也可以有效保持），具备较高的荷质比（或者较低的质荷比），具备适中的离子半径（半径过大导致在固体材料 中嵌入、脱嵌引起基体的体积变化太大，半径过小导致去溶剂化困难、电荷平衡困难）。同时，其对应的电解液 或固体电解质还需要具备较宽的电化学窗口，化学稳定性，热稳定性，界面稳定性等。所以，截至目前常见的 载流子种类寥寥。当然，我们也希望能够大规模应用的二次电池具有低廉的成本。这对应着其使用的元素最好丰度较高，而 且基本材料体系廉价、电池生产工艺简便。

3、钠VS锂，致敬先贤期待破壁

单质同为第一主族的活泼金属，钠和锂都是人类文明大厦的基石。但前者多以维持人体渗透压的关键元素 为人所知，后者则率先拥有了“能源金属”名号。以锂离子作为载流子的二次电池是目前综合性能最佳的二次 电池，深刻改变了人类社会面貌，且成为继白光 LED 后又一个斩获诺贝尔奖的现代科技结晶。

锂电池发明至今，政策、技术、市场三者结合，在各类固定、移动式储能应用方面取得了较显著的成效。 但是，2018 年下半年至 2020 年，锂资源经历周期底部，供给端谨慎扩张。2020 年四季度以来终端需求高增， 中游加速扩张，锂资源扩张滞后，供给出现明显缺口，价格大幅上涨创历史新高。未来，消费、动力、储能等 领域的确定性，又使得锂资源的长期需求旺盛。

碳酸锂价格大幅上涨，影响了锂电池成本下降的进程。如果我们试图以低成本的方式完成能源革命，质优 价廉的二次电池不可缺少。那么，业界一方面应该开发锂资源，另外一方面也必须积极发展竞争性技术路线。我们已经知道，在前述各类载流子中，镁、铝等高价金属离子距离实用化仍有较多困难。钠的化学性质和 锂接近，虽然荷质比、比容量、容量密度均比锂低，这使得钠离子电池的性能上限（储能和循环机理与锂离子 电池类似，不考虑高温钠硫电池、钠体系液流电池等；以能量密度为核心评价指标）不及锂离子电池，钠离子 半径更大，电池动力学表现可能也有负面的影响，但钠的地壳丰度大幅高于锂，碳酸钠廉价。加之能源革命的 大背景，钠离子电池迎来了以性能较好、成本控制潜力较大为核心竞争力的历史机遇。（报告来源：未来智库）

面对强大、优秀的先行者锂离子电池，钠离子电池是可以后来居上，全面战而胜之？还是具备一定特色， 长期并行发展？或者相当程度像上一个时代的霸主铅酸电池那样，只能取得有限的应用规模？或者说，钠离子 电池具备多大的，助力能源革命实现的能力？

1、辅助组元，明确的选择主线

如前所述，作为载流子，钠离子和锂离子的相似性相对较高。所以研究钠电材料体系的构建，从电解质出 发较为适宜。钠离子电池的电解质体系包括电解液、固体电解质等。 和锂电池电解液类似，有机体系的钠离子电池电解液得到了广泛的研究。在钠盐的选择上，以六氟磷酸钠 为代表的钠盐体现了较高的离子电导率，在部分溶剂体系下甚至超过了对应的锂盐，接近或达到 10E-2 S/cm。钠离子电池有机电解液的溶剂选择和锂离子电池类似，均采用高成熟度的碳酸酯类（关于锂离子电池电解 液的研究可参考研究报告：电解液，导锂通极）。同时，也有研究者着手开发新型有机溶剂如醚类溶剂等。

钠离子电池有机电解液除了钠盐-溶剂的组合外，还有钠盐-离子液体的研究方向。当然，离子液体的成本等 问题影响了其产业化应用进程。 部分研究者也在推进水体系钠离子电池电解液的研究工作。水系电解液的离子电导率高，但是电化学窗口 窄（水的理论分解电压 1.23V，相比之下碳酸酯体系耐压 4V 以上），对电池能量密度影响较大。钠离子电池的固体电解质材料体系开发是重要的科学研究方向。鉴于钠的离子半径相当程度大于锂，固体 电解质的开发难度也更高。部分硫化物体系固体电解质的离子电导率超过 10E-3 S/cm（关于固态锂电的研究可 参考研究报告：固态锂电，共同期待，永恒的春天）。

