2024年中国钠离子电池报告-提质降本探索钠领新未来

2024提质降本，探索钠领新未来提质降本，探索钠领新未来1.1研究背景与目的：“碳中和”目标推动新能源产业发展从工业时代开始，因人类活动而造成的温室气体排放量持续增加对气候产生了影响，气候变化所带来的极端天气等因素对人类的生存产生了极大的威胁。在此背景下，为抑制全球变暖，全球范围内“碳中和”概念被提出，我国进而提出“3060”碳中和目标，使得新能源汽车、电化学储能等新能源重点产业得到了大力发展，锂电池亦在该过程中得到了成熟应用。 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.2-0.4-0.6-0.8 NOAANationalClimaticDataCenter1880188518801885189018951900190519101915192019251930193519401945195019551960196519701975198019851990199520002005201020152020——NASAGoddardInstituteforSpaceStudies——JapaneseMeteorologicalAgency——MetOfficeHadleyCentre/ClimaticResearchUnit“3060”“3060”大力发展新能源汽车、电化学储能等新能源领域的应用成为我国产大力发展新能源汽车、电化学储能等新能源领域的应用成为我国产业发展的重要举措，目前已实现了锂离子电池的成熟应用。资料来源：UNEP；NASA；NOAA；IMA；MetOffice；StockholmEnvironmentInstitute前瞻产业研究院整理1.2研究背景与目的：全球范围内锂资源短缺趋势明确在全球新能源汽车高速发展和储能需求持续扩增的背景下，锂离子电池的生产制造规模显著增长。当前，根据美国地质调查局（USGS）发布的数据，2023年全球锂资源量约为1.05亿吨,锂储量为2800万吨，全球锂矿（按锂金属量计）约为18万吨，结合LESC的预测数据，未来锂资源的供应量将远远落后于新能源交通工具及电力基础设施对锂资源产生的需求，锂资源短缺的现状将在中长期时间段内对未来全球碳中和目前的推进带来不利影响。资料来源：LESCUSGS前瞻产业研究院整理1.3研究背景与目的：钠电具有对锂电的替代潜力在锂资源短缺的背景下，由于钠资源在全球范围内储量丰富，因此钠离子电池对锂离子电池的替代逐渐成为了新能源行业研究关注的重点内容，由于钠电池在低温性能、耐过放电、安全性和环保性等方面展现了其优秀的性能提升潜力，因此被认为是锂离子电池的潜在替代产品之一，具有广阔的应用前差差优优优差2.1.1钠离子电池概述：工作原理与分类钠离子电池是一种以钠离子为电荷载体的充电电池，其工作原理及结构与锂离子电池相似，差别只在利用在元素周期表同组、化学特性相近的钠取代锂。实际工作场景中，充电时，钠离子（Na+）从正极材料脱出，正极发生氧化反应，经过电解液和隔膜扩散到负极。在放电时，Na+从负极材料中脱出，外电路中电子也随之移动来保持电荷平衡，经过电解液和隔膜嵌入到正极材料中。钠盐电池是钠/金属氯化物电池，其正极为金属钠，负极为金属氯化物，电解质为β-Al2O3陶瓷和钠-空气电池钠-空气电池以金属钠作为负极材料，空气中的氧气作为资料来源：《钠离子电池层状氧化物正极材料的结构设计与储钠研究》前瞻产业研究院整理2.1.2钠离子电池概述：发展历程钠离子电池从理论提出起至今曲折发展，经历了理论建构期、产业复苏期以及产业爆发期三大阶段。