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A00级别汽车领域等领域实现商业化应用。
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。
一、钠离子VS锂离子，成本与性能的权衡
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1.8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。
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2021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2021年以来，锂资源大幅涨价。根据wind数据，与2021年1月1日价格相比，2021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。
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2021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、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Na。
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/kg。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/kg。
循环寿命较短：由于钠离子本身离子半径是锂离子的约1.3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100Wh/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。
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，与锰酸锂电池接近，循环寿命可以做到3000~6000次，与磷酸铁锂相当，优于锰酸锂和三元材料，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。
对于追求超长续航、需要超高能量密度的中高端乘用车型来说，磷酸铁锂、三元锂电池甚至是固态电池才是其主流选择。钠离子电池凭借成本优势，有望在能量密度较低要求的储能、工程机械、通信基站、两轮车等场景实现商业化，对锂离子电池、铅酸电池等成熟的储能技术形成一定的补充。尤其是在当前磷酸铁锂电池占据优势地位的使用场景，如：电动两轮车、低速四轮车、储能电站、家用储能产品，大规模商业化之后，钠离子电池都将有一席之地。
钠离子电池在储能、电动两轮车与A00级别汽车领域均有较好的应用前景，2025年这三大领域国内电池需求将达到123GWh。储能方面，2020年国内储能装机需求合计17GWh，预计到2025年将达到48GWh；两轮车方面，2020年国内两轮车电池需求约32GWh，预计到2025年将达到41GWh；A00级别汽车方面，2020年国内A00汽车动力电池需求约7GWh，预计到2025年将达到34GWh。若这三类场景均使用磷酸铁锂电池，预计21-25年对应的市场空间分别为408/510/545/532/537亿元。
4、钠离子仍处于生命周期的导入阶段，产业化尚需时日
钠离子电池研究最早开始于上世纪八十年代前后，早期被设计开发出来的电极材料如MoS2、TiS2以及NaxMO2电化学性能不理想，发展非常缓慢。寻找合适的钠离子电极材料是钠离子储能电池实现实际应用的关键之一。2010年以来，根据钠离子电池特点设计开发了一系列正负极材料，在容量和循环寿命方面有很大提升，如作为负极的硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物，作为正极的聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类材料，特别是层状结构的NaxMO2（M=Fe、Mn、Co、V、Ti）及其二元、三元材料展现了很好的充放电比容量和循环稳定性。
由于钠离子相对更大，需要更大的能量来驱动离子的运动，这方面一度是新电池技术最头疼的问题，直到科学家们像碳芯电池一样，采用碳作为驱动介质，使得钠离子电池的能效可以达到锂电池的7倍之多，而且可循环充电的次数更多。此外，钠离子的液态记忆这项难题也被攻克。
中科院物理所胡勇胜研究员带领团队自2011年起致力于安全保、低成本、高性能钠离子电池技术研发，开发出低成本铜基正极材料、煤基碳负极材料、低盐浓度电解液，其核心专利获得中国、美国、日本及欧盟授权。2017年，建成百吨级正、负极材料中试线，兆瓦级产能的电池线，研制出能量密度为150Wh/kg，循环寿命达3000周的钠离子电池，并先后完成电动自行车、全球首辆钠离子电池低速电动车和首座100kWh钠离子电池储能电站示范应用。研制的钠离子电池产品可以满足自行车等各类低速电动车及电动船的需求，也可用于家庭/工业储能、5G基站和数据中心后备电源，且适合应用于可再生能源接入电网及分布式储能等大规模储能领域。
