为何钠离子电池滞后了20年？

• 2月7日消息，宁德时代在投资互动平台表示，公司正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。

• 近日，传艺科技披露，预计今年钠电池出货2-3GWh，三月开始生产，成本控制在0.5元/Wh左右。

• 近日，钠电池企业江苏翔鹰完成A轮融资。据悉，2022年9月，江苏翔鹰的钠离子电池层状氧化物正极材料已经实现3000吨/年规模化生产。

据不完全统计，目前，中科海钠、华阳股份、鹏辉能源、多氟多、孚能科技、传艺科技、维科技术、宁德时代、欣旺达、美联新材已公开宣称最快将在2023年以后形成钠离子电池量产能力。

钠电池量产进入倒计时。

钠电池作为新型电化学储能技术，有望受益于新型储能发展。目前， 技术成熟度较高的电化学储能技术为锂离子电池，其中磷酸铁锂电池已在储能市场实现规模化应用，其循环寿命为5-10年。

与三元锂和磷酸铁锂电池相比，钠离子电池在低温放电、快充方面的性能更优；同时，因为钠金属储备量更丰富，其成本也更具有优势。从快充和低温性能来看，宁德时代此前发布的钠离子电池产品，在充电15分钟的情况下就能达到80%的容量，在零下20℃的低温环境下，仍能保持90%以上的放电保持率。鹰新能源科技自称，其产品目前能达到2000~3000循环性能，甚至4000周以上。

为什么“钠”滞后了20年？

钠离子电池以其丰富的钠资源，和逐渐追赶锂离子电池的性能，正在储能和低速电动车领域形成替代锂电池的潜力。锂和钠在元素周期表上属于同一主族，化学性质相近，也几乎在同一时间起步，但因为更适于锂电池的负极材料的突破，和锂能量密度更高的特性，锂电池一骑绝尘，甩下钠电池二十年。

但自2021年以来，随着更稀缺的锂资源价格飙升，以及储能等新赛道的崛起、钠离子电池本身的技术突破，钠电池又开始重回人们的视野，成为在某些领域替代锂电池的潜在选择。锂钠同时起步，为什么“钠”滞后了20年？

如果我们回顾历史，锂和钠的研究几乎都是在上世纪七十年代起步，在元素周期表上，两者也是同一主族的相邻元素，化学性质相近，但为什么钠的商业化才几乎刚起步，而锂已经如此成熟？

最初锂金属和钠金属同时作为电池负极出现，此时搭配的正极是TiS2（二硫化钛）。但随着持续的研究进展，科学家发现用嵌入化合物来替代金属负极，能有效解决锂枝晶的生长问题，而锂枝晶极大影响了电池的循环寿命和安全性。并且拿层状金属氧化物代替TiS2，能大幅改善电池容量和循环性能。

更大的技术突破来自负极。科学家发现用石墨等碳基材料作为负极，能极大提升电池性能，自1991年开始，锂离子电池的商业化发展步入爆发期，在各种消费电子产品中得到广泛应用。但对于钠离子来说，此时就被“打入冷宫”，因为钠离子相较于锂离子半径更大，石墨嵌锂可以，但嵌钠不太行，这使得钠离子电池的能量密度远不如锂。

除了负极因素，钠离子本身的能量密度也低于锂离子。虽然单个锂离子和钠离子带电量相同，但钠离子摩尔质量是锂离子的3倍、直径是锂离子的1.3倍，导致钠离子电池理论质量比容量和体积比容量小于锂离子电池。

而电池的初期发展需求，来自消费类电子产品，比如笔记本电脑、手机等，要求的是便携、短小轻薄、能量密度高，于是锂电池就迅速把钠甩到了身后。在整个20世纪80年代，到21世纪初，钠离子电池的研究投入大幅度降低，逐渐淡出人们的视野。

直到2000年，低电压、高容量的硬碳材料，终于被科学家发现，它克服了长久以来负极的发展瓶颈，终于使钠离子电池有了商业化的可能性。

但此时下游应用场景依然是对能量密度和便携性要求高的消费电子产品，以及2006年后对能量密度有较高要求的电动车，都使得钠离子在市场上还是被锂离子压制。

根据对学术文献和专利的梳理，中金公司将钠离子电池2010年之后的发展历程，分为了4个阶段：

创新萌发期（2010-2012）：即新技术的第一个上升阶段，主要由技术突破或新增需求引发市场关注度的加速提升；对于钠离子电池来说，此阶段的驱动力(3.410, 0.00, 0.00%)主要来自于对锂离子电池的替代需求。