理论初步发展理论建构期理论初步发展理论建构期商业化初探产业复苏期商业化初探产业复苏期商业应用提速产业爆发期商业应用提速产业爆发期1979硬碳负极材料被发现，这种材料具有优秀的钠离子嵌脱性能，钠离子电池领域资料来源：前瞻产业研究院整理2.1.3产业结构：钠离子电池产业链体系与锂电有所相似钠离子电池的制造和锂离子电池的制造有所兼容，可以沿用锂离子电池设备，钠电池产业链相较于锂电池主要变化在中游和正极材料。钠电池的产业链结构与锂电池类似，负极、电解液、隔膜基本保持目前的竞争格局，集流体不再需要铜箔。主要技术路线的电池企业不同，所需要的正极材料或其关键材料也不同。由于产业体系在商业化初期，竞争格局还需继续跟踪，相关龙头企业仍然具有先发优势。钠离子电池制造钠离子电池制造资料来源：前瞻产业研究院整理2.2.1全球市场现状：2023年市场规模超3亿美元当前，钠离子电池在全球范围内已实现了小规模生产以及特定场景的示范应用，2023年全球市场规模达3.2亿美元，预计到2030年将接近10亿美元。其中，钠硫电池由于具备高能量密度、长时间循环稳定性等特点，在电网级储能及短途交通运输领域率先对锂离子电池形成了替代，并占据了全球钠离子电池市场的最主要收入份额，占比约为52%。2023-2030年全球钠离子电池市场规模（亿美元）2023年全球钠离子电池市场结构（%）0复合增长率16.3%资料来源：GrandViewResearch、前瞻产业研究院整理2.2.2全球代表性厂商：陆续布局细分领域商业化应用全球钠离子电池市场覆盖的主要地区是北美、欧洲、亚太地区。从具体国家来看，全球布局钠离子电池的国家主要有美国、英国、法国、中国、日本、瑞典与澳大利亚等。当前，全球市场代表性厂商产品路线初步形成，全球厂商陆续推进钠离子电池产能建设以及商业化应用成果转化，其中，英国Faradion已在2022年布局钠离子电池光伏电站储能领域的应用，瑞典ALTRIS已在钠离子电池汽车低压电源应用领域进一步开展有关布局，表明探索钠离子电池在细分领域的商业化应用是当前全球钠离子代表性厂商的主要布局方向。全球钠离子电池行业主要企业产品路线及商业化进展情况目前已实现与印度IPLTech公司、ICMAustral供应订单，2022年联合AceOn将钠离子电池应用于光伏电站储能/2024年5月与柯锐世钠离子电池在汽车低压电源领域应用的联合/2024年5月与柯锐世钠离子电池在汽车低压电源领域应用的联合资料来源：资料来源：前瞻产业研究院整理2.3.1中国市场现状：2023年钠离子电池实际出货量为0.7HWh根据EVTank的数据显示，2023年中国钠离子电池实际出货量为0.7GWh，尚未步入规模化发展阶段。结合中国主要电池平均价格的走势来看，尽管钠离子电池在潜在生产成本上有所优势，但规模化效应尚未形成等因素，导致钠离子电池在销售渠道中价格优势并不明显，总体来看，我国钠离子电池商业化发展路径亟待进一步探索。约5.5亿元约5.5亿元●三元锂电池磷酸铁锂电池钠离子电池铅酸电池2.3.2中国市场现状：代表性厂商生产有望逐步起量从国内代表性厂商的产线布局情况来看，钠离子电池产能建设逐步进入爆发期，目前已有近20家企业明确钠离子电池产能规划，部分企业产能规划达GWh级，并实现了产品下线，表明中国钠离子电池产业逐步进入产品量产阶段。企业名称时间项目状态广东惠州大亚湾科翔8GWh钠离子储能电池及相关产品项资料来源：前瞻产业研究院整理2.3.3政策布局：由地方立项到全国统筹推进产业高质量发展重点政策促产业高质量发展2023年1月2023年1月，工信部《工业和信息化部等六部门关于推动能源电子产业发展的指导意见》加快钠离子电池行业标准体系研究2022年3月2022年3月，工信部《“十四五”新型储能发展实施方案》支持开展钠离子电池关键核心技术攻坚2021年8月，国务院《对政协第十三届全国委员会第四次会议第4815号<关于在我国大力发展钠离子电池的提案>的答复》中表示大力支持钠离子电池发展，加强相关政策规划布局。