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元旦刚过，钠离子电池正极材料端接连传出新进展。
1月6日，美联新材及旗下美彩新材与立方新能源、七彩化学签订《战略合作协议》，就钠离子电池正极材料普鲁士蓝（白）共同展开研发、实验，首期合作期限为10年。
1月5日，据振华新材2022年业绩预告，公司钠离子电池正极材料市场推广应用进展顺利。振华新材钠离子电池正极材料为层状氧化物路线，目前已升级为第二代产品，相较第一代在克容量、首效、碱度控制上均有改善提升。目前，振华新材已向客户送样，同时也有部分小规模产出并销售。
1月8日，贤丰集团总投资55亿元的钠电锂电新能源正极材料项目正式签约落户湖北宜昌枝江。该项目拟建设5万吨规模的钠电材料，并新建年处理10万吨电池拆解回收循环利用项目。
此外，2022年底，容百科技在投资者电话交流会中提到，公司现有钠电正极产能约1.5万吨/年，明年规划钠电正极产能是3.6万吨/年。
钠离子电池正极材料开始在产业化之路上“踩油门”。同时，应该看到全球钠离子电池产业化仍处于起步阶段，国内企业已抢占市场先机。
01
钠离子电池成本低、充电倍率高、低温性能和安全性能良好
锂电、钠电的材料有所区别，钠电降本空间大。钠离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜等构成。正极（负极）包含活性物质、导电剂、粘结剂等，均匀涂布在集流体上。其中，钠离子电池的正负极材料以及集流体的降本空间较大，而电解液、隔膜则与锂离子电池相似，有一定的成本压降空间。
钠离子电池正负极的材料成本相较于锂电更低。正极方面，传统锂电行业的正极材料通常为三元锂盐和磷酸铁锂，钠离子电池的正极除了层状金属氧化物和聚阴离子化合物路线外，还增加了普鲁士蓝类化合物路线，其中层状金属氧化物是最为主流的正极材料；钠离子的电池负极材料则多以硬碳、软碳为主，硬碳在钠离子负极材料中占据主要地位。硬碳层间微孔较多，石墨化难度较高，也具有可逆容量较高、低电压等优势，商业化可实现度大。另外，中科海钠创新性地使用无烟煤作为负极前驱体替代石墨，进一步降低生产成本。
钠离子电池中电解液、隔膜、集流体等关键辅材的成本也更低。电解液方面，由于钠电的电解液构成和锂电较为相似，溶质有所不同，由钠盐代替锂盐，浓度也有所降低，有成本压降空间。隔膜方面，钠离子电池可以沿用传统锂离子电池隔膜，更换成本较低。另外，钠电适配的玻纤隔膜的价格更加低廉。集流体方面，锂离子电池中的负极集流体必须使用价格更高的铜箔。而在钠离子电池中，由于在集流体部分钠离子并不会和铝发生合金反应，因此可以用价格更为低廉的铝箔替换铜箔，同时铝箔由于不易在低电压氧化，因此可以实现 0V 运输，降低电池运输的安全风险。同时钠离子电池支持双极结构，节约连接成本。
钠离子电池充电倍率高于锂离子电池，具有宽工作温度的优势。钠离子电池展示出比锂离子电池更好的低温充电性能。根据《高效率高安全钠离子电池研究及失效分析》（周权），钠离子电池高温放电（55°C 和 80°C）容量超过额定容量 100%，低温-40°C 放电容量超过 70%额定容量，且可实现在低温-20°C 下 0.1C充放电，其充放电效率接近 100%。在高功率方面，钠离子电池同样具备优势，实验室层面目前已经实现钠离子电池在 5C~10C 倍率下的快速持续充电以及10C~15C 倍率下的快速持续放电，并达到 2051W/L 的超高功率密度。钠离子电池可满足-40°C~0°C 的工作温度范围，且 5C/5C 循环寿命超过 2500 周，超过了商业化同等规格型号的磷酸铁锂电池的循环及倍率性能。根据宁德时代提供的数据，钠离子电池能够在 15min 内充电至 80%，而中科海纳制造的钠离子电池则能够在 12min 内充电至 90%，其充电速度远远优于锂离子电池在 30min 充电80%的速度。
钠离子电池安全性能高，循环寿命和能力密度低等缺陷有待改进。从安全性角度分析，由于钠离子电池选用的正极材料钠盐和负极材料碳类均展示出较强的稳定性，使得钠离子嵌入脱出时不会发生反应，同时能避免产生枝晶。在安全性测试（加热，过充、短路、跌落、针刺、海水浸泡等）中，钠离子电池能做到不起火爆 炸，展示出良好的安全性能。钠离子电池目前存在的短板在于循环寿命较短，相较于磷酸铁锂电池超 5000 次循环寿命，钠离子电池目前整体的循环寿命在 2000 次左右。另外钠离子电池能量密度较低，磷酸铁锂电池能量密度为120~180Wh/kg，钠离子电池能量密度仅为 100~150Wh/kg。近期同兴环保联合中国科学技术大学签署合作协议，双方共同建立“中国科大-同兴环保储能电池材料及器件联合实验室”，面向高性能钠离子电池储能系统开发，计划两年内提升钠离子电池循环寿命至 5000 次以上。宁德时代第二代钠离子电池能量密度有望追赶上磷酸铁锂电池，达到 200Wh/kg。
