钠离子电池VS锂离子电池，成本与性能的权衡，兼容互补 刖舌 1
1.钠离子电池和锂离子电池有什么区别？ 2
2.钠离子VS锂离子，成本与性能的权衡 3
2.2.钠离子电池与锂离子电池性能对比 5
2.3.钠离子电池技术是现有锂电池技术的有益补充 7
2.4.钠离子仍处于生命周期的导入阶段，产业化尚需时日 9
3.电池材料：正负极材料变化较大 13
3.1.正极：基于钠资源，成本优势显著 13
3.2.负极：无定形碳材料有望商业化 14
3.3.负极集流体：铝箔替代铜箔 15
3.4.其他材料与制备工艺 15
3.5.钠离子电池产业链相关公司 15
3.6.6.投资建议 17
4.钠电池vs锂电池&铅酸电池核心指标对比汇总 17
4.1.上游的矿产资源原料 17
4.3.单体电池的成本： 18
3.7.4.循环次数： 18
4.6.低温性能（零下20℃容量保持度） 18
4.7.安全性： 19
4.8.环保性能： 19
5.钠电池vs锂电池的热失控 19
摇椅结构电池热失控的原理 19
无机电解质电池本征安全 20
前言
投资要点：钠离子电池可以缓解资源约束，保障原材料供应安全。大规模商用后，会具有较大的成本优势。虽然，钠离子电池能量密度较低、循环寿命较短,但在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势，与锂离子电池相互兼容互补。
当前，钠离子电池产业链不成熟、制造成本高仍处于生命周期的导入阶段。未来几年，随着
产业投入的加大，技术走向成熟、产业链逐步完善，有望在储能、电动两轮车与AOO级别汽车领域等领域实现商业化应用。
推荐：宁德时代（正在开发钠离子电池的全球锂电龙头），欣旺达（已储备钠离子电池专利），建议关注：华阳股份（参股中科海钠）。
7月29日，宁德时代正式发布了旗下第一款钠离子电池，标志着锂电池之外的又一条电池技术路径的诞生。
1.钠离子电池和锂离子电池有什么区别？
钠离子电池和锂离子电池的区别有以下几个方面：
1、电池内部电荷载体的不同，锂离子电池是通过锂离子在正负极之间移动、转换实现充放电的，而钠离子电池则是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移的，其实二者的工作原理是相同的。
2、两者离子半径不同，这半径差别导致钠离子电池的性能远远不及锂离子电池；钠离子在正负极中嵌入/脱嵌阻力很大，源于半径大；可逆性差，不可逆容量损失大。
3、两者标称电压不同，锂离子电池的标称电压为3.6V,而钠离子电池的标称电压为3QV,这使得钠离子电池的能量密度较低。
4、两者资源和成本方面有差异，钠离子储量为锂储量420倍，且国内锂离子储量仅占全球6%,且开发成本高。钠盐原材料储量丰富，价格低廉。钠离子电池可以缓解资源约束，保障原材料供应安全。
5、两者生产工艺方面有差异，钠离子电池正负极均采用铝箔作为集流体，而锂离子电池负极必须用铜箔作为集流体。这样可以降低钠离子电池的成本和重量。
6、两者应用领域有差异，由于钠离子电池的能量密度和功率密度都比锂离子差，目前主要应用领域包括低速电动车、规模储能、通讯等。而锂离子电池则广泛应用于手机、笔记本、新能源汽车等领域。
2.钠离子VS锂离子，成本与性能的权衡
2.1.钠资源储量丰富，价格低廉
电化学性质使得钠资源在电池上的商业化应用落后于锂资源。在元素周期表中，钠元素与锂元素处于同一主族，物理化学性质非常相似。在选择电池材料时,锂在电势、原子量、离子半径等基本性质上，相对来说都是比钠更好的材料。锂的原子量更低、离子半径更小，使得其理论质量比容量是钠的3.3倍，理论体积比容量是钠的18倍；且锂的电位更高，比钠高12%,这使得在能量密度上，锂材料的电池也更占优势。钠离子电池对电池正负极材料的稳定性要求，要远远高于锂离子。因此锂离子电池也更早大规模商业化。
表1：锂元素与钠元素基本性质对比
I7» | 原子∙(g∕mo1) | K子半径(10∙ωm) | 标准电势/V | 现■ | ½RBtb8(mAh∕g) | 理由体租匕（mAh/Cm3） | 价而变化 | 地壳丰度 |
1i（锲） | 6.94 | 0.76 | •3.04 | | 3861 | 2062 | 1 | 0.006% |
Na做） | 22.99 | 1.02 | -2.71 | | 1165(； | | 1 | |
| | | | | | | | |
钠离子电池可以缓解资源约束，保障原材料供应安全。随着全球电池需求量的迅速增长,锂资
