鈉離子電池正極材料主要包括層狀氧（yǎng）化物，普魯士藍和（hé）聚陰離子等。鈉離子電池與鋰離子電池皆采用“搖椅式”充放電工作原理，即在一定的電（diàn）勢調節下（xià），客體堿金屬離子在宿主材料中可逆脫出和嵌入，其中嵌（qiàn）入電勢較高的作為正極，嵌（qiàn）入電勢較低的作為負極，整個電池（chí）的充放電循環過程就是堿（jiǎn）金屬離子在正負極之間的往返定向遷移過程。鈉（nà）離子電池的組成（chéng）結構與鋰離子電池完全相同，主要（yào）都包括正極，負極，電解質，隔膜和集流體等。與鋰離（lí）子（zǐ）電池類似，正極材料（liào）是決定鈉離子電池性能和成（chéng）本的主要因素之一，理（lǐ）想的正極材料應滿足還原電勢高（gāo），可逆（nì）容量大，循環性能穩定，電子（zǐ）和離子電導率高，結構穩定安全性高（gāo），價格低廉等特點。目前來看（kàn），三種應用於鈉離子（zǐ）電池的正極（jí）材料已進入產業化（huà）視野，即層狀氧化物，普魯士藍和聚陰離子。

正極材料是鈉離子電池的主要成本之一

數據來源：中科海納，國泰君安證券研究

層（céng）狀過渡金（jīn）屬氧化物：能量密度高，倍率性能優異

納電層狀過渡金屬氧化物正極（jí）材料結構與鋰電三元正極（jí）結構相似，分子為NaMO2，其中M代表鎳，鈷（gǔ），鐵，錳等（děng）過渡金（jīn）屬，在鈉離子嵌脫過程中，利用其結構的良好可調節性，通過將不同過渡金屬元素互相摻雜或取代可以製備出不同的二（èr）元，三元甚至多元的層狀過渡金屬氧化物（wù）。目前主（zhǔ）流（liú）層狀氧（yǎng）化物類型為O3和P2型，P2型（xíng）相較於03倍率性能，循環穩定性更好，比容量相對較低但仍能（néng）保（bǎo）持在100-140mAh/g，產品整體綜合（hé）性能較（jiào）好。

層狀過渡金屬氧化物結構示意圖

數據來源：Research Development on Sodium-Ion Batteries

普魯士（shì）藍：材料（liào）潛力大（dà），結晶水影響性能

普魯士藍類化合物之前（qián）並未在鋰離子電池中使用過，作為過渡金屬的氰化配位聚合物（wù），通式為AxM【Fe（CN）6】y.nH2O，A代表Li，Na，k等堿金屬離子，M代表過渡金屬離子fe，Mn， Ni ，Cu等。普（pǔ）魯士（shì）藍（lán）材料常溫即可製作合成簡單方便，理論比容量可以達到（dào）170mAh/g，同時其立（lì）方體的三維立方網絡結構間隙為大（約4.6A）納離子在結構中擁有較大的傳輸通（tōng）道可實現高倍率充放電，但由於其結構中（zhōng）的Fe（CN） 6空位易和晶格（gé）水分子形成化合物，結晶水難以除（chú）去，使得普魯士藍在實際應用中容易存在比容量低，效率不高，倍（bèi）率較差和循環不穩定的（de）問題，因此，抑（yì）製普魯士藍類化合物結晶水產生和改善晶格缺陷是產業化應用的（de）關鍵。

普魯士藍結構示意圖

數據來源：PRussian blue：a new framework of electrode materials for sodium batter

納電聚陰離子材料：能（néng）量密度低，循環性能好

納電聚（jù）陰離子正極材料結構與鋰電磷酸（suān）鐵鋰正極結構類似（sì），分子式為NaxMy[(XOm)n-],M為可（kě）變價的過渡金屬，主要是釩，還包括錳，鐵，鈷；X為P,S，Si，F等元素，形成的（PO4）3，（SO4）3.（SiO4），（P2O7,）F等聚陰離子化合物。聚（jù）陰（yīn）離子材料晶體框架結構穩定，電化學穩定性高，但聚（jù）陰離子本身的分（fèn）子量偏大，使得理論比容量為100-110mAh/g，同時還存在導電性差等問題。

