智慧牙发布钠离子电池专利分析报告

4月9日，专利数据库商智慧芽（PatSnap）发布《钠离子电池技术全景2026》报告，基于专利分析和市场调研结果，指出钠离子电池已从实验室概念走向商业化，三大正极化学体系走向成熟，成本不断降低。报告还将钠离子电池与锂离子电池进行了全面对比，强调其将与锂电池在储能领域形成战略性互补，而非完全替代。关键要点如下：

1、利用原材料进行关键矿物加工

一、专利申请趋势分析

2017~2020年，全球钠离子电池专利申请量保持平稳，每年约580~640件；此后申请量显著增加，2021年为1391件，同比增长2.4倍；2022年进一步加速增长至3210件，碳酸锂价格在11月达到约60万元/吨，钠离子电池的经济优势愈加突显；而到2024年，钠离子电池专利申请量激增至7032件，与2017年相比增长达12倍，反映出行业摆脱锂资源依赖的战略转向。2025与2026年数据（分别为4769件、235件）回落主要源于18个月专利公开滞后期，而非研发放缓。

行业信息证实，宁德时代、比亚迪以及中科海钠等头部企业的第二代钠离子电池研发项目全速推进，重心从基础材料研究转向制造扩产与系统集成。专利申请地域高度集中于中国，体现出其在电池制造领域的主导地位。

图1 2017–2024年全球钠离子电池年度专利申请量（单位：件）

二、关键材料开发现状

1、正极材料

（1）普鲁士蓝类似物凭借低成本、高稳定性成为商业化主流

普鲁士蓝类似物（PBA，典型组分为Na₂Fe[Fe(CN)₆]）凭借开放框架晶体结构，成为商业化推进最快的技术路线。该结构提供了三维离子扩散通道，倍率性能优异，循环中结构形变极小（体积变化小于2%，层状氧化物约7%），且为铁基低成本体系，摆脱了对钴、镍等昂贵材料的依赖。

2024年6月公开的专利EP4510234A1提出控制结晶法，将含水量质量百分比控制在5%以下，解决了PBA材料含水量较高（通常为10%~15%）会降低容量并引发副反应的核心痛点，可逆容量达到140~150毫安时/克，2000次循环后保持率超过90%。锰掺杂（NaMnFe(CN)₆）可将工作电压从3.2V提升至3.4V，能量密度提升约6%。

（2）层状过渡金属氧化物可实现高能量密度，但空气稳定性是瓶颈

层状氧化物通式为Na_xTMO₂（TM=Ni、Mn、Co、Fe、Ti），理论容量200~240毫安时/克，显著高于PBA。空气稳定性是其商业化的核心障碍，钠基层状氧化物易吸潮与CO₂反应，形成表面碳酸盐层阻碍离子传输。解决方案包括快离子导体涂层（Na₃Zr₂Si₂PO₁₂）、单晶形貌消除晶界劣化、预循环形成稳定固态电解质界面膜（SEI）等。过渡金属层掺锌可抑制P2→O2相变，将循环寿命延长至2000次以上，容量保持率85%，电芯级能量密度约160瓦时/千克。

2024年5月公开的专利US20260005224A1提出梯度层状氧化物，核部富镍提升容量，壳部富锰增强结构稳定，实现了180毫安时/克的实际容量，1000次循环容量衰减<15%。

（3）聚阴离子化合物热安全与循环寿命性能突出，储能领域应用前景广阔

磷酸盐体系（NaFePO₄、Na₃V₂(PO₄)₂F₃）以牺牲能量密度为代价，换取极高的热稳定性。聚阴离子框架中强P-O共价键在300℃以上仍不易释氧，能解决高镍层状氧化物的安全隐患。

2023年3月公开的专利EP4394937A1提出一种铁基复合磷酸盐正极，可实现4000次循环后92%的容量保持率，在电网级储能等重视循环寿命而对能量密度不敏感的领域具备优势。

2024年4月公开的专利WO2024225976A1提出复合正极结构，将聚阴离子与层状氧化物相结合，兼顾聚阴离子的高电压（3.8V）与层状氧化物的高容量（180毫安时/克），电芯级能量密度接近165瓦时/千克。

