鋰離子電池生產線兼容鈉離子電池

鈉離子電池生產工藝可參考鋰離子電池，部分工序簡化。以軟包疊片工藝為例，工序可分為三個部分：

1.前端電極制造工序，電極漿料制備、電極涂布、輥壓、極片真空干燥、極片分切等；

2.后端裝配工序，疊片、焊接、入殼封裝、真空干燥、注液及封口等；

3.化成分選工序，包括預封裝、化成、二次封裝、分容篩選等。

與鋰電池不同的是，鈉電池可以使用鋁箔作為負極集流體，因此正負極片均可以采用鋁極耳進行連接，這樣可以簡化極耳焊接工序。

鈉離子電池工藝流程

層狀氧化物類正極材料有望憑借成本低、工藝簡單率先量產

鈉離子電池跟鋰離子電池最大區別在于正極材料，三種技術路線各有獨特優勢。目前鈉離子電池正極材料體系主要分為層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子類及普魯士藍類三種技術路線：

層狀氧化物

通式為 NaxMO2（M 為一種或多種過渡金屬元素或者摻雜替換元素），擁有二維傳輸通道，鈉離子傳輸快；壓實密度較高，擁有較高能量密度；制備工藝和三元材料一致，可以直接使用現有設備，縮短產業化周期，降低研發成本。

缺點：未改性材料在空氣中穩定性較差，生產、存儲和使用成本增加，循環壽命差。

聚陰離子類

材料通式為 NaxMy(XaOb)zZw，M 為 Ti、V、Fe 等一種或多種，X 為 S、P 等，Z 為 F 等。具有開放的三維骨架結構，加上聚陰離子和鹵素陰離子的誘導效應，工作電壓高，通常具有優良的倍率性能、循環性能、熱穩定性。但是導電性較差，需要額外碳包覆或納米化工藝改善。

NASICON 結構的 Na3V2(PO4)3 和磷酸鐵鋰一樣具有 3.4V 的長平臺，生產工藝可以直接沿用磷酸鐵鋰工藝。由于含有劇毒的 V元素，成本較高，產業化進程較慢。

普魯士藍類

材料通式為 NaxMM’(CN)6·xH2O，M’通常為 Fe 元素，M 為過渡金屬元素。其中 FeMn 基普魯士藍類材料擁有 150mAh/g 的比容量和 3.4V 的平臺電壓，原材料成本低廉，有望實現產業化。問題在于需要水溶液方法合成，結晶水含量難以控制，水含量影響電池性能。層狀過渡金屬氧化物比容量高，聚陰離子類電壓平臺高，是兩種開發高能量密度鈉離子電池的路線。

常見正極材料的工作電壓、比容量和能量密度

鈉離子電池不同體系正極材料對比

層狀過渡金屬氧化物正極兼備低成本、工藝簡單、技術相對成熟等特點，率先量產。

對于典型的鈉電正極材料，普魯士藍類原材料成本較低，層狀氧化物成本次之，聚陰離子類成本較高。對于1GWh的鈉電層狀氧化物正極材料而言，其原材料成本約為0.87億元，具備顯著的成本優勢。此外，層狀金屬氧化物可以采用固相法或液相法進行合成，其中固相法操作簡單，工藝流程短，適合規模生產，可直接沿用現有的三元材料生產線。

中科海鈉銅基層狀氧化物正極材料的電池循環性能達到4500次（140 Wh/kg），基本滿足儲能電池的循環性能要求。2GWh的產能（位于阜陽和太原）將在2022年先后建成投產。

普魯士藍類材料同樣具備成本優勢，寧德時代將其定位于動力電池領域，并通過電荷重排優化材料的容量衰減問題，并持續改進結晶水含量控制工藝。至于聚陰離子路線，磷酸釩鈉的產業化進程較為緩慢，而創業公司眾鈉能源和珈鈉能源專注于不含釩的鐵基磷酸鹽和鐵基硫酸鹽，在中試驗證階段。