2021年7月2021年7月，国家发改委《关于加快推动新型储能发展的指导意见》支持钠离子电池技术开展规模化试验示范地方立项支持技术研究2019年2019年，上海市《2019年度“科技创新行动计划”社会发展科技领域项目指南》提及支持钠离子储能电池系统关键技术及装置研发应用研究2018年2018年，湖北省沧州市发布《关于组织申报新能源与智能电网装备、新能源汽车与智能网联汽车、高端装备制造发展专项项目的通知》支持钠离子电池的开发与产业化从政策支持来看，我国钠离子电池产业发展起步于地方项目，目前已进入全国统筹推进产业高质量发展的阶段，地方亦针对性出台政策深化布局钠电核心技术研发及应用。全国重点省市钠离子电池政策布局情况资料来源：前瞻产业研究院整理2.3.4中国区域市场情况：江苏省现有产能规模最大从全国钠电项目投产区域分布情况来看，截至2023年，江苏省为我国现有产能规模最大的省份，产能占据全国钠电现有产能的45%。从2023年中国各省市钠电项目投资情况来看，安徽省以超过350亿元的投资额位列首位，表明安徽省未来有望在钠电领域实现高速发展。02.3.5国内投融资活动：钠电产业逐步成为重点关注对象2018年以来，钠离子电池产业逐渐发展成为我国资本市场关注的重点之一，创投融资活动持续活跃，投融资事件数量从2018年的三起上升至2023年的56起，其中，中科海纳、零壹肆、珈钠能源等厂商均为资本市场的重点投资对象。2018-2024年中国钠离子电池投融资事件数量（起）02024年钠离子电池代表性投融资事件时间企业名称主营业务融/ 料//2.4.1技术进展：钠离子电池工艺流程概述钠离子电池整体工艺流程与锂电池类似，总体分为原材料制备、电极制备、电池装配、成品检测等步骤，其中电极制备为钠离子电池生产工艺流程的重点，涉及生产工艺中的多个核心环节。电极制备电极制备重点环节资料来源：前瞻产业研究院整理2.4.2正极材料工艺路线：主要分为四大类正极路线主要包括过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士化合物和非晶态材料四种路线。其中过渡金属氧化物和普鲁士化合物为企业生产的重点关注路线，其中，中科海钠、钠创新能源和Faradion重点关注过渡金属氧化物工艺路线，而宁德时代、星空钠电和NatronEnergy等代表厂商则更加侧重于关注普鲁士化合物的工艺路线。钠离子电池正极材料工艺路线对比材料说明优势劣势定的空间顺序排列的固体，原子排布上表现稳定性和耐酸碱性差资料来源：《钠离子电池关键电极材料研究进展》前瞻产业研究院整理2.4.3负极材料工艺路线：硬碳负极商业化进展顺利钠离子电池的负极材料包括金属化合物、碳基材料、合金材料和非金属元素。其中，碳基材料因其来源广泛、钠储存能力强，已成为钠离子电池当前负极材料的重点研发方向。由于硬碳负极具有优异的快充、高容量性能，目前已成为商业化进展最为顺利的负极材料。钠离子电池负极材料工艺路线对比维度石墨硬碳软碳高高高资料来源：前瞻产业研究院整理2.4.4电解液工艺路线：溶质以钠盐为主电解液负责离子在正负极之间的传输，对钠离子电池的能量密度、循环寿命和倍率性能产生直接影响，因此在钠离子生产工艺的改进中起到了重要作用。电解液的主要构成包括溶质、溶剂和添加剂,其中，由于钠盐具有良好的离子导电率，因此溶质以钠盐为主。