水系钠离子电池行业分析2023

随着化石能源的日益枯竭以及清洁能源如风能、太阳能的快速发展，全球能源消耗模式将逐渐从化石能源转向新能源。而能源消耗模式的转变很大程度上依赖先进的大规模储能技术。近年来，钠离子电池技术由于钠资源全球储量丰富、成本低、具有与锂离子电池类似的储能原理和工艺技术等优势，重新得到研究者们的青睐，发展成为一种极具应用潜力的储能技术。

水系钠离子电池基本情况

现有的二次电池技术都还不能满足大规模储能的要求。例如：铅酸、镉镍电池含有大量有害的重金属元素，大规模应用会在生产和废弃阶段造成严重的环境污染，而且对环境温度要求严格，仅适用室内运行环境;镍氢电池由于采用了昂贵的稀有金属，价格上难于满足大规模储电的成本要求。全钒液流电池除了采用了贵金属外，还有毒性和腐蚀性的问题;钠硫电池因为需要高温，液态硫和金属钠对氧化铝隔膜具强腐蚀性，容易造成燃烧事故。

相比于上述的传统二次电池，有机系离子电池以离子在正负极的嵌入脱出和在两极间扩散作为充放电基本原理，具有能量密度高，倍率高和循环寿命长的特点。在性能上可以满足储能系统的技术要求。然而，由于其大量使用易燃的有机电解质，在生产和使用过程中会造成爆燃事故，有安全性问题缺陷。而水系离子电池由于采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，寿命短(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，是能够满足大型储能技术要求的理想体系之一。因此，近年来，水系离子(锂、钠等)电池的研发越来越受到关注。但是，地球上的锂资源实际上是难以支撑大型储能系统的应用需求的。于是，与锂的化学性能类似的钠被认为能够替代锂适用于水系离子电池体系。

钠是地球上储量最丰富的资源之一，可以说是用之不竭。价格也显著降低，通常为锂盐的1/10。因此，水系电解质的钠离子电池被认为是最有潜力的适合大规模储能系统的电池之一，成为最近业界研究工作的焦点。

实际上，钠离子电池的研究与锂离子电池几乎同时起步，早在20世纪80年代，人们就开展了有机系钠离子电池正负极材料的研究。但是与有机系锂离子电池相比，钠离子电池的发展缓慢。这主要是由于成功应用于有机系锂离子电池中的正负极材料体系不能简单地移植到钠离子电池中。虽然二者都是以正、负极间离子嵌入-脱出反应的“摇椅式”机理作为充放电反应机理，可是因为钠的离子半径(0.102nm)比锂离子和质子大许多，使得其嵌入反应困难。而且，负极材料在接受大体积的钠离子的嵌入反应过程中，其晶格容易发生形变甚至坍塌，影响到电池的循环性能。

据中研产业研究院《2022-2027年中国水系钠离子电池行业深度分析与投资预测报告》分析：

钠离子电池最大的优势在于可实现5-10分钟的快速充电能力，且无论是能量密度还是循环寿命，钠离子电池都显著优于铅酸电池。相比于锂离子电池，钠离子电池有更好的安全性。目前，钠离子电池的循环寿命大约是锂离子电池的65%左右，能量密度比锂电池低20%。但是较低的循环次数和能量密度决定了钠离子电池无法应用于电动汽车和手机电池等领域。

钠离子电池可分为钠硫电池、水系钠离子电池、有机钠离子电池、固态钠离子电池。钠硫电池主要以金属钠作为负极、非金属硫作为正极、β-A12O3陶瓷管同时充当电解质和隔膜，是目前唯一同时具备大容量和高能量密度的储能电池。

水系钠离子电池行业分析

钠离子电池未来将主要应用于储能和动力两个领域。在储能领域，2021年07月15日，国家发展改革委、国家能源局发布了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出加快飞轮储能、钠离子电池等技术开展规模化试验示范，以需求为导向，探索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。因此，在政策的推动下，钠离子电池有望加快应用于电网侧、用电侧和发电侧储能。

在动力领域，钠离子电池将在两轮车和电动汽车两个方面得到应用。在两轮车领域，由于钠离子电池有有能量密度相对较低、安全性比较高的特点，因此有望实现在对铅酸电池的逐步替代。

虽然水系钠离子电池技术面临着诸多挑战，但它仍然为大规模储能提供了一种安全、廉价、清洁和耐久的新体系。现在，越来越多的新材料，新构思和新技术被应用到水系钠离子电池体系的开发中，其综合性能也在不断提升。相信随着研究与开发的不断深入，在不久的将来一定能够实现其在储能上的大规模应用，从而推动以智能电网和可再生能源并网为代表的清洁能源的应用。

据调查，水系钠离子电池平均售价略低于锂离子电池，高于铅酸电池，但在使用寿命上却大大高于铅酸电池，因此，水系钠离子电池具有较好的市场前景，随着技术水平的不断提高，水系钠离子电池的生产成本有望进一步降低，未来水系钠离子电池的售价将更加低廉。若能实现批量生产，未来批量生产售价可低至150美元/(kW•h)，即1.05元/Wh。

由于水系钠离子电池行业仍处于幼稚期，参考目前锂离子电池和钠离子电池行业的毛利率水平，根据中研普华产业研究院的相关数据统计显示，未来水系钠离子电池行业的毛利率水平将稳定在34%-50%区间范围内。

水系钠离子电池行业发展特点分析

水系钠离子电池研发和产业化时间都很短，技术层面还存在很多难题有待攻克。其主要问题有以下几点。

(1)水是最常见的液体，同时也是常见液体中极性最强的。在水溶液中循环使用的电池，必须克服电极材料在水溶液中的溶解以及盐溶液对电极的长期(10-20年)持续不断的缓慢腐蚀。解决这一问题的途径不一，可以是开发新型的耐腐材料;亦可以是从电池设计的角度考虑，加强电极的成型后的强度以抗抵水溶液的侵蚀;

(2)由于水的理论电解电压只有1.23V，因此极大地限制了水系钠离子电池的质量比能量。目前已见报道的这类产品质量比能量均不超过25W·h/kg，比铅酸蓄电池还低。在电解液的分解电压不变的前提下，只能通过寻找或创造出更高比容量的正负极材料，才能提升整个电池的质量比能量;

(3)水系钠离子电池是一种全新的电池体系，其电极的成型、集流体的选择、电解液功能添加剂的开发等等一系列的工艺技术难题还需要不断地被攻克，电池性能仍有很大的提升空间。

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