泡沫过热期（2013-2017）：新技术的关注度和期望出现高峰，逐渐超出市场现实情况和技术实际能力。此阶段市场持续的高度关注推动钠离子技术发展，研究氛围活跃、部分厂商开始入场。

行业低谷期（2018-2020）：新技术由于自身短板，发展出现瓶颈、市场潜力不明朗，导致关注度和期望下滑；由于自身能量密度的限制以及锂离子电池的快速降本，钠离子电池的应用场景局限于储能、中低速车和电动两轮车等方面，导致市场期望的快速下滑、进入低谷期。

复苏爬升期（2021-）：第二个上升阶段，新技术成熟度的增高以及应用场景的完善带来的市场需求的提升，两者共同推动新技术产业化加速。而目前，钠离子电池正处于突破低谷进入复苏爬升期的拐点。

那么经历了20年滞后期，钠离子电池发展的转折点在哪？

主要有两大因素：

一是锂资源快速稀缺，价格飙涨，而钠资源众多，成本低廉；

二是随着储能等新赛道的爆发，以及钠离子电池本身综合性能的提升，一些有不错潜力的应用场景开始出现。

针对第一点锂资源问题，核心是全世界锂资源的分布非常不均，并且可开发储量有限。全球的锂矿资源几乎都聚集在“锂三角”（玻利维亚、阿根廷、智利）和澳大利亚，超过一半（53%）的可开发储量位于南美，分布在智利（42%）和阿根廷（10%）等地；澳大利亚的锂资源可开发储量位列第二，约占全球总量的四分之一，而这些国家对开采多少态度各异。

而锂离子电池的主要产能集中在亚洲，中国高品质锂矿资源相对稀缺，探明量和可开发储量仅占全球的6%和7%，从进口情况来看，截止到 2022上半年，中国锂资源（氢氧化锂）进口依赖超60%。

作为锂资源消耗大国，而自有资源储量又少，在电动车需求暴增的大背景下，锂价急剧攀升。截至2022年12月已突破55万元/吨，相较于2020年7月涨幅近1300%。锂电池材料成本也随之翻倍上涨，产业链利润向上游原材料集中，中下游苦不堪言。

如果我们考虑一种极端情况，在战争或是逆全球化等突发事件之下，如果不考虑进口，那么中国的锂资源什么时候会出现“硬缺口”呢？

按中金公司的预测，中国锂供给的“硬缺口”会在2030年之前就出现。

中金公司的这种测算方法，是把电动车作为碳酸锂的主要下游应用，通过比对中国已探明锂储量在不同开发利用率水平下，对电动车保有量的支撑水平，进而测算锂资源硬约束的时间位置。

从电动车需求端来看，按照公安部数据，2021年底我国电动车保有量达到784万辆，约占全球40~50%，而根据世界能源署的预计，到2030年全球电动车保有量将达到3.81亿辆。假设到2030年中国电动车保有量约为50%、35%、25%（三种假设情形），对应2030年全国电动车保有量约为1.9亿辆、1.3亿辆和0.95亿辆。

中国的锂资源以盐湖卤水型为主，占比达到80%左右，主要分布在青海、西藏等地，但这些盐湖锂含量较低，开采条件不如南美盐湖。那么根据需求端和供给端的情况，我们可以假设出三种情况：

情景假设1：有效开采率100%情况下。我们假设单车带电量为70KWh，根据正极材料体系的差异单车碳酸锂消耗约为34~50kg，在极端情况下，假设已探明的可开采锂资源可以100%有效开发利用，则可以支撑1.83亿辆新能源车的碳酸锂需求。

情景假设2：有效开采率70%情况下，支撑1.28亿辆新能源车保有量碳酸锂需求。

情景假设3：有效开采率50%情况下，支撑0.91亿辆新能源车保有量碳酸锂需求。

综合来说，在100%可开采锂矿利用率的极端假设下，到2030年中国将出现锂供应的“硬缺口”。而这还是只考虑了电动车的消耗，但储能也在快速发展，储能电池也主要是磷酸铁锂电池，也需要大量的锂资源，这会导致越来越稀缺。