2015年11月30日，法国一支研究团队在可充电电池材料上取得了一项重大进步，“18650”锂电池被普遍用于笔记本、LED手电、以及特斯拉ModelS汽车等设备上，但法国国家科学研究中心的研究人员们首次开发出了业界标准的18650规格的钠离子电池。
上海交通大学马紫峰教授研究小组在国家自然科学基金委和国家973计划支持下，从工业化应用角度出发，采用氧化石墨烯对[Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2电极进行修饰改性，制备了无粘结剂的高电导特性的柔性电极，在0.1C至10C充放循环条件下，获得良好的容量和循环性能。该研究小组还采用廉价的普鲁士蓝类材料（NaMFe(CN)6），通过优化晶体内部分子结构，构筑了高容量、长循环寿命的钠离子电池正极材料。其比容量高达118.2mAh/g（10mA/g）。在国际上首次将该材料与硬碳负极材料制备了储能型钠离子电池的原型电池，其能量密度达到了81.72Wh/kg，是铅酸电池的2倍，为储能型钠离子电池工业化奠定良好的技术基础。
2018年12月，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在锰基正极材料研究方面取得重要进展，使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池，相关成果发表在《自然·通讯》上。这种正极材料制成的电极比容量达到211.9毫安时每克，而市面上流通的锂电池正极材料比容量约为140毫安时每克。充放电过程中，这种正极材料结构稳定无相变，体积变化仅为2%，循环充放电1000次后，比容量保持率高达94.6%，而电池行业一般的比容量保持率标准约为80%。
2021年7月29日，宁德时代正式推出钠离子电池。宁德时代称，总体来看，第一代钠离子电池的能量密度略低于目前的磷酸铁锂电池，但在低温性能和快充方面，具有明显的优势，特别是在高寒地区高功率应用场景。
基于材料体系的一系列突破，宁德时代研发的第一代钠离子电池具备高能量密度、高倍率充电、优异的热稳定性、良好的低温性能与高集成效率等优势。官方信息显示，宁德时代首款钠离子电池电芯单体能量密度高达160Wh/kg；常温下快充15min达到80%电量，零下20度环境放电保持率90%，系统集成效率80%，热稳定性优异，超过国家安全标准。当前能量密度低于磷酸铁锂电池能量密度，但低温和快充性能更强。下一代钠离子能量密度将突破200Wh/kg。
相比于300Wh/kg的三元/四元锂电池，宁德时代首款钠电池的能量密度仅约为前者的一半。为了在降低成本的同时维持高的能量密度，宁德时代给出了AB电池方案。钠离子和锂离子继承混合共用，按一定的比例混搭，实现取长补短，弥补钠离子能量密度短板，发挥其高功率、低温性能强的优势。
理论成本方面，以中科海钠数据为例，按照等容量软包电池成本分析，钠离子电池BOM理论成本比锂离子电池低30%。但现阶段，与铁锂等成熟锂离子电池相比，钠离子电池体系由于工艺不成熟、研发设备成本摊销大以及产品一致性等问题，造成生产成本难以控制，BOM成本优势难以发挥，钠电的性能和价格均处于劣势。目前钠离子电池也尚无统一的标准体系及第三方检测认证机构，性能参数需要长期且具体地来甄别判断。目前国内外有近二十家企业布局钠离子电池产业化生产，国外企业主要包括英国FARADION公司、美国NatronEnergy公司、法国NAIADES公司、日本岸田化学、松下、三菱等，国内的钠创新能源、中科海钠、宁德时代亦有布局。随着宁德时代等公司的持续研发推进，钠离子电池的产业化进程有望持续加速。按照宁德时代的预计，2023年会形成钠离子电池基本产业链。
当前由于产业链不成熟、制造成本高等因素，钠离子电池实际生产成本在1元/Wh以上。若钠离子电池行业产业化顺利推进，当产能达到GWh级别时，钠离子电池的设备折旧费用摊薄，材料成本低的优势将显现出来（由于正极材料和负极集流体材料上的价格优势，钠离子电池的材料成本比磷酸铁锂电池低30%左右），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。
二、电池材料：正负极材料变化较大
1、正极：基于钠资源，成本优势显著
钠离子电池与锂离子电池最大的区别在于正极材料。目前钠离子电池正极材料主要有钠过渡金属氧化物（如NaMnO2）、钠过渡金属磷酸盐（如Na3V2(PO4)3)、钠过渡金属硫酸盐（如Na2Fe2(SO4)3)、钠过渡金属普鲁士蓝类化合物（如Na2FeFe(CN)6)等几大类。
层状金属氧化物是当前比较主流的正极材料。中科海钠、钠创新能源、Faradion（英国）等公司均选择了层状金属氧化物作为正极材料，其中中科海钠的产品能量密度达到135Wh/kg，循环寿命大于2000次；Faradion的产品能量密度达到140Wh/kg，循环寿命达到1000次。宁德时代使用了普鲁士白和层状氧化物，克容量达到160mAh/g，与锂离子正极材料克容量相差无几，通过创新性地对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题。