钠离子电解液的构成剂剂钠离子电池用钠盐主要指标分析分类分解温度(℃)温度℃（质量损失%）强酸电导率4资料来源：《有机电解液在钠离子电池中的研究进展》前瞻产业研究院整理2.4.5行业技术投入现状：研发投入规模高增2018-2023年期间，中国钠离子电池行业相关厂商研发投入规模呈逐年增长的趋势，并保持较高增速；研发投入强度呈波动增长趋势，2023年，中国钠离子电池行业研发投入规模达557.19亿元。研发人员方面，2023年，中国钠离子电池行业相关上市企业平均研发团队规模达到1055人，表明中国钠离子电池行业研发团队规模正进一步壮大。2018-2024年中国钠离子电池行业研发投入现状（亿元，%）2018-2023年中国钠离子电池行业研发人员情况（人，%）0注：研发投入力度为行业上市企业研发投入总额，研发投入强度为行业研发投入占营业收入的比重。0研发人员数量（人）研发人员占比（%）注：为通过钠离子电池概念股财务数据统计得到资料来源：前瞻产业研究院整理2.4.6科研创新现状：专利申请进入爆发阶段根据incoPat数据，2011-2024期间，中国钠离子电池专利申请及公开数量呈波动上升趋势，2023年，中国钠离子电池钠离子电池专利申请数量为3446项，中国钠离子电池专利申请进入爆发阶段；申请机构方面，截至2024年10月，中南大学为钠离子电池领域专利申请规模最大的机构，共有410项相关专利申请记录。0日；广东邦普循环科技有限公司及湖南邦普循环科技有限公司为共同申请人，因此统一作统计2.5.1动力领域场景需求：2029年需求规模有望突破150亿元动力领域，钠离子电池主要在短距离纯电动汽车以及电动两轮车领域具有较为广阔的潜在应用潜力。2018-2023年期间，我国纯电动汽车销量呈逐年增长态势，2023年达668.5万台，与此同时，两轮电动车销量亦呈稳步上升态势。随着钠离子电池在动力领域的渗透率提升，前瞻初步测算到2029年，中国动力领域钠离子电池需求前景将达到38GWh，市场规模约为152亿元。2018-2024年中国纯电动汽车销量及增速（万台，%）2024-2029年中国动力领域钠离子电池需求前景（GWh，亿元）02018-2023年中国两轮电动车销量及增速（50 02.5.2储能领域场景需求：中短期内钠电储能规模有望快速增长当前，储能领域为我国钠离子电池商业化应用的重点领域，2016-2023年期间，中国储能行业投运累计装机规模持续增长，在2021年进入快速增长阶段。工信部提出，高性价比的钠离子电池有望成为锂离子电池的重要补充，尤其是在固定式储能领域将具有良好发展前景，综合来看，中短期内钠电储能规模有望快速增长，前瞻初步统计到2029年，中国钠电储能领域应用规模将接近2500MWh。2016-2023年中国储能行业已投运9080706050403020050%86.545%45%40%35%30%25%20%15%10%5%86.50%20162017201820192020202120222023已投运累计装机规模（GW）同比增长（%）02.6.1重点企业布局：中科海纳公司聚焦新一代储能体系-钠离子电池研发与生产，重点产品为低成本、长寿命、高安全、高能量密度的钠离子电池产品，潜在应用领域覆盖低速电动车、规模储能、电动汽车、国家安全等，同时，公司具备供应钠离子电池正负极材料与电解液产品的能力。企业产品布局产品类别产品类别型号应用领域钠离子圆柱电池NaCR26650、产品体系性能指标路线优势路线缺陷发展方向企业技术路线成本优势不明显，有机体系存在2.6.2重点企业布局：宁德时代公司是全球领先的新能源创新科技公司，在电池材料、电池系统、电池回收等产业链关键领域拥有核心技术优势及前瞻性研发布局，公司于2023年底实现了第一代产品的量产，目前正推进第二代产品开发，着力推动钠离子电池产业化，发挥特定应用场景使用优势。