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报告出品/作者：天风证券、孙潇雅
以下为报告原文节选
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“锂”想丰满，但现实残酷——全球范围内，我国锂资源储量有限
全球可用锂资源稀缺且分布不均，价格寡头垄断，易受地缘政治性影响。
可用锂资源不足：锂是自然界密度最小的金属，具有极强的电化学活性，具有储能功能，其在地壳中含量仅约0.0065%，丰度居第二十七位，从资源总量来看其实并不稀缺，但受开采条件和提锂技术的影响, 许多估算的资源量无法转化为储量, 如全球已知最大的乌尤尼盐湖(Uyuni)锂矿床由于没有经济可行的锂盐提取方法, 其中大量的锂资源量无法计入储量。
分布不均、寡头垄断：全球锂资源分布高度集中，形成寡头垄断局面，2020年，73%锂资源分布在北美洲和南美洲，其他地区如大洋洲（8%）、亚洲（7%）、欧洲（7%）和非洲（5%）则分布较少。
国内碳酸锂价格飙涨
从碳酸锂价格来看，自2021年8月至2022年3月，电池级碳酸锂的价格几乎呈直线上升，历史最高与最低价格相差约10倍。
价格易受地缘政治性影响：基于当前锂资源集中垄断的情况，我们预计未来锂价不仅会由实际市场供需决定，更易受到国际政治形势等多重因素的影响。当前锂价的持续走高和锂资源的供需紧张问题亟待解决。
国内开采成本较高，中长期价格有望较高
我国锂盐对外依存度近八成，或将构成潜在“卡脖子”威胁。我国锂资源供应对能源和产业安全的威胁不容忽视。我国的锂资源储量总量并不稀缺，从2020年数据来看，我国的锂资源储量总量全球占比6.31%，紧随智利、澳大利亚、阿根廷，位列第四，但现实是我国80%的锂资源供应依赖进口（澳洲锂矿和南美盐湖等地），是全球锂资源第一进口国。
原因在于大部分可开采资源位于青海和西藏盐湖，但青海盐湖锂镁分离困难、西藏地理环境恶劣，因此电池级碳酸锂的有效产能不足。加之新能源汽车和储能产业发展势头迅猛，我国锂资源供给与需求量形成强烈对比。产量方面，2022年全国锂离子电池产量达750GWh，同比增长超过130%，其中储能型锂电产量突破100GWh。锂电“一家独大”或将构成我国潜在的“卡脖子”威胁，发展替代方案对于保障我国能源供应和产业安全具有重要意义。
“钠”新吐故，制衡锂电最优Plan B——锂钠同族，化学性质接近
钠元素和锂元素为同主族元素，具有某些相似的化学性质。钠离子电池的架构、封装工艺与锂电池高度相似，生产锂电池的工厂不必经过大的改动就能直接进行钠电池生产。
“钠”新吐故，制衡锂电最优Plan B——其他类型电池难堪大任
钠电池有望向上制衡锂电、向下蚕食铅酸。钠电池一方面与铅酸电池相比，在循环、成本、能量密度等方面都具有较为明显的优势，有望向下蚕食铅酸市场；另一方面，因整体性能与锂电池接近、成本优势显著，有望向上制衡锂电池应用的垄断性。
我们认为，液流电池应用局限性较大，难以作为锂电池的平替。电化学储能技术主要分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池、液流电池和钠硫电池等类别。自2022年6月29日国家能源局在《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》中提出“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池”之后，液流电池的关注度上升，但该类电池初始投资成本高、占地面积大，我们认为，液流电池在动力电池和便携式储能领域应用价值较低，并不能够作为制衡锂电池的Plan B。