宁德时代进行了一维碳纳米导电剂（多壁碳管）对普鲁士蓝类正极导电、循环性能影响的研究。研究者认 为，从 0 含量开始，随着一维碳纳米材料含量的增加，正极膜片的电阻逐渐降低，钠离子电池的初始容量和循环性能逐步得到改善；进一步增加碳管，则可能会吸附一些溶解在电解液中的副反应产物，造成钠离子电池内 部极化增大，从而不利于循环性能的进一步改善。从实施例看多壁碳管含量最优值约 20%。相关结果见于专利 CN109841806B。 宁德时代进行了在普鲁士蓝类正极材料中添加中性配体，以降低其吸水性能的研究，见于专利 CN108946765B；普鲁士蓝类正极材料的比表面积和含水量控制，见于专利 CN109728252A 等。

被授权于 2021 年的专利 CN110875473B 描述了聚阴离子类型正极材料 AaMeb(PO4)cOxX3‑ x 的合成方法。从 实施例看，Me 金属为钒或锂-钒；卤素离子为氟；合成方法是共沉淀各类活性元素的溶液得到前驱体，再氮气 保护并热处理。从实施例看，正极容量约 120mAh/g，首效超过 90%，100 次循环容量保持率可达 98%。 宁德时代进行了正极极片的活性物质厚度和集流体厚度的相关研究（随正极材料不同，最优的厚度比区别 较大），见于专利 CN111799470A。

被授权于 2022 年的专利 CN113437254B 描述了在负极集流体表面涂覆碳材料-粘结剂层，以沉积金属钠负 极的方法。研究者认为，碳材料涂层能够有效降低钠金属沉积的过电势，抑制钠枝晶的形成，有利于提高电池 的循环性能。从实施例看，碳材料是炭黑、石墨烯、碳管复合物（其中含有少量氧），对应正极是聚磷酸铁钠， 电解液是 6F-DME（乙二醇二甲醚）。部分样品在 0.1C 倍率下的循环寿命超过 600 次公布于 2018 年的专利 WO2018014165A1 描述了以钠金属片进行补钠，提升钠离子电池容量保持率的方法。 从实施例看，补钠后样品的循环寿命有明显提高。

松下公布于 2016 年的专利 CN105247713A 描述了使用不同碳源，不同碳化、分级、热处理工艺（碳化温度 1000 度，热处理温度 1000 度以上到 2000 度以上不等）取得钠离子电池负极的方法。从实施例看，活性炭、葡 萄糖酸镁等作为碳源的负极容量较高，超过 400mAh/g。

亿纬锂能公布于 2022 年的专利 CN114023921A 描述了有机正极材料聚三苯胺和/或聚三苯胺衍生物的制备 方法。研究者认为，该材料的功率和循环性能优异。从实施例看，聚三苯胺/聚三苯胺衍生物常温 5C 倍率下比 容量 100mAh/g，20C 倍率下比容量衰减约 20%，再降温至-20 度比容量再衰减不到 20%；室温循环 1000 次， 容量保持率在 85%左右。另外，聚三苯胺/聚三苯胺衍生物的充放电压也比较高，在 4.4V/2.75V。欣旺达被授权于 2019 年的专利 CN106848453B 描述了钠离子电池补钠的方法。研究者以过渡金属（如铜） 搭配氧化钠或钠盐对正极进行掺杂，在电池化成过程中控制化成电压得到惰性的氧化铜，并使得钠离子和电子 分别扩散至负极发挥补钠作用。

鹏辉能源公布于2021年的专利CN113860330A描述了一种低缺陷晶体结构普鲁士蓝二次电池正极材料的制 备方法。研究者将离子液体、普鲁士蓝前驱体以及盐酸加入水中并混合均匀，微热沉淀反应、室温附近陈化并 固液分离、清洗干燥，即得到所需产物。从实施例看，样品比容量在 100mAh/g 以上，高倍率（约 10C）容量 保持率约 70%；循环 500 次容量保持率 80%。贝特瑞公布于 2017 年的专利 CN106784696A 描述了磷酸钛钠/碳复合材料的合成方法。从实施例看，研究 者以碳酸钠、二氧化钛和磷酸二氢铵为前驱体，混合柠檬酸、乙醇球磨并喷雾，中温保温进行一次碳包覆；再 加入导电剂炭黑，二次球磨并喷雾，再高温保温成相并进行二次碳包覆。工艺中可添加掺杂剂。研究工作取得的磷酸钛钠（主要成分 NaTi2(PO4)3）具有超过 100mAh/g 的比容量，和 500 次以上的循环寿命。