企业钠离子电池商业化应用进程宁德时代披露公司正在开发能量密度为200Wh/kg宁德时代钠离子电池首发落地奇瑞车型。同时，奇宁德时代通过首创的AB电池系统集成技术，实现钠锂混搭，提高电池系统的能量密度，使钠离子电池宁德时代发布其第一代钠离子电池产品，一代电池产品体系性能指标发展现状发展方向企业技术路线率侧重钠电池在汽车领域的应用，提升钠2.6.3重点企业布局：钠创新能源公司侧重于钠离子电池材料的研发与生产，公司的正极材料及其电解液已经在宁德时代、比亚迪、中兴派能、南都电源、猛狮科技、捷威动力、维科技术、超威科技、天能电池等20多家电池制造企业进行验证，公司的圆柱型、软包型钠离子电池的性能已经达到家用储能、微型电动车、移动基站应用要求。企业正极材料产品布局域产品体系产能布局发展现状企业技术路线铁酸钠基正极材料湿法合成工艺路线子电池正极材料最大的生产基地之一料的性能优化，提出了多功能改性策略，进一步增强正极材料的结构稳定性和环境稳定性3.1.1成本挑战：当前钠电生产成本与理论成本仍存巨大差距尽管钠离子电池的原材料成本相对较低，但目前钠离子电池理论成本优势尚未体现出来，出货量及产业化发展不及预期。当电池级碳酸锂价格在20元/Wh以下时，钠离子电池目前的平均生产成本仍在三元锂离子电池、磷酸铁锂电池和铅酸电池等竞品之上。2023年钠离子、锂离子、铅酸电池生产成本对比（元/Wh）本：0.3-0.4元/Wh本：0.3-0.4元/Wh三元锂电池磷酸铁锂电池铅酸电池钠离子电池电池级碳酸锂均价与锂离子电池均价走势对比（万元/吨，元/Wh）2021.62022.12022.62三元锂电池（元/Wh）磷酸铁锂电池（元/Wh））（3.1.2性能挑战：能量密度等性能与锂电池存在差距钠离子的离子半径比锂离子大，且钠的相对质量比锂大，导致钠离子电池在能量密度上存在天然劣势。意味着在相同体积或重量的情况下，钠电池储存的能量要比锂电池少。对动力领域而言，直接关系到电动车的续航里程；对于储能领域而言，则关系到系统单位体积内的储能容量和效率。<自身元素特性限制低，体积膨胀较大钠离子电池的（体积/质量）能量密度低钠、锂电池能量密度对比（W·h/kg）资料来源：前瞻产业研究院整理3.1.3配套挑战:产业链体系仍在逐步构建中目前，钠离子电池的产业链体系建设仍在推进中，面临材料供应不稳定、缺乏标准生产设备、缺乏适配电子元器件、产品测试标准不统一等问题，给钠离子电池规模化生产与应用带来更高的壁垒与挑战。缺乏标准化生产设备缺乏适配的电子元器件未形成稳定的材料供应链产品测试标准尚不统一资料来源：前瞻产业研究院整理3.1.4应用挑战：竞争地位被动，市场化路径亟待探索钠离子电池作为一种新兴技术，在技术成熟度与市场认可度方面均存在不足，这直接导致了其在市场应用的竞争中处于被动地位。碳酸锂价格回落时，企业和资本布局的热情或将消退，给钠离子电池产业化发展带来更大挑战。当前钠离子电池的技术路线尚处于探索阶段，量产产品的正负极材料及电解液组合形式多样，各大生产商的技术方案呈现“百家争鸣”的局面，尚未有一种技术方案展现出明显的“主导”地位。正由于能量密度等性能的差距，导致钠离子电池的应用空间受碳酸锂价格波动的影响较大。当碳酸锂价格回落时，钠电池的“性价比”优势便迅速减弱，再加上技术进展不如预期，企业和资本对钠电池的热情正由于能量密度等性能的差距，导致钠离子电池的应用空间受碳酸锂价格波动的影响较大。当碳酸锂价格回落时，钠电池的“性价比”优势便迅速减弱，再加上技术进展不如预期，企业和资本对钠电池的热情便会降温，导致钠离子电池应用在与锂离子电池的市场竞争中较为被动。