重磅！钠离子电池正负极迈入工业化？

锂离子电池、钠离子电池等新型电池作为推动新能源产业发展的压舱石，是支撑新能源在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域广泛应用的重要基础，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键支撑之一。

近年来，国内有关部门积极推动新型电池发展。工信部表示，国内有关部门高度重视新型电池产业发展，从加强行业管理、统筹产业规划、支持技术创新、加快标准建设等角度出发，采取一系列措施促进新型电池产业健康有序发展。并长期以来积极推动新型电池产业发展。

一是制定发布《信息产业发展指南（2016—2020年）》，推动新型电池技术进步和创新升级，支持钠离子电池、液流电池等新型电池产业发展。

二是积极开展电池领域相关标准研制工作，推动将技术创新成果转化为标准，规范和引领产业高质量发展。

三是支持电池检测平台建设，指导组建国内动力电池制造业创新中心，统筹资源推动产业技术进步，支持新型正极材料等关键技术攻关和产业化。

同时，根据产业发展进程适时完善有关产品目录，促进性能优异、符合条件的钠离子电池在新能源电站、交通工具、通信基站等领域加快应用；通过产学研协同创新，推动钠离子电池全部商业化。

这意味着钠离子电池有望迎来国内政策支持，商业化进程有望获得政策助力。截止目前，我国钠离子电池行业企业数量较少，拥有相关专利技术的钠离子电池产业链公司主要包括宁德时代(300750)、中科海钠、钠创新能源、鹏辉能源(300438)、欣旺达(300207)、中国长城(000066)、圣阳股份(002580)、格林美(002340)等。

在负极材料家族中，当前主流的有四种路线，即金属化合物、合金材料、非金属单质、碳基材料四类：

1）金属化合物：金属氧化物、硫化物和硒化物为主要代表，金属合金材料在放电过程低电位时与钠发生合金化反应，充电过程高电位时发生去合金化反应，该类材料往往理论可逆比容量高，输出电位较低(<1v)，但反应过程中体积变化巨大(往往>200%)，使得材料在循环过程中容易破裂影响性能。

2）合金类材料：依靠负极材料与锂或钠相互作用形成合金，进而产生电化学反应，确保电池的正常运作。与锂离子电池有明显区别的是，钠离子本身相对于锂离子有更大的离子半径，因此金属钠与负极材料在形成合金时所导致的体积膨胀也更为明显。

3）非金属单质：与碳同族的元素，磷和硅成为近年兴起的方向，研究成熟度还不高。其中紫磷加热易形成白磷，白磷具有不稳定的化学性质，紫磷和白磷均不能作为电极材料；红磷导电率低以及体积膨胀问题难解决；黑磷有皱褶的层状结构，高导电等特点，但制备较难。

4）炭基材料：负极碳基材料优选硬碳，结构更稳定对应电池循环寿命更高通常用硬碳代替石墨作为负极活性材料，石墨对钠离子的储存能力差石墨材料因为结构关系，无法满足为钠离子提供足够的移动空间。

钠离子电池的负极材料性能比较

硬碳作为钠离子负极材料在比容量、首次充放电效率、电位平稳性等方面均优于软碳，其比容量可达到350mAh/g以上。因此，硬碳更适合作为钠离子电池负极材料，软碳则主要用作人造石墨原料，或者作为掺杂、包覆材料改性天然石墨、合金等负极材料。

在负极设计中，提升储钠容量和首周库伦效率是关键考虑因素，需要同时考虑前驱体选择和微孔结构调控，而生物质基硬碳兼具低成本和高性能优势，是很具吸引力的钠电负极前驱体之一。

根据测算，随着钠离子电池在储能市场及两轮车市场的快速渗透，2030 年负极需求近40 万吨。从供给端看，椰壳、杏壳等生物质基供应充足；酚醛树脂等高分子聚合物行业供大于求，钠电新需求有望加速行业出清；无烟煤作为软碳主要前驱体原料，价廉量多，钠电有望助力前沿企业挖掘新机会。

产业链上游：

电池原材料

由于钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，很多材料和工艺可以复用，从原材料的方面看来也是如此。