綜合性價比優勢（shì）突出，層狀氧化（huà）物有望率先產業化（huà）

鈉（nà）離子三種（zhǒng）技術（shù）路線各有優劣，91香蕉视频网址認為目（mù）前層狀過渡金屬氧化（huà）物有望憑（píng）借（jiè）其技術成熟（shú），較高的能量密度，低成本，設備兼（jiān）容性等優點而率先量產，研發方麵，納電層狀氧（yǎng）化物正級與鋰電三元材（cái）料的研發策（cè）略相近，能量密度較高，納（nà）電層狀氧化物（wù）可一定程度上參考三元正極材料研（yán）發經驗，通（tōng）過元（yuán）素摻雜（zá），大單晶等（děng）鋰電三（sān）元正極材料改（gǎi）性策略，同樣可實現材料改性（xìng），提升（shēng）納電正極材料倍率性能和循環（huán）穩定性。另一方麵，多金屬摻雜改性可以（yǐ）有效解決鈉離（lí）子半徑較大而可能造成的多次脫嵌過程中（zhōng）發生相變引致結構坍塌問題，同時目前層狀氧化物正極材料平（píng）均電壓為2.8~3.3V，比容量100~140mAh/g，產品整體綜合性能較好，且後（hòu）續通過不同過渡金（jīn）屬元素的協同效應，潛在比容量可達190~200mAh/g.

成本方麵，納電層狀氧化物正極相較於磷酸鐵鋰正劑材料單瓦時成本更低，以鐵酸納基層狀氧化物正極材料為例，根據（jù）元素平衡測算，當前價格納電正極核心主材和單瓦時成本約為2.3萬元/噸和0.070元/wh,較磷（lín）酸鐵鋰材料核心主材和單瓦時成本的14.2萬元/噸和0.356元/wh價格優勢明顯；即便磷酸鐵鋰（lǐ）和碳酸鋰單噸價格下降到（dào）1.2和10萬元/噸，對應磷（lín）酸鐵鋰正極材（cái）料3.49萬元/噸和0.087元/wh的成（chéng）本，納電層狀氧化物仍然有成（chéng）本（běn）優勢。

層狀（zhuàng）氧化物相較於磷酸鐵鋰主材價格和瓦時成本優勢明顯（FePO4＝2.33萬元/tVS1.20萬（wàn）元/t）

工業化產線（xiàn）方麵，納電層狀氧化物和（hé）鋰電三元正極部（bù）分產線（xiàn）可以兼容和快速（sù）切換（huàn）。固相反應法為目前主流（liú）合成（chéng）方法。鋰離子三元正極（jí）前（qián）驅體一般將（jiāng）鎳鹽，鈷鹽和錳鹽按一定比例混合：氫氧化鈉和氨水進行反應生（shēng）產氨堿溶液；將氨堿溶液（yè）和金屬混合溶液（yè）進行充分反應（yīng），生成共沉澱產物；將共沉澱進行壓濾洗（xǐ）滌，加熱幹燥既可以得到三元正極材料前驅體，再經過兩燒/三燒等固相法工藝即可製備得到三元正極（jí）材料，同樣的，鈉離子層狀（zhuàng）過渡金屬氧化（huà）物也可按照類似的工藝製備而得，不同的（de）是（shì）金屬鹽有更多的選擇（zé），包（bāo）括廉價（jià）的鐵鹽（yán），錳鹽等。正極材料再經過混料，塗布，輥壓，幹燥，切片等工藝即可得到鈉離子電池正極片。

產品（pǐn）性能的（de）要（yào）求構（gòu）築層狀氧化物生產門檻

目前來看，鈉離子電（diàn）池正極材料生產核心工藝難點在（zài）於抑製循環過程中表麵晶體結構（gòu）的重構和（hé）顆粒破裂，以及實現形貌尺寸及顆粒粒（lì）徑調（diào）控以及表麵堿（jiǎn）度，pH值（zhí）和遊離納的控製（zhì）。