綜上，鈉電層狀氧化物正極材料在成本和性能方面具備優勢，同時普魯士藍類材料也有潛力。隨著產能的建設和不斷的技術改進，鈉電池產業化將進一步推進。

單噸典型鈉電正極材料的原材料成本估算

單 GWh 所需鈉電正極材料的原材料成本估算

不同鈉電正極材料體系的產業化生產工藝

 鋰電體系下軟/硬碳市場規模有限，無煙煤基軟碳先于硬碳量產

碳基類負極材料在鈉離子電池中具有最大的商業化應用潛力。鈉離子電池的負極材料主要包括碳基材料、鈦基化合物、合金材料和金屬化合物等。合金材料和金屬氧化物材料在循環過程中會發生較大的體積變化，循環性能有待提高；鈦基化合物負極的能量密度相對有限。在碳基材料中，傳統的石墨在商業鋰離子電池中被廣泛應用作為負極材料。然而，由于熱力學原因，鈉離子無法穩定地嵌入到石墨層間與碳形成化合物，因此石墨難以作為鈉電池的負極材料。相比之下，層間距較大的無定形碳（如軟碳和硬碳）具有較高的儲鈉容量、較低的儲鈉電位和優異的循環穩定性，因此在鈉離子電池中具有良好的應用前景。

鈉離子電池負極材料容量、工作電壓情況

軟碳、硬碳性能對比情況

硬碳材料產業化尚在醞釀中。受鋰電市場選擇影響，軟碳、硬碳材料市場規模有限，軟碳、硬碳產業化緩慢。當前硬碳市場主要由日本主導，單噸硬碳價格超過 20 萬，其中日本可樂麗 2014 年形成硬碳產能 1000 噸。由于硬碳工藝路線長，產品和電池性能構效關系復雜，相關研究機構和企業大部分處于批量化制備階段。

國內的負極材料領軍企業貝特瑞、杉杉股份等目前處于中試階段，硬碳材料的年出貨量為百噸級。成都佰思格公司獲得了數千萬的A+輪投資，用于開發高容量鈉（鋰）電池的硬碳負極材料，并建設萬噸級的自動化生產線。山西煤化所在硬碳負極材料的產業化進展較快，預計2022年下半年將投產一條2000噸級的硬碳負極材料生產線。無煙煤基的軟碳材料由于具有結構可控性和成本優勢，已率先實現量產。

2022年3月，中科海鈉和華陽股份投產了一條2000噸級的無煙煤基負極材料生產線，并計劃建設能夠滿足10GWh鈉電池所需的負極材料產能。煤基材料以亞煙煤、煙煤和無煙煤為代表，具有資源豐富、廉價易得、產碳率高等特點。采用煤基前驅體制備的鈉電池負極材料具有儲鈉容量為220mAh/g、首次效率達到80%的特點。中科海鈉通過對煤基前驅體進行表面改性，進一步提高了材料的儲鈉容量和循環性能。

在制備過程中，將煤基材料與軟碳前驅體（如瀝青、石油焦、針狀焦等）進行混合，然后進行低溫（300-500℃）和高溫（1100-1500℃）的熱處理。煤基材料可以是粉碎后得到的微粉顆粒，也可以利用副產品煤泥，具有明顯的原材料成本優勢。相比硬碳，軟碳具有更好的結構可控性，制備工藝也更簡單，有望憑借成本優勢在市場上占據相當的份額。

電解液環節配套完備

鈉離子電池和鋰離子電池在電解液方面具有較高的兼容性，這使得產能快速切換成為支撐鈉電產業化加速的重要因素。鈉離子電池和鋰離子電池的電解液配方非常相似，都由電解質、溶劑和添加劑組成，唯一的主要區別是電解質由六氟磷酸鋰變為六氟磷酸鈉。根據多氟多公司的公告，他們能夠根據市場需求情況，快速將六氟磷酸鋰產線切換到六氟磷酸鈉的生產。我們預計其他頭部的六氟磷酸鋰及電解液廠商也將具備類似的產能切換能力。因此，鈉電電解液的產能或不會成為限制鈉離子電池發展的因素。特別是那些具備低成本、高收率和高質量六氟磷酸鈉生產能力的廠商，將擁有核心競爭力。

浙江鈉創新能源鈉離子電池用電解液產品

常見電解液生產工藝流程