在原材料方面，钠离子电池和锂离子电池首先最明显的区别就是工作离子的不同。锂离子电池一般使用碳酸锂作为原材料，而目前实验室中合成钠离子电池用正极材料，钠的来源十分广泛，包括碳酸钠、碳酸氢钠、醋酸钠、草酸钠、柠檬酸钠、硝酸钠、氢氧化钠甚至偶见关于金属钠的讨论，但是大规模工业生产对于成本、工艺安全性、酸碱性都有一定的要求，最有可能成为工业生产原料的还是碳酸钠（即纯碱），其他材料因为成本、安全性或物化指标的原因，或多或少存在一定的缺陷。与锂资源在全球分布不均且稀少的情况相反，钠资源在全球广泛分布，其在地壳中的丰度位于第6位，我们日常食用的食盐就是最常见的钠盐——氯化钠。最常见的氯化钠来源有海盐、湖盐以及岩盐（矿盐）等。

其他原材料有作为电极正极材料的锰、铁、钴、铜、镍等，作为电极负极材料的碳、钛、磷等，以及作为集流体材料的铝。

产业链中游：

钠离子电池工作原理：

主要依靠钠离子在正极和负极之间移动进行工作：充电时，钠离子从正极脱嵌，在电解液中游动穿过隔膜嵌入负极，负极处于富钠状态；放电时则相反。

电池种类：电芯的类型从结构上分类主要包括软包电池和圆柱形电池；从材料体系分类包括固态钠离子电池、钠硫电池、室温钠离子电池、zebra电池等。

电池生产：由于钠离子电池工作原理以及电池材料与锂离子电池高度相似，电池生产的工艺和设备可以复用。

电池系统：由于钠离子电池的商业化水平仅处于起步阶段，对电池系统的研究也相对较少。宁德时代在电池系统集成方面开发了AB电池系统解决方案，即钠离子电池与锂离子电池两种电池按一定比例进行混搭，集成到同一个电池系统里，通过BMS正确算法进行不同电池体系的均衡控制。

产业链下游：

应用市场

目前的二次电池市场，锂离子电池是主力和核心。基于新能源汽车需求持续增长，尽管锂离子电池相对没有明显的性能限制，但碳酸锂和钴酸锂等原材料的来源变得越来越困难。2010年后，随着电池组尺寸和安装数量的增加，锂资源越来越难以满足需求。因为钠离子电池在本质上拥有最与锂离子电池性能相匹配的潜力，因此钠离子的研究重新开展。

尽管钠离子电池研发的初衷是用来补充和替代锂离子电池在动力电池领域的应用，但是由于目前钠离子电池的能量密度不及锂离子电池，在高速电动汽车领域锂离子电池的主导地位目前无法撼动；而在固定储能方面，由于对体积和质量要求不高，钠离子电池有广阔的前景。

由于钠离子电池的商业化处于起步阶段，因此对产业链下游的分析更多在于预测和展望。

负极材料市场份额分析

中国厂商占据全球负极材料 86%市场份额。据 EVTank 统计，2021 年中国负极产量的全球占比由 2020年的 77.7%进一步提升至 86.1%以上。其中行业前沿的贝特瑞全球出货量市占率为 19%，杉杉股份、璞泰来和凯金能源出货量比较接近，分别占据了全球 10%以上的市场份额。国内二线厂商主要包括尚太科技、中科电气及翔丰华等，21年的全球市占率分别为 8%、7%和 4%。

2018 年以来行业集中度出现下滑，预计未来随着头部厂商的大规模扩产，集中度将会回升。随着下游需求的迅速提升，头部厂商由于产能有限，满产满销，部分中小厂商得以收获更多订单，挤占了部分市场份额。21 年行业 CR3 下降，而 CR6 有所提升，主要由于行业石墨化供给紧缺，优先供给 Top6 厂商，中小企业产能利用率 降低，推高了行业 CR6。未来头部厂商积极扩产，并且主要建设包含石墨化产能在内的一体化生产基地，以确保自身的产能利用率，预计行业集中度将会提升。

负极材料与锂电其他环节相比，国内厂商的全球市占率较高。横向比较 2021 年 锂电各类材料国内产量占全球的比例，负极材料高于其他环节，体现出中国负极厂商 在全球锂电供应链的强势地位。不过负极材料在国内市场的集中度相对较低，一大厂商市占率为 22%，CR3为 47%；与隔膜 42%的前沿市占率，66%的 CR3 相比还 具有提升空间。