正极材料使用钠资源，将为钠离子电池提供巨大的成本优势。各类基于钠资源的正极材料，在材料成本上均远远低于锂离子电池的正极材料。根据中科海钠披露的数据，钠离子电池（NaCuFeMnO/软碳体系）的正极材料成本，仅为锂离子电池（磷酸铁锂/石墨体系）正极材料成本的40%左右。
2、负极：无定形碳材料有望商业化
锂电池主要负极材料是石墨，只有高功率负极材料会用到软硬碳材料和钛酸锂等。钠离子电池负极材料有碳类（硬碳、软碳等）、合金类（Sn、Sb等）、过渡金属氧化物（等）、钠-过渡金属磷酸盐（NaTiOPO4）等。合金材料具有较高的容量，但由于其与钠离子发生合金化的过程中体积膨胀明显，严重影响材料的循环稳定性和倍率性能；金属氧化物、磷酸盐大多容量较低。高能量密度钠离子电池负极材料中，无定型碳材料（包括软碳、硬碳）是目前最有希望走向商业化的，其可逆容量和循环性能均已接近应用要求，但主要瓶颈在于成本较高。基于此，目前开发的无烟煤基无定型碳材料是性价比最高的钠离子电池负极材料。中科海钠通过对碳源前驱体进行调研，发现无烟煤的成本低，平均1800元/吨，用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本，并通过实验，最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料，克容量达到350mah/g以上，循环性能强和低温性能强，整体性能与当前石墨材料相当。
3、负极集流体：铝箔替代铜箔
集流体：锂电池以石墨为负极，铝制集流体在低电位下易与锂发生合金化反应而被消耗，因此锂电池负极集流体为铜箔。钠离子电池正负极集流体均为铝箔。从原材料成本上看，铜价大于铝价，铝箔成本更低。根据我们测算，每1KWh的磷酸铁锂电池中，铜箔的价值量约为50元，占材料成本的15%；铝箔的价值量约为8元，占材料成本的2%。每1KWh的NCM523电池中，铜箔的价值量约为50元，占材料成本的10%；铝箔的价值量约为7元，占材料成本的1%。钠离子电池中铝箔替代铜箔后，每KWh电池中用于制作集流体的材料成本将会减少40元左右，即材料成本的10%左右。
4、其他材料与制备工艺
电解质：锂离子电池的电解液由钠盐和溶剂组成，除钠盐（NaCIO4、NaPF6等）之外，溶剂与锂离子电池差别不大，一般为碳酸脂。宁德时代电解液采用新型电解液体系，设备与当前锂离子电解液设备可以兼容。
隔膜：钠离子电池的隔膜与锂离子电池相同。
外形封装：圆柱、软包、方形，与锂离子电池相同。制备工艺：与锂离子电池基本相同。钠离子电池商业化比较快的原因主要就是可以沿用锂电池现成的设备、工艺。
4、钠离子电池产业链相关公司
钠离子电池作为一种新的电池技术路线，产业链包括上游资源企业、中游的电池材料及电芯企业，具体有：
（1）布局钠离子电池技术的公司，如宁德时代、鹏辉能源、*ST猛狮、圣阳股份、中国长城、欣旺达。
（2）持股或投资钠离子电池企业的公司，如华阳股份、浙江医药、新筑股份。华阳股份间接持有中科海钠1.66%的股权，拟投资1.4亿元与中科海纳合作共建钠离子电池正负极材料4000吨。浙江医药持有浙江钠创新能源有限公司40%的股份。新筑股份投资的上海奥威科技开发有限公司一直在做钠离子电容器的研发工作。
（3）布局钠离子电池材料技术的公司，如负极材料企业翔丰华；正极材料企业容百科技；铝箔企业鼎胜新材、南山铝业、明泰铝业、万顺新材。
（4）钠资源公司，如中盐化工、南风化工、百合花等。
在钠电体系的研发应用层面，国内代表企业中科海钠处于领先地位。中科海钠成立于2017年，依托于中国科学院物理研究所的技术，目前在技术开发和产品生产上都已初具规模。2020年12月，央视报道公司研发的钠离子电池的能量密度已接近150Wh/kg，是铅酸电池的3倍左右，并于2018年发布了全球首辆使用钠离子电池驱动的低速电动汽车，于2019年建立了首座钠离子电池储能电站。中科海钠曾于2021年3月宣布完成亿元级A轮融资，投资方为梧桐树资本，融资将用于搭建年产能2000吨的钠离子电池正、负极材料生产线。公司目前部分钠离子电池体的产品处于产业化前期，但产品性能、成本控制以及适配应用场景有待进一步检验。
钠创新能源为国内领先的钠离子电池企业。公司拥有30余项发明专利，涵盖钠离子电池正极材料、电解液、电池的设计制造以及系统集成与管理等。公司核心产品有铁基三元材料前驱体、正极材料、钠电电解液、钠离子电池。钠电两轮车商用正在推进。2021年7月7日，钠创新能源与爱玛科技联合发布了用于电动两轮车的钠离子电池动力系统，搭载钠离子电池的电动两轮车项目正在推进中。电动两轮车是钠离子电池重要的应用场景，国内21-25年平均每年电动两轮车电池需求量约40GWh。公司与电动两轮车龙头企业联合发布钠离子电池动力系统，意味着钠离子电池产业化进程进一步加速。
5、投资建议
随着钠离子电池技术的不断进步、宁德时代入局推进钠离子电池产业化，钠离子电池产业链有望充分受益。
风险因素：
钠离子电池产业化进展不及预期，锂离子电池成本下降超预期，储能政策出台不及预期。