源开始面临着资源约束问题，一方面是锂资源的总量分布有限,地壳丰度仅为0.006%;另一方面是锂资源的空间分布不均匀，全球锂储量分布主要集中在智利、澳大利亚、阿根廷三国，锂资源75%集中分布在美洲。根据美国地质勘探局2023年报告，我国锂资源储量仅占全球6%,且开采成本较高，现在的电池生产用锂对外依存度过高。锂资源的供需紧张也使得2023年以来，锂资源大幅涨价。根据Wind数据，与2023年1月1日价格相比，2023年7月20日碳酸锂价格上涨66%,氢氧化锂价格上涨96%。而钠盐原材料储量丰富，价格低廉。钠离子地壳丰度约为2.36%,远高于锂离子的0.002%。此外，钠资源全球分布广泛，中国广阔的海岸线也可以通过海水制备钠盐来降低钠电池生产成本。
图1：2023年以来，锂资源价格大幅上涨
价格:碳酸锂99.5%电:国产日 价格氢氧化锂565%:国产日
资料来源：wind；单位：元/吨，截至20230720
图2：中国锂资源储■仅占全球6%
■蜥J≡E
■阿根廷
■鄙J
■澳大利亚
■中国
■刚果（金）加至大
■其他
资料来源：美国地质勘探局（2023年2月最新报告），光大证券裕究所整理
钠离子电池大规模商用后，会具有较大的成本优势。与锂资源相比，钠资源储量非常丰富，地壳丰度为2.64%,是锂资源的440倍。且钠资源分布广泛、提炼简单，因此价格稳定且低廉，约250元/吨，为电池级碳酸锂价格1/50。目前，电池级碳酸锂价格由2023年初的5万元/吨涨至8.55万元/吨，波动很大。根据中科海钠披露，钠离子电池BOM成本较锂电池低30%左右，成本优势明显。
2.2.钠离子电池与锂离子电池性能对比
钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，为嵌脱式电池。充电时，Na+从正极脱嵌，进入负极；放电时，Na+从负极回到正极，外电路电子从负极进入正极，将Na+还原为Nao
图3：钠离子电池工作原理示意图
资料来源：中科海钠
能量密度较低：钠元素的原子质量是锂元素的3.3倍，导致钠离子电池能量密度仅为锂离子电池50%左右，但能量密度区间与磷酸铁锂电池有重叠范围。钠离子电池能量密度区间大约在70-200Wh∕kgo而锂离子电池能量密度大约在150-350Wh∕kg的区间上，其中，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，约在150-210Wh∕kg的区间上。当前钠离子电池电芯单体能量密度仅为120Wh∕kg,明显低于磷酸铁锂电池180Wh∕kg和三元电池的240Wh∕kg。但下一代钠离子能量密度有望突破200Wh∕kgo
循环寿命较短：由于钠离子本身离子半径是锂离子的约13倍，导致脱出/嵌入更难。钠离子电池当前循环次数最高约为1500次，显著低于磷酸铁锂电池的6000次与三元电池的3000次，未来有望进一步提升。
产业链仍不完善：钠离子电池仍处于商业化探索和改进中，工程化设备、供应链配套等暂未形成，产品性能、成本控制及适配应用场景等有待进一步检验。
除钠资源储量与价格优势之外，钠离子电池在其他一些方面上同样优于锂离子电池：
（1）界面离子扩散能力更好。钠离子的溶剂化能比锂离子更低，界面离子扩散能力更好。
(2)集流体材料更便宜。铝与锂在低电位会发生合金化反应，锂离子电池只能选择铜做集流体。而铝与钠在低电位不会发生合金化反应，因此钠离子电池可以选择更便宜的铝做集流体，可以进一步降低成本8%左右，降低重量10%左右。
(3)离子电导率更高：钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率。允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20%左右)降低成本。
(4)高低温性能更优异。根据目前初步的高低温测试结果，钠离子电池高低温性能更优异。
(5)安全性能更好。钠离子电池的内阻比锂离子电池稍高，在短路情况下瞬间发热量少、温升较低。
(6)由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于IO
OWh∕kg,可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能中取代传统铅酸电池。
与其他电池路线相比，钠离子电池还有一个重要优势：钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，与锂离子电池的生产设备大多可兼容。
图5：钠离子电池的优势
资料来源：储能科学与技术（《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》J碧嬴潺；
2.3.钠离子电池技术是现有锂电池技术的有益补充
目前钠离子电池的能量密度可以做到150Wh∕kg上下，与镒酸锂电池接近,循环寿命可以做到3000~6000次，与磷酸铁锂相当，优于镒酸锂和三元材料，热稳定性和安全性与磷酸铁锂基本相当。钠离子电池在低温性能、快充以及环境的适应性等方面拥有独特的优势，与锂离子电池相互兼容互补。
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