头部厂商对于国际客户的开拓优于二线及以下厂商。贝特瑞覆盖了包括松下、 宁德时代、比亚迪、三星 SDI、LG 化学、韩国 SK 等国际主流客户群体，2021 年实 现海外收入 26.67 亿元，占整体营收 25.4%，海外收入规模及比例位居行业首位。璞 泰来除了国内头部电池厂以外，进入了国际客户 LG 新能源及三星 SDI 的供应链，近年来海外收入规模逐年增长，由 17 年的 1.79 亿元提升至 21 年的 17.67 亿元。凯金 能源和尚太科技主要供应宁德时代，根据其各自的招股说明书公告，2019-2021H1 两家企业对宁德时代的销售金额占总收入的比例均在 50%以上。

各厂商负极销售单价呈现出较明显的分化。璞泰来主打高端人造石墨，销售单价 明显高于其他厂商；贝特瑞是全球天然石墨领域的前沿，其产品价格天生低于人 造石墨；杉杉股份对于人造石墨的高中低端产品均有涉及。二线企业普遍专注中低端 产品，价格带相对头部厂商较低。2021年负极厂商盈利能力主要受石墨化自给率影响。受 2021 年石墨化产能紧缺，加工费上涨的影响，石墨化自给率相对较低的厂商贝特瑞、中科电气、翔丰华等负极 材料毛利率出现明显下滑，分别下降 5.47/7.64/2.66 pct；而石墨化自给率较高的璞泰来（负极毛利率-1.6pct）和杉杉股份（负极毛利率+0.9pct）受到的影响较小。而可实现石墨化全部自给的尚太科技，18-20 年毛利率居于各厂商首位。

展望未来

实现“2030碳达峰”和“2060碳中和”是我国为应对全球气候变化和环境污染带来的挑战而作出的重大战略决策，也是我国能源技术未来的发展方向。随后的《行动方案》中指出“在2030年新增新能源，清洁能源动力比例达到40%，民用运输机场内车辆设备的电动化”。而新能源的核心技术之一在于电池技术的突破，但是目前成本逐渐上升和资源日益匮乏的锂离子电池已经不能够满足能源领域不断增长的需求。因此，发展成本低廉、资源丰富、安全性高的钠离子电池势在必行。而硬碳作为仅有的可能商业化应用的负极材料受到了广泛的关注。因此设计合成钠离子电池硬碳负极材料以及研究其储钠机理，对促进钠离子电池的产业化应用和新一代新能源储存和转换的发展具有十分重要的意义。以下几点是后续研究的主要关注点：

（1）硬碳的储钠性能通常和前驱体以及高温热解工艺密切相关。尽管通过前驱体的合成和选择、预氧化、高温碳化工艺、以及其他工艺处理方法（球磨和冻干等）能够调控硬碳材料的微观形貌和理化性质，但是目前还没有一个清晰统一的认知。因此，研究合成和热解工艺与储钠性能之间的内在联系非常重要，并也能够有效指导硬碳材料的设计合成。

（2）目前硬碳材料的成本问题仍然是限制其商业化应用的瓶颈之一。因此，在确保电化学性能的同时降低其使用成本是调控硬碳材料合成中亟需解决的问题。

（3）虽然随着近年来研究的不断深化，硬碳的储钠机制也取得了很大进展，但硬碳材料差的倍率性能、在低压平台区慢的离子扩散、以及尚不清晰的储钠机理都极大地影响了硬碳材料的实际应用。因此还需要我们进一步研究开发高性能的硬碳材料，同时对硬碳储钠机理的清晰认识也有利于硬碳负极材料的进一步研发和实际应用。

（4）电解液作为电池体系重要的反应介质极大地影响着电池的性能。相对于酯类电解液体系，硬碳负极材料在醚类电解液体系中具有更高的倍率性能和循环稳定性，这被归属于薄且稳定的SEI膜的形成。因此，还需要进一步深入地从电化学、扩散动力学以及一性原理相结合等方式深入研究其作用机理，为高性能电解液体系的调配提供指导。

苏州易拓联国际贸易有限公司成立于2017年，是专业的椰壳炭原料和椰壳活性炭的供应商和贸易商，在中国国内与越南、印尼、菲律宾等东南亚原产国都设有生产基地。我司在椰壳质原料综合应用领域一直努力，优质的产品，真诚的服务，用心服务好每一个客户；以实际行动践行企业社会责任，为新材料事业发展贡献力量；以新材料事业深刻的使命感推动人与自然和谐共赢的良性交互，促进新材料产业的快速发展。