贝特瑞还进行了磷酸铁锰钠的研究工作，部分样品在低倍率下比容量超过 150mAh/g，见于专利 CN114373923A。 容百科技公布于 2020 年的专利 CN111244448A 描述了以水热法合成碳包覆的普鲁士蓝类正极材料的方法。 研究者分别配置过渡金属氰基化合物-钠盐溶液和过渡金属盐溶液，混合二者得到悬浊液后再加入碳化剂前驱体 保温搅拌，高压水热反应洗涤干燥，得到正极材料。从实施例看，过渡金属氰基化合物是铁氰化钠，钠盐是硫 酸钠，过渡金属盐溶液是硫酸锰，碳源是葡萄糖。得到的样品是微米级大单晶，低倍率下比容量 140mAh/g，平 均电压约 3.3V。容百还进行了普鲁士蓝类正极材料极片压实密度的研究，见于专利 CN112786828A。

邦普公布于 2022 年的专利 CN113972364A 描述了层状碳掺杂磷酸铁钠正极材料的制备方法。研究者认为， 掺杂层状碳材料使得电池充放电时钠离子扩散距离短、传输速率更快，改善了钠离子脱嵌过程中的钠离子的相 位转变，提高了放电比容量，增强了磷酸铁钠晶体结构循环稳定性。从实施例看，研究者首先液相法制取磷酸 亚铁沉淀，其次以碳酸钠混合气态乙醛后高温热处理得到层状碳材料掺杂的碳酸钠，再将二者混合氢氧化镍、 助剂球磨洗涤干燥，高温反应，得到层状碳掺杂的磷酸铁钠。性能较好的实施例在 100 次循环后比容量约 100mAh/g。

公布于 2022 年的专利 CN114212803A 描述了氟掺杂的普鲁士蓝类正极材料的制备方法。研究者首先配置亚 铁氰化钠和氟化钠的混合溶液，二者混合并添加抗坏血酸等还原性有机物防氧化，再混合铁盐溶液、锰盐溶液 或钴盐溶液，陈化形成沉淀，洗涤、干燥即得到样品。从实施例看，氟掺杂将低倍率条件下正极比容量提升至 150mAh/g 以上，200 次循环后还保有约 130mAh/g。

公布于 2022 年的专利 CN114242972A 描述了具备包覆层的复合聚阴离子正极材料 NaNi(PO4)(SO4)F 的合成方法。研究者认为，金属氧化物包覆层可以稳定材料的离子和电子传输动力学性能，改善正极材料的循环性能， 阻碍材料继续团聚，控制颗粒尺寸。从实施例看，研究者液相混合主要组元的盐类得到前驱体，再混合氢氧化 钠反应得到正极材料，最后液相制备包覆层。所得样品的放电比容量在 130mAh/g 附近，100 次循环后仍保留约 110mAh/g，工作电压 3.8V。

类似的复合聚阴离子正极材料（以铁取代镍，部分样品比容量达到 140mAh/g，电压未知）可以利用废弃的 磷酸铁锂浆料制得，见专利 CN114243001A。 公布于 2022 年的专利 CN114256451A 描述了 NaMNiP 层状氧化物正极的合成方法。研究者认为，部分镍元 素和磷元素进入富钠材料晶格内占据钠位；不仅降低了阳离子的混排，也增大了晶体层间距，提高了正极材料 的比容量和循环性能；表面还包覆着金属氧化物改善了循环稳定性和安全性，不仅有效的阻止了总阻抗的增加， 降低了脱钠状态时充电转移阻抗，而且还阻止了电解液和正极材料的副反应。从实施例看，过渡金属 M 可以选 择钴、镍、锰等，钠的化学计量在 0.35 到 0.7 不等。此类正极材料比容量基本在 160mAh/g 以上，200 次循环后 容量保持率约 90%。