能量密度：材料的比（bǐ）容量和壓實密度與電池的能量密度息息相關，一方麵通過多元素（sù）摻雜不僅可以改善晶（jīng）格穩定性，也（yě）可以提升材（cái）料的比容（róng）量，另一方麵通過對材料形貌尺寸和顆粒粒徑調控，改（gǎi）善產（chǎn）品的壓實密度和倍率性能，提升電池能量密度。循環穩定性：由於鈉離子半徑較大，在循環過程中鈉離子（zǐ）多次脫嵌後，正極材料結構一產（chǎn）生不可逆相變，尤其在較高的電壓條（tiáo）件下，晶格內的活性金屬和氧（yǎng）原子發生（shēng）位移，導致材料結構坍塌，加快容量衰減，通過多元素摻雜和協同技術，可以實現晶體結構調控，錨定晶格，減少相變（biàn），提高材料的結構穩定性。環境穩（wěn）定性;當層狀氧化物材料存放在空氣中（zhōng），使空氣中水和碳酸（suān）根離子氫會嵌入到層狀材（cái）料中，反應生成氫氧化鈉和碳酸鈉，層狀（zhuàng）材料的層（céng）間距（jù）和Na含量是決定空氣穩定性的兩個（gè）關鍵因素（sù），層間距大，Na含量低的層狀材（cái）料容易發（fā）生水插層，形成水合相，由水分子與鈉離子交換引起的正極表麵上絕緣NaOH和Na2CO3的積累將導致界麵轉移阻抗（kàng）增大和容量保（bǎo）持率降低，而（ér）且，嵌入物導致層間距增加和Na含量降（jiàng）低，加劇層狀材料結構坍（tān）塌和電（diàn）化學性能衰減的惡性循（xún）環（huán），通過對堿度，ph值和遊離納控製，可以有效提（tí）高材（cái）料的空氣穩定性和電（diàn）池漿料的穩定性，進而提升電池整體的穩定（dìng）性及一致性。

新能源需求廣闊，2023年或開啟（qǐ）鈉離子電（diàn）池應用元年

2023年或是鈉離子電池產（chǎn）業（yè）化元年。鈉離子電池已經從實驗（yàn）室走向商業化應（yīng）用階段，中科海納，寧德時代等（děng）多家公司宣布鈉離子電池產業鏈或將於2023年形成（chéng）。目前來（lái）看，納電企業多選擇層狀氧化物作（zuò）為正（zhèng）極主流路線。

預計2025年鈉離子（zǐ）電池正極需求量將達到17萬噸（dūn）。目前產業界納電（diàn）研發及新能源（yuán）汽車和儲能行業（yè）快速推（tuī）進的大背景下，鈉離子電池良好（hǎo）的性價比及更加穩定的電化學性能，快充（chōng）及低溫性能，有望率先在儲能，中低續航裏程電動車，工程車，小動力等細（xì）分市場得到（dào）推廣。91香蕉视频网址預計，2022年底鈉離子電池需求（qiú）將達到58.GWh，對應鈉離（lí）子電池正極材料（liào）需求17.4萬噸。未來隨（suí）著產（chǎn）業化進一步降本以及產品工藝迭代，鈉離子電池有望實現在更低瓦時成本能量密度和（hé）循（xún）環性能與磷酸鐵鋰電池相（xiàng）媲美。

納電初創企業和傳統鋰電企業跨界加速鈉離（lí）子電池正極材料落地。從布局正極材料的企業（yè）類型來看，目前主要有兩類：一類是全麵布局包（bāo）括正（zhèng）負極材料以及（jí）電芯等全產業（yè）鏈的鈉離子電池初創企業，如中科海納，納創新能源等；另一類（lèi）則是具有規模化（huà）生產經驗的鋰電正極（jí）材料（liào）企業，如振華（huá）新材，容百科技，當（dāng）生科技等。

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