当然以上测算只考虑了中国自身的情况下，如果考虑全球资源，市场的预判是锂矿足够未来60-80年的需求，并且锂电池回收也在快速发展。但由于锂资源高度集中在南美和澳大利亚，锂可能会像石油一样，价格并不是由产量来决定，而是根据资源拥有国的生产意愿来决定，作为生产全球65%电池的中国，资源的地缘政治性问题也会凸显。

这时候人们把眼光看向了钠。锂资源本身在自然界的储量就比较低，地壳丰度度仅0.002%，而地壳中含有2.27%的钠，使其成为地球上第七大最丰富的元素，和第五大最丰富的金属，钠与锂还处于同一主族，具有相似物理化学性质。钠分布于全球各地，完全不受资源和地域的限制，资源供应丰富且安全，这是钠离子电池最大的优势。

针对第二点，钠离子电池技术并未被遗忘，也在日趋成熟，并且有更多适合钠离子的应用场景出现。

在近十年内，美国Goodenough等提出普鲁士白正极，中科院物理所胡胜勇等首次提出低成本煤基无定形碳负极材料，研发开始大跨步向实际应用迈进。

自2021年开始，随着储能市场的爆发，钠电池又迎来了新机遇。核心在于大规模储能的首要因素是安全和成本，对能量密度的要求比电子产品或是电动车要弱，这与钠离子电池的特性契合。

从市场角度来说，钠离子电池主要是在储能和动力电池场景的渗透：

储能：储能电池方面，钠离子电池主要针对的是表前侧规模储电，和工商业储能，因为这些领域对电池的能量密度的要求，不体现在钠弱势的体积/质量能量密度，且对安全性、高功率性、低成本更加侧重，所以比较适合钠离子电池。而家储产品，却对体积能量密度需求较高，还是更适合锂电池。

动力电池：主要针对A0或A00级电动车（小型车和微型车），A0或A00级平均单次充电里程要求较低、单车配电在10-20KWh，车身空间较为充裕，对动力电池能量密度要求较低；且一般使用家用充电桩即可完成充电，充电便捷性高，因此比较适合钠离子电池。而在低速两轮车方面，钠离子电池也有替代铅酸电池的可能性。此外，在商用车方面，对于日营运里程在50-150公里之间的城市公交，以及厂区所用的叉车或AGV，也都比较适合钠离子电池。

在应用场景方面，虽然钠离子电池在能量密度方面不如锂离子电池，但原材料成本较低、低温性能和安全性良好，非常适合大规模储能的应用场景。以及目前钠离子电池的性能和成本，也能够匹配部分商用车以及中低速电动车的动力电池，在这些领域有望替代部分锂离子电池，缓解锂资源不足。

按中金公司预测，预计到2025年全球钠离子电池需求规模约为67.4GWh，渗透率达到3.5%，从结构上来看，2025年储能的表前市场有望成为最大的下游。

如今，有很多市场预测认为，2023年会是钠离子电池产业化的元年。当然，钠电不可能完全取代锂电，当下还存在能量密度和综合成本的劣势，但钠电的产业化速度会更快，因为它的生产工艺与锂离子电池趋同，设备可迁移，产业链可复刻。

产业链与成本优势，是钠电池抓住锂价波动的契机，从新电池中率先突围的根本。

产业链方面，钠电产业链的潜力是基于对锂电的可迁移性。对锂电产业链多年实践的借鉴是钠电在短时间内实现迅速成长的强驱力；成本方面，理想情况下，钠电池整体材料成本较锂电池低30%-40%。

据中科海钠创始人胡勇胜此前判断，钠电池成本将分三阶段发展：推广期 0.5-0.7元/Wh；发展期0.3-0.5元/Wh；爆发期0.3元/Wh 以下。

相关机构测算，行业内，目前钠电池综合成本约在0.9元/Wh，总体高于推广期。但从相关产品数据看，部分企业已在钠电池成本控制上取得了阶段性进展。中科海钠和华阳股份的1GWHh产线投产后电池成本大概在0.5-0.7元/Wh；传艺科技近日披露公司成本可控制在0.5元/Wh，稳定后可维持在0.45元/Wh。

可以看到，以产业链潜能为底座，低成本为发展方向，钠电池的快车将驶入追求极致性价比的能源赛道。