邦普也研究了（层状氧化物正极）钠离子电池的综合回收方法：将电池黑粉与预浸出剂混合研磨，再加入 还原剂和氨液进行浸出，固液分离得到浸出液和固体，固体加酸溶解，固液分离得到碳渣和滤液，向滤液中加 碱调节 pH，分离得到氢氧化铝，继续向滤液中加碱调节 pH，分离得到氢氧化锰，向浸出液中加入第一氧化剂、 螯合剂和碱，进行蒸氨，固液分离得到含钴不溶物和含镍螯合物溶液。见于专利 CN114229875A。

振华新材公布于 2021 年的专利 CN112420999A 描述了一种用于锂/钠/钾离子电池的具有包覆结构的磷基负 极材料。所述核心体由磷基材料组成，包覆层材料为 MaXb 或碳基材料。研究者认为，这种磷基负极材料不仅 可以抑制循环过程产物磷化锂的溶出，并且可以抑制电极界面与电解液之间的副反应，从而改善电池的循环寿 命。从实施例看，以氮化钛包覆磷化钠得到的磷基负极具备接近 1000mAh/g 的放电比容量，在循环 200 圈后容 量保持率接近 60%。（报告来源：未来智库）

3、钠电技术进展概括：万事俱备，东风吹拂

可以看出，钠离子电池专利内容丰富，布局者众多，最关键的内容是电池材料，尤其是正极材料。以当前 实现的正极材料比容量、对钠电压等性能指标，结合负极性能推断，钠离子电池单体的能量密度达到磷酸铁锂 水平仍有相当难度；电池材料层面的技术路线确定（至少是几条相对主流的材料路线确定）、生产工艺优化、成 本控制等内容还需要大量工作加以夯实。

1、走向舞台中央，钠电先行者

我国的钠离子电池细分赛道有若干具备较深技术积淀的企业布局，宁德时代、中科海钠、钠创新能源等等。 宁德时代 2021 年发布了第一代钠离子电池产品。公司表示，其电芯单体能量密度达 160Wh/kg；常温下充 电 15 分钟，电量可达 80%以上；在-20 度低温环境中，也拥有 90%以上的放电保持率；系统集成效率可达 80% 以上；热稳定性远超国家强标的安全要求。而且该电池可以和磷酸铁锂电池成组为“AB 电池”包。源自中科院的中科海钠在钠离子电池的基础材料以及电芯、系统层面进行了非常具有前瞻性的探索。除底 层科技方面的积淀外，其在两轮电车、低速电车和储能等应用领域均有示范产品。源自上海交大的钠创新能源也进行了钠离子电池材料和电池的技术布局。除上述企业外，我国还有部分以锂电为主要领域的电池企业和材料企业在钠离子电池领域进行了技术和产 业布局。

2、多领域有先后，钠电规模估计

从前述钠离子电池性能、成本、安全性等方面的研究，以及产业链实际布局情况出发可以看出，近期钠离 子电池产业化的关键思路是初步规模化同步降本，将钠的本征低成本属性发挥出来。钠电性能指标会有一定程 度提升，但能量密度大幅增加，同时其他性能、成本指标不劣化的可能性不大。我们认为，在 2022 年底-2023 年初步规模化后，2025-2030 年是较高性能（见前文性能比较图表）、较低成本（相比于磷酸铁锂具备至少 0.1 元/Wh 成本优势）钠离子电池大规模验证-高速发展的时间段。 我们估计，至 2025 年，两轮电动车、低速电动车、叉车、储能和少量 A00 级乘用车等是钠离子电池率先 发力的细分战场。至 2030 年，部分商用车、启停电池等也开始贡献销量。钠离子电池的规模扩张主战场还是两 轮、低速、叉车与储能。

我们估计，2025 年我国钠离子电池市场空间近 30GWh，近 150 亿元；2030 年市场空间扩大至近 200GWh， 近千亿元。钠离子电池规模在对应二次电池市场中的规模总计分别超过 5%、15%。 2030 年以后，我们估计钠离子电池规模增速超过二次电池行业增速均值。 所以，我们中性预期，钠离子电池路线将成为助力能源革命、实现碳达峰和碳中和的重要技术路线。作为 二次电池的“潜在成本担当”，其重要程度可能仅次于锂离子电池。

（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。）

精选报告来源：【未来智库】未来智库 - 官方网站