资料来源：前瞻产业研究院整理3.2.1应对策略：技术研发创新，生产工艺优化针对钠离子电池在制备成本、电池性能、材料供应等方面的挑战，最主要的应对策略是依托国家级创新平台、产业链企业、高校院所、整车企业等，实现技术研发瓶颈的突破，关键在于正负极材料、电解液的研发创新，以及生产工艺的优化。提高能量密度重点通过研究高性能的钠离子电池关键电极材料，使用具有较高理论比容量的提高能量密度重点通过研究高性能的钠离子电池关键电极材料，使用具有较高理论比容量的金属钠作为负极，提高电池包成组效率等方式，提高钠离子电池能量密度。延长循环寿命重点通过固相法制备富钠正极材料，采用硬碳作为钠离子电池的负极延长循环寿命重点通过固相法制备富钠正极材料，采用硬碳作为钠离子电池的负极提高热稳定性重点通过优化电解液的材料和配方，探索在有机溶剂中具有良好溶解性提高热稳定性重点通过优化电解液的材料和配方，探索在有机溶剂中具有良好溶解性的非氟化盐以及固态电解质的路径，提高钠电池降低制备成本重点通过优化生产工艺、提高生产效率以及开发低成本的材料，实现规模化降低制备成本重点通过优化生产工艺、提高生产效率以及开发低成本的材料，实现规模化资料来源：前瞻产业研究院整理3.2.2应对策略：完善产业配套，推动应用拓展同时，需要国家持续重点支持，将政府和市场的作用有机结合，促进钠离子电池产业协同与配套完善，建立标准体系，推动产品应用示范，提升社会认知度。加强产业链上下游企业的合作，加快形成稳支持钠离子电池标准生产设备、适配电子元资料来源：前瞻产业研究院整理4.1技术研发趋势：致力于实现多项性能与成本的均衡提升根据碳酸锂的历史价格走势，未来两三年仍将是锂价的低价周期，期间钠离子电池难以取得成本优势。然而，这也正是钠离子电池练‘内功’的发展窗口期。推动低成本、高密度、长寿命、高稳定钠离子电池技术研发，必然是未来钠离子电池产业化发展的长期攻关方向。的三大主流钠离子电池正极方案，三者各有优劣势。但由于层比容量（决定电池能量密度）上的额显著优势，其被认为是正极材料通过化学反应储钠机制大幅提升比容量，是解决钠离子电池钠元素和锂元素的自身结构和化学性质差异，钠离子固态电解质的•AI•AI技术应用：通过AI技术赋能钠离子电池材料开发和资料来源：前瞻产业研究院《钠离子电池大规模产业化应用现在与未来——从技术出发，前瞻产业未来》4.2.1应用场景趋势：储能电站领域钠电项目已逐步落地随着中国钠离子电池投产逐步上量，中国钠离子电池储能电站项目逐步落地，在储能领域率先对锂电实现了替代，亦表明钠离子电池储能为当前我国钠离子电池应用的核心领域。大唐湖北100兆瓦/200兆广西南宁全球首个10MWh广西南宁全球首个10MWh钠离子电池电网侧储能电站项目科技创新示范项目江苏溧阳全球首座江苏溧阳全球首座100千瓦时钠离子电池储能电站项目微网系统项目微网系统项目资料来源：前瞻产业研究院整理钠离子电池在-40℃至80℃之间可正常工作，具备良好的宽温特性。在-20’C的温度下，部分钠离子电池产品的容量保持率接近90%，而磷酸铁锂电池和铅酸电池仅能达到70%和48%。基于钠离子电池在低温环境下展现的卓越性能，使其有望成为推动新能源交通工具在气候寒冷地区进一步应用普及的关键因素。高功率钠离子电池高低温充放电性能钠离子电池与其他电池-20℃容量保持率对比磷酸铁锂电池铅酸电池钠离子电池资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》《极地超低温环境下磷酸铁锂电池容量估计》等前瞻产业研究院整理特定应用场景4.2.3应用场景趋势：更多细