从原材料、技术路线详解中国钠离子电池正负极材料产业-头豹.pdf

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。 那么钠离子产业 现状 如何 ，从 原材 料 、 技术 路线 角度 将如 何影 响正 负极 产业 ？ 观点摘要 ✓ 钠离子电池产业链中需重点关注正负 极材料 与集流 体等细 分领域 除 正 负 极 材 料 与 集 流 体 外 ， 钠 离 子 电 池 其 他 上 游 材 料 和 环 节 如 隔 膜 、 电 解 液 、 外 形 封 装 以 及 制 备 工 艺 与 锂 电 池 相 似 ， 尽 管 钠 电 池 的 电 解 液 的 钠 盐 采 用 六 氟 磷 酸 钠 ， 但 锂 电 池 电 解 液 产 线 可 兼 容 钠 电池产品 。 总 体 来 看 ， 钠 离 子 电 池 主 要 材 料 中 的 隔 膜 与 电 解 液 与 锂 电 池 材 料 相 似 度 高 ， 其 产 能 的 切换速度快以及复用率高 ， 竞争格局 有望持 续维持 锂电时 代下的 局面 。 ✓ 硬碳的制备工艺路线长且复杂 硬 碳 的 制 备 工 艺 路 线 长 且 复 杂 ， 流 程 包 含 各 类 预 处 理 、 交联处理 、 中 高 温 碳 化 、 深 度 纯 化 以 及 表 面改性等 ， 其 中 交 联 固 化 碳 化 环 节 技 术 壁 垒 较 高 ， 且 碳 化 环 节 中 的 纯 度 控 制 、 温 场 域 流 场 的 一 致 性要求复杂度高 。 同 时 硬 碳 原 料 的 选 择 性 较 多 ， 不 同 的 原 料 的 硬 碳 负 极 材 料 的 制 备 工艺存在差异 。 ✓ 正极材料路线均需使用大量的锰金属 钠电池中所用到的锰源包 括 硫酸锰 、 二氧化锰、 四 氧 化 三 锰 、 草酸锰等，其 中 层 状 氧 化物 通 式Nax TMO2 中的TM 过 渡 金 属 以 资 源 丰 富 的 锰 与 铁 为 主 ， 普 鲁 士 蓝 类 化 合 物 通 式NaxM[Fe(CN6)] 中的M 过 渡 金 属 主 要 包 括 铁 、 镍 、 锰等 ， 由 于 锰 在 地 壳 中 的 含 量 丰 富 、 价 格 低 以 及 电 化 学 性 能 优 异 ， 且在 层状氧化物的液相法也固相法制备工 艺中锰 的用量 显著高 于其他 材料 。中国：钠离子电池 行业概览 | 2022/11 www.leadleo.com 400-072-5588 3 ◼ 精华摘要 钠离子电池与锂离子电池原材料最大的区别在于正负极材料，在集流体方面差异较小。 除此之外，钠离子电池其他上游材料和环节与锂电池相似 导电剂 活性物质 粘结剂 导电剂 导电剂 导电剂 制浆 隔膜 卷绕 叠片 入壳 封装 分选 分容 涂布 辊压 模切 制浆 涂布 辊压 模切 电池装配 钠离子电池与锂离子电池 材料成 本对比 43% 11% 15% 13% 13% 5% 正极材料 负极材料 电解液 隔膜 集流体 其他 钠离子 电池 锂离子 电池 钠离子电池生产工艺 ◼ 钠 离 子 电 池 的 主 要 成 本 组 成 与 锂 电 池 类 似 ， 包括以正极 、 负极材料 、 电 解 液 、 隔 膜 等 为 主 的 原 材 料 。 此 外 ， 钠 离 子 电 池 的 圆 柱 型 、 软 包 型 以 及 方 型 硬 壳 型 的 生 产 工 艺 也 与 锂 离 子 电 池 相 似 ， 在 钠 离 子 电 池 的 极 片 制 造 与 电 池 装 配 环 节 中 ， 与 锂 离 子 电 池 制 造 环 节 中 的 主 要 区 别 在 于 钠 离 子 电 池 采 用 铝 箔 作 为 负 极 及 立 体 ， 正 负 极 采 用 与 锂 离 子 电 池 同 样 的 铝 极 耳 ， 总体来看 ， 原 先 的 锂 离 子 产 线 经 部 分 环 节 改 动 后 可 直 接 供 锂离子电池生产使用 ， 钠离子电池具 备较完 善的产 业链基 础 。 ◼ 钠 离 子 电 池 与 锂 离 子 电 池 原 材 料 最 大 的 区 别 在 于 正 负 极 材 料 ， 集 流 体 方 面 差异较小 。 除此之外， 钠 离 子 电 池 其 他 上 游 材 料 和 环 节 如 隔 膜 、 电解液 、 外 形 封 装 以 及 制 备 工 艺 与 锂 电 池 相 似 ， 尽 管 钠 电 池 的 电 解 液 的 钠 盐 采 用 六 氟 磷 酸 钠 ， 与 锂 电 池 有 所 不 同 ， 但 锂 电 池 电 解 液 产 线 可 兼 容 钠 电 池 产 品 。 总体来看， 钠离 子 电 池 主 要 材 料 中 的 隔 膜 与 电 解 液 与 锂 电 池 材 料 相 似 度 高 ， 其 产 能 的 切 换 速 度 快 以 及 复 用 率 高 ，隔膜 、 电解液的竞争格局有望持续维持锂电 时代下 的局面 。 26% 16% 26% 18% 4% 10% 正极材料 负极材料 电解液 隔膜 集流体 其他中国：钠离子电池 行业概览 | 2022/11 www.leadleo.com 400-072-5588 4 ◼ 精华摘要 钠离子电池正极材料与锂电池一大主要差异在于正极材料，主要原因为钠离子的正极材 料需选用可适用于钠离子迁移的过渡金属材料 26% 16% 26% 18% 4% 10% 正极材料 负极材料 电解液 隔膜 集流体 其他 钠离子电池正极材料对比 性能特征 层状氧化物 聚阴离子化合物 普鲁士蓝类化合物 比容量 100-220 50-150 100-200 平均工作电位（V ） 2.5-3.5 3.0-4.5 2.5-3.5 商业化全电池能量密度 （Wh/kg ） 100-155 90-130 120-160 成本 低 中 低 优点 • 能量密度高 • 倍率性能高 • 技术转化率低 • 工作电压高 • 热稳定性高 • 循环寿命长 • 工作电压可调 • 能量密度高 • 合成温度低 缺点 • 易吸湿 • 循环性能差 • 能量密度低 • 具备有毒元素 • 循环寿命低 • 倍率性能差 代表性企业 中科 海钠 、立 方 新能 源 、 钠创新能源 鹏辉能源、众钠能源 宁德时代 ◼ 钠离子电 池正极 材料与 锂电 池一大主 要差异 在于正 极材 料 ， 主要原因 为钠离 子的正 极材 料需选用 可适用 于钠离 子迁 移 的过渡金 属材料 （ 钠与 过渡 金属离子 间的半 径差异 及结 构 可助力钠离子实现可逆脱嵌 ），成本 低于锂 电正极 材料 。 ◼ 钠离子正 极材料 技术路 线超 百种 ，现 阶段主 流路线 以层 状 氧化物、 聚阴离 子化合 物以 及普鲁士 类化合 物为主 ，三者 各有优劣 ， 现阶 段尚未 存在 某一确定 技术路 线 ，市 场上 各 厂商选择 的技术 路线也 不同 。由于层 状氧化 物的能 量密 度 高、 技术 转化率 和成本 低 ， 较容易实 现量产 ，现阶 段主 流 路线 为层 状氧 化 物 ， 但 其存 在循 环性 能差 的 缺点 。 普鲁 士 蓝（ 白） 化合物 的能量 密度 高 ， 存在 热失控 风险 ， 聚阴 离 子化合物 长期循 环稳定 性高 但能量密 度低 ， 总体来 看三 者 均存在优 缺点 ， 多数电 池厂 商如当升 科技 、 容百科 技以 及 众钠能源等正大力布局层状氧化物路线且均在2023 年进 入投产阶 段 ，此 路线的 钠离 子电池有 望最先 实现量 产与 商 用化落地。中国：钠离子电池 行业概览 | 2022/11 www.leadleo.com 400-072-5588 5 ◼ 精华摘要 为实现钠离子电池材料体系在电化学环境中的高稳定性以及在极端环境下的较佳安全性， 理想的正极材料需同时满足内部结构具备储钠位置、较大的钠离子扩散通道 完整版登录www.leadleo.com 搜索 《从原材料 、 技术路线详解中 国 钠离子电池正负 极 材料产业 》 层状氧化物与隧道状氧化 物结构 对比 O3 型层状氧化物 P2 型层状氧化物 隧道结构氧化物 NaO 6 八面体 NaO 6 三棱柱 MnO 5 正方形棱锥 MO 