“钠”新吐故，制衡锂电最优Plan B——钠电池在低温、安全性方面具备优势
钠电整体性能与锂电接近，能量密度稍逊，但低温、安全和倍率性能突出。
能量密度方面，在目前的技术条件下，钠离子电池的电芯能量密度约为70- 200Wh/kg，高于铅酸电池的30-50Wh/kg，相较于三元锂电的200-350Wh/k有所逊色，但与磷酸铁锂电池的150-210Wh/kg有重叠范围，且尚有较大的技术进步空间。
低温表现方面，相比于锂离子电池-20℃到60℃的工作温度区间，钠离子电池可以在-40℃到50℃的温度区间正常工作，-20℃环境下容量保持率近 90%，高低温性能更优秀。
安全性方面，得益于更高的内阻，钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少，热失控温度高于锂离子电池，具备更高的安全性。在针对过充过放、针刺、挤压测试时，钠离子电池的安全性表现也让人满意。
倍率和快充性能方面，钠离子电池具备更好的倍率性能，适合在快充、响应型储能和规模供电等场景应用。
结合上述特点，我们认为，钠离子电池有望在储能、中低续航里程电动车、工程车、小动力等细分市场率先得到推广应用。
“钠”新吐故，制衡锂电最优Plan B——钠电中长期成本优势显著
成本优势显著。钠在地壳中具有更高的丰度，约占地壳储量的2.64%，且广泛分布在世界各地，原料端碳酸钠提炼简单、价格远低于碳酸锂，碳酸钠常年处于 3000 元/吨以内水平，以2022年8月数据为例，两者价差约170倍。再加之钠离子电池可以使用较为便宜的铝箔作为集流体材料，进一步节约成本。
正负极较为关键，材料工艺仍需进步
正极材料：多路线推进，层状氧化物有望率先落地
作为优异的钠离子电池正极材料需要具备以下因素：(1)较高的容量和氧化还原电势；(2)对电解液适应性强；(3)较好的离子和电子电导率；(4)在空气中易于制备、保存、运输以及低的成本；(5)较好的循环性能和倍率性能。
目前，受到研究者广泛关注的钠离子电池正极材料主要包括层状金属氧化物、普鲁士蓝类化合物及聚阴离子型化合物。每种类型的材料都存在着一些特征缺点，层状金属氧化物结构多变从而结构稳定性差; 普鲁士蓝循环稳定性较差且材料高温易分解，存在潜在危险; 聚阴离子型化合物容量较低，导电性也较差。
正极材料-层状金属氧化物：综合性能佳，有望率先产业化应用
层状氧化物类钠离子电池正极材料是金属氧化物类中的一种，可分为Mn基、Fe基、Cr基正极材料等。其结构是由共边的八面体过渡金属氧层和钠离子层堆垛而成。根据其结构可分为四种，分别为P2相、P3相、O2相和O3相（字母“Ｐ”代表了钠离子在其中的氧配位环境为三棱柱配位，“O”代表其中的氧配位环境为八面体配位），其中，P2相与O3相是最为常见的两种钠离子层状氧化物正极材料。因其适当的操作潜力，高容量和简单的合成路线,层状氧化物被认为是最有希望的正极材料。
正极材料-层状金属氧化物：综合性能佳，有望率先产业化应用
层状氧化物中，铜基（铜铁锰）和镍基（镍铁锰）是目前较有应用前景的两种技术路线。
铜基VS镍基：铜基成本较低，但比容量相对不足；镍基比容量较高，但成本压力更大。
铜基路线主要优势在于成本较低，稳定性较好，但比容量约100mAh/g左右，相对不足。该路线由中科海纳创始人胡勇胜首创。
镍基比铜基的比容量高，约能达到190mAh/g，但由于镍的成本比铜更高，成本压力相对更大。
正极材料-层状金属氧化物目前需关注的痛点：不可逆容量损失、易吸水受潮
层状氧化物的“苦恼”：不可逆容量损失，恶化循环性能；易吸水受潮，恶化加工性能。
