钠离子电池 VS 锂离子电池综合比较.docx

《钠离子电池 VS 锂离子电池综合比较.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钠离子电池 VS 锂离子电池综合比较.docx（20页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、钠离子电池vs锂离子电池综合比较钠离子电池VS锂离子电池，成本与性能的权衡，兼容互补目录前言21 .钠离子VS锂离子，成本与性能的权衡21.1. 钠资源储量丰富，价格低廉21.2. 钠离子电池与锂离子电池性能对比41.3. 3.钠离子电池技术是现有锂电池技术的有益补充71.4. 钠离子仍处于生命周期的导入阶段，产业化尚需时日 81.5. 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MoSTiS2以及NaxM02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

2、，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、普鲁土蓝类、氧化物类材料，特别是层状结构的NaxMO2（M二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。82 .电池材料：正负极材料变化较大 131. 1.正极：基于钠资源，成本优势显著132. 2.负极：无定形碳材料有望商业化143. 3.负极集流体：铝箔替代铜箔144. 4.其他材料与制备工艺155. 5.钠离子电池产业链相关公司156. 6.投资建议173 .钠电池vs锂电池&铅酸电池核心指标对比汇总 171. 1.上游的矿产资源原料173. 2

3、.单位能量原料成本：174. 3.单体电池的成本：185. 4.循环次数：186. 5.单体质量能源密度： 183. 6.低温性能（零下20度容量保持度）183. 7.安全性：183. 8.环保性能：19刖百投资要点：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

4、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VS锂离子，成本与性能的权衡1.1. 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

5、L8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原子(g/moD离子半径（1。叫冷晚电身/Vweratts (mAh/g)论体积匕容（mAh/cm3）价态变化领丰度U ()6.940.763.043861206210.006%Na佛22.991.022.71116511劣目来源：基于收登价的厩答届炳扇子电池正校热心后究3答骁时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

6、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

7、降低钠电池生产成本。1： 2021年以来，锂资源价格大幅上涨11000090000700005000030000价格:碳酸锂99.5%电:国产日价格氢氧化锂56.5%:国产日资料来源：wind；单位：元/吨，截至20210720第5页共19页2：中国锂资源储仅占全球6%玻利维亚阿根廷卿澳大利亚中国刚果（金）加拿大其他资料来源：美国地质勘探局（2021年2月最新报告），光大证叁研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

8、o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。1. 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。图3：钠离子电池工作原理示意图钠离子隔膜铝箔正极电解液负极铝箔Na*:负极一正极（电池内部）电子：负极一正极（外电路）正极中过渡金k得电子价态1铝箔正极 电解液 负极铝箔Na*:正极负极（电池内部）电子：正极一负极（外电路）正极中过渡金属失

9、电子价态1资料来源：中科海钠官网能量密度较低：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广电池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/kgo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1.3倍，导致脱出/嵌入更难。钠

10、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：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。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%

11、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。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。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

12、池的工作原理相似，与锂离子电池的生产设备大多可兼容。5：钠离子电池的优势钠离子电池资料来源：储能科学与技术(钠离子电池：从基础研究到工程化探索碧端落；1. 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30006000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。颔域钠离子电池两轮车钠离子低速电动车钠离子家庭储能柜钠离子扁置碎屯苹二对于追求超长续航、需要超高能量密度的中高端乘用车型来说，磷

13、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。储能方而，2020年国内储能装机需求合计0GWh,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

14、,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34GWho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。单位2019A2020A2021E2022E2023E2024E2025E凰复通,主为wme电池）发电南储能皆的空间GWh0.671.303.057.1612.6219.7929.15电网假储枇赧机空间GWh0.800 961.151.J81.661.99239用电信储藏口机空淘GWh1.033.823.978.2610.7513.4216.295G基站备用电源餐机空GWh2.1011.2014.7017.5015.409.100.00国内储能装机署求空间合计GWh4.6017.2822.88343140.4244.3047.82题艮生皆和物电潮肝帽网国内电动两相至销国万盾36094500537562606730598556S6单车平均带电量KWh0.720.720.720.720.720.72