6 八面体 MnO 6 八面体 来源：头豹研究院中国：钠离子电池 行业概览 | 2022/11 www.leadleo.com 400-072-5588 6 ◼ 精华摘要 普鲁士蓝材料立方体的三位立方网络结构具备间隙位较大的特点，有利于钠离子电池在 充放电过程中的脱嵌，具备可逆比容量高（170mAh/g ）、合成温度低的优势 普鲁士蓝正极钠离子电池 性能 ◼ 普 鲁 士 类 化 合 物 为 过 渡 金 属 的 氰 化 配 位 聚 合 物 六 氰 基 铁 酸 盐 ， 其包含铁 、 锰 、 镍 等 元 素 ， 通 常 材 料 中 的 碱 金 属 离 子 的 含 量 可 影 响 材 料 的 结 构 与 性 能 ， 在 钠 离 子 中 ， 当 在 普 鲁 士 类 似 物 晶 胞 中 的 钠 离 子 含 量 分 别 为0 、1 、2 时 ， 材 料 的 颜 色 会 存 在 差 异 ， 分别变为格林绿、 普鲁士蓝与普鲁士白 ， 其中， 普鲁士白属于 普 鲁 士 蓝 类 化 合 物 ， 即 按 照 钠 离 子 含 量 的 高 低 ， 当 钠 离 子 含 量 高 时 为 普 鲁 士 白 ， 钠 离 子 含 量 低 时 为 普 鲁 士蓝。 普 鲁 士 蓝 类 材 料 立 方 体 的 三 位 立 方 网 络 结 构 具 备 间 隙 位 较 大 的 特 点 ， 有 利 于 钠 离 子 电 池 在 充 放 电 过程中的脱嵌 ， 具 备 可 逆 比 容 量 高 （170mAh/g ） 、 合 成 温 度 低 的 优 势 ， 且 钠 在 普 鲁 士 蓝 类 材 料 中 在 扩 散 速 率 以 及 原 料 成 本 优 势 高 于 层 状 氧 化 物 与 聚 阴 离 子 材 料 。 此外， 普 鲁 士 蓝 类 材 料 的 制 备 工 艺 主 要 包 含 共沉淀法与水热法等方案 。 ◼ 但在实际应用中 ， 由 于 普 鲁 士 蓝 类 材 料 结 构 中 存 在 的 空 位 （ 结构缺陷） 在 水 溶 液 中 容 易 与 晶 格 水 分 子 形 成结晶水化合物 ， 结 晶 水 形 成 后 难 以 去 除 ， 不 仅 会 从 结 构 脱 出 ， 同 时 会 堵 塞 至 晶 体 中 的 储 钠 点 与 结 构 中 的钠离子通道 ， 直 接 降 低 了 钠 含 量 与 扩 散 速 率 ， 进 而 影 响 钠 电 池 的 比 容 量 、 倍 率 以 及 循 环 稳 定 性 ， 并将 导 致 短 路 与 腐 蚀 材 料 的 现 象 发 生 ， 此外 ， 欠 佳 的 导 电 性 与 原 材 料 中 氰 化 物 的 毒 性 也 进 一 步 影 响 普 鲁 士 蓝 类 材 料 的 实 际 循 环 性 能 。 解 决 此 痛 点 的 关 键 在 于 抑 制 结 构 缺 陷 或 空 位 中 产 生 的 结 晶 水 问 题 ， 现 阶 段 可 通 过掺杂其他元素或高温干燥处理及无 水材料 制备的 方式提 升性能 。 普鲁士类化合物结构 完整版登录www.leadleo.com 搜索 《从原材料、技术路线详解中国钠 离子电池正 负极材料产 业 》完整版研究报告阅读渠道： • 登录www.leadleo.com ， 搜索 《 从原材料 、 技术 路线详解中国钠离子电池正负极材料产业 》 了解其他新能源系列课题，登陆头豹 研 究院官网搜索查阅 ： • 2021年中国车载HUD行业概览 • 2021年中国T-BOX 行业概览 • 2021年中国汽车云行业概览 • 2021年中国锂电池行业概览 • 2021年中国储能行业概览 未完待续 下篇正在进行中 若 您 期 待 尽 快 看 到 下 篇 报 告 或 对 下 篇 报 告 的 内 容 有 独 到 见 解 ， 头 豹 欢 迎 您 加 入 到 此 篇 报 告 的 研 究 中 。 相 关 咨 询 ， 欢 迎 联 系 头 豹 研 究院物联网 行 业 研 究 团队 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