（1）晶格扭曲及相变的产生，导致不可逆的容量损失，恶化循环性能。由于层状结构氧化物通常为过渡金属元素与周围六个氧形成的MO6八面体结构组成过渡金属层，钠离子位于过渡金属层之间，形成MO6多面体层与NaO6碱金属层交替排布的层状结构。这些结构在钠离子电池充放电过程中会发生晶格扭曲并产生相变，阻碍了钠离子的传输扩散，使得大部分钠离子游离在材料的表面，与电解液发生副反应，形成不可逆的容量损失，同时恶化循环性能，导致电池性能衰减甚至失效，从而带来安全方面的隐患。现有技术大部分采用掺杂极少量的变价金属以达到改善材料的结构稳定性目的，如振华新材专利CN114975982A，钠创新能源CN114005969A等。
（2）烧结后易产生残碱，导致材料易吸水受潮，恶化加工性能。在层状结构氧化物制备过程中，考虑到钠元素的流失，材料生产过程中往往会加入过量钠盐，导致材料烧结后钠盐残留，主要以碳酸钠和氢氧化钠形式存在，简称残碱。如果钠离子电池极材料的碱性过高，在加工过程中会导致材料易吸水受潮，在搅浆过程中黏度增加，容易形成果冻状，导致加工性能变差。针对此问题，目前主要通过水洗、酸性气体等工艺进行改进，如中科海纳采用低温二次烧结，使得层状正极材料完全去除水分后，通过酸性气体与层状正极材料表面的残碱反应，降低材料表面的残碱含量。
正极材料-普鲁士蓝类化合物：理论容量高，成本低，间隙水问题需解决
普鲁士蓝类正极材料（AxMa[Mb(CN)6]1−y·□y·nH2O(0≤x≤2，0≤y<1) ，其中A为碱金属离子；Ma和Mb为不同配位环境的过渡金属离子；□为[Mb(CN)6]空位）具有较高的工作电势，较为稳定的三维框架结构，较长的循环寿命，较低的制造成本，其中利用M3+/M2+和Fe3+/Fe2+氧化还原电对，最多可以实现两个Na+的有序脱出/嵌入，对应理论比容量达到170 mAh/g（以NaFe[Fe(CN)6]为例）。
普鲁士蓝的“苦恼”：空位和间隙水导致电化学性能恶化。普鲁士蓝类化合物在合成过程中易形成[Fe(CN)6]4-空位和间隙水，形成的空位被配位的H2O分子占据后不仅会降低材料的初始钠含量，而且会导致容量在循环过程中快速下降，恶化电化学性能，阻碍实际应用。
正极材料-聚阴离子化合物：成本低、循环好，有望应用于中远期储能市场
聚阴离子化合物NaxMy(XaOb)zZw，（M为Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni等中的一种或几种；X为S、P等；Z为F等），是由聚阴离子多面体和过渡金属离子多面体通过强共价键连接形成的具有三维网络结构的化合物，钠离子占据其中的通道位置。目前一系列包括磷酸根和氟磷酸根在内的聚阴离子化合物在钠离子电池中得到了广泛的研究，也取得了许多显著和重要的进展。然而聚阴离子化合物存在的一些瓶颈仍然限制了实际应用，例如有限的容量和低的电导率。因而在研究工作中，特别关注该材料的设计，反应机理的表征以及电化学性能的改善策略。
聚阴离子的“苦恼”：含钒=成本高+有毒，降钒+降本是产业化的关键掣肘。磷酸钒钠（Na3V2(PO4)3），因具有理论容量大、化学稳定性好、使用寿命长、天然丰度高等优点，受到广泛关注。然而由于磷酸钒钠中含钒元素，也存在成本较高和具有毒性等问题（钒的价格相较于铁、锰等金属波动性较大，且相较于铁、锰等金属价格较高）。
（1）降钒是聚阴离子研究的重点方向之一。2021年武汉大学曹余良（珈钠能源创始人）团队成功研发出最高可逆放电容量（0.2 C时为110.9 mAh g-1）和最佳倍率性能（100 C时为52 mAh g-1）的无钒磷酸盐材料——Na4Fe2.91(PO4)2(P2O7)，该材料属于铁基磷酸盐体系。
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精选报告来源：报告派
关键词：
聚阴离子
普鲁士蓝
金属氧化物