提高钠离子电池的能量密度有望进一步降本。低能量密度的电池需要消耗更多的辅材和制造成本，从而会增加电池每瓦时的价格，因此提高钠离子电池的能量密度能够在一定程度上提升其成本优势。根据《钠离子电池机遇与挑战》（曹余良），只有当钠离子电池的能量密度达到 120Wh/kg 时，其成本才能与 110Ah的磷酸铁锂电池的电芯相当。
02
钠电产业化加速，正极为关键一环
钠电产业化有望提速，正极材料变化较大。钠离子电池主要材料包括正极材料、负极材料、电解液、隔膜、集流体、结构件等，其中主要的材料变化集中在正负极，而硬碳为主的负极材料路线确定性较高，正极材料则路线丰富，与锂电池正极材料差异较大，不同路线的竞争格局存在差异，我们认为有望带来结构性投资机遇。
研发理想的钠离子电池正极材料是钠离子电池产业化的关键。理想情况下，钠离子能够完全进行可逆脱出与嵌入，而不会造成晶体结构的破坏。根据《钠离子电池正极材料研究进展》，理想的钠电正极材料具有以下几个性能：
正极氧化还原电势高，以便于全电池获得更高的工作电压，提高电池能量密度；
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质量比容量和体积比容量大；
电解液稳定性高，循环过程中结构稳定，可保证电池较长的循环寿命；
较高的电子电导率可以降低电池内阻；
较高的离子电导率，即要求电极结构具有合适的钠离子扩散通道和较低的离子迁移势垒；
能量转换效率和能量保持率较高；
空气中结构稳定，可以避免由存放导致的性质恶化问题；
安全无毒、原材料成本低廉、容易制备。
当前钠离子电池正极材料主要有过渡金属氧化物类、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物、有机材料等。过渡金属氧化物类、聚阴离子类化合物、普鲁士蓝类化合物的研究相对较多、产业化进程相对较快，过渡金属氧化物类包括层状结构氧化物和隧道结构氧化物，聚阴离子类包括磷酸盐、焦磷酸盐和硫酸盐等。
不同类型的正极材料结构和电化学特点差别比较明显。层状氧化物具有周期性层状结构，能量密度较高，但大多容易吸水或与空气反应；隧道型氧化物晶体结构中具有独特的“S”形通道，具有较好的倍率性能，且对空气和水稳定性高，但是其比容量较小；聚阴离子材料具有开放的三维骨架，倍率性能好，但是导电率较差，需要采取碳包覆和掺杂手段改善其电子和离子导电性，但又会导致其体积能量密度降低；普鲁士蓝类材料具有开放型三维通道，Na+可以在通道中快速迁移，其结构稳定性和倍率性能好，但存在结晶水难以除去及过渡金属离子溶解的问题；有机类材料多电子反应，具有较高的比容量，但电子导电率较差，且易溶解于有机电解液中。
03
资本市场掀起波澜，多方跨界投资钠电
钠离子电池正极材料以层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士类化合物三种技术路线为主。目前，国内企业侧重关注层状氧化物路线与普鲁士类化合物路线。
其中，以层状氧化物路线为主的中科海钠于2022年11月底宣布，旗下阜阳海钠全球首条钠离子电池GWh级产线产品下线，这意味着国内企业已在钠离子电池的生产能力上实现领先。
此外，宁德时代以普鲁士类化合物为技术路线的产品预计主要用于储能领域；动力方面，宁德时代将以钠离子电池为补充，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。
2022年4月，中科海钠获华为旗下哈勃科技413万元投资；2022年11月，美团旗下北京酷讯科技以10%的持股比例，成为超钠新能源第三大股东。
获得资本市场青睐的钠电若想继续保持先发优势，材料或成下一阶段主要突破口。
目前，钠离子电池尚未形成完整的材料产业链，深耕钠电多年的企业已率先对钠离子电池上游材料做提前布局，部分已实现材料自研。
来源： 高工锂电， 中金点睛，江西智锂科技
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