2、电解液工程

钠的路易斯酸性更弱，导致Na⁺溶剂配位更强、动力学变慢。为了应对钠离子半径更大（1.02埃，锂离子半径0.76埃）的挑战，钠离子电池电解液研究已从直接改造锂离子电池的碳酸酯体系，演进为针对性设计溶剂化结构，主要采用以下三种策略：

（1）溶剂化结构工程

电解液设计的关键突破来自2025年5月公开的专利WO2026026108A1提出的两步注液法：先用低浓度电解液（0.5摩尔/升）预形成稳定SEI，再注入高浓度电解液（1.5摩尔/升）用于工作。该方法形成更薄、更均匀的无机富集型SEI（Na₂CO₃、NaF），界面阻抗降低40%。

（2）添加剂策略

氟代碳酸乙烯酯（FEC）已成为构建富NaF-SEI的标准添加剂，但其成本较高（15~20美元/千克）。硼酸钠盐添加剂（NaB(C₂O₄)₂）作为其替代方案，成本低于5美元/千克，SEI效果相当，同时可清除水分、在4.0V以上稳定正极/电解液界面。

锂离子电池中铝可自然钝化，而钠离子电解液在3.8V以上会发生点蚀，为解决钠离子体系特有的铝集流体腐蚀问题，可使用含磷添加剂（如亚磷酸酯）形成AlPO₄保护层，支持高压运行。

（3）下一代溶剂体系：酯类、离子液体与固态电解质

2025年5月公开的专利WO2025235655A1证实，羧酸酯类电解液在零下40℃的容量保持率可达85%，对极寒应用场景至关重要，同时闪点>50℃，安全性优于传统碳酸酯（约32℃）。

离子液体（IL）电解液完全不可燃，电化学窗口>5V，但粘度高（50~100厘泊，碳酸酯仅3~5厘泊），限制了倍率性能。碳酸酯中混合10%~20%质量分数的离子液体杂化方案可在不牺牲动力学的前提下提升安全性。

2025年4月公开的专利WO2026011871A1提出钠离子复合固态电解质，25℃离子电导率达到2.5毫西门子/厘米，接近液态电解液5~10毫西门子/厘米的水平，但电极/电解质界面阻抗仍为液态体系的5~10倍。

图2 钠离子电解液关键性能对比

三、钠电池与锂电池对比分析

1、成本优势

（1）原材料储量丰富与供应链安全

截至2025年年中，碳酸钠的价格为0.05美元/千克，而碳酸锂的价格为15美元/千克，原材料成本差距达300倍。钠可从海水或天然碱矿提取，加工简单，可消除锂资源的地缘政治集中风险（全球约70%锂矿来自澳大利亚、智利、中国）。

（2）正极成本低

对锂离子电池而言，镍钴锰酸锂（NMC）正极占电芯成本的43%，磷酸铁锂（LFP）正极占35%，但钠离子电池的普鲁士蓝正极仅占电池成本的26%。此外，钠离子不与铝发生低压合金化，正负极均可使用铝箔，通过替代铜箔进一步降低物料成本5%~8%（铝约2500美元/吨，铜约8500美元/吨）。

（3）规模效应带来的降本潜力巨大

2026年第一季度，宁德时代第二代钠离子电池电芯（175瓦时/千克）成本约70美元/千瓦时，中国成熟LFP锂电池成本为40~45美元/千瓦时。比亚迪表示，长期产能突破100吉瓦时后，成本可降至LFP锂电池的70%以下。行业预测，随着宁德时代、比亚迪各自的30吉瓦时产线满产，2027年钠离子电池成本将降至40美元/千瓦时。

图3 2026–2027年钠电池与锂电池成本走势（单位：美元/千瓦时）

2、性能对比

钠离子半径更大、氧化还原电位更低（较锂低约0.3V），电池能量密度约160~175瓦时/千克，而NMC锂电池可达250~280瓦时/千克，因此钠离子电池在注重成本与安全、对续航与重量相对不敏感的场景更有竞争力。钠离子电池低温性能优异，在零下20℃的容量保持率超过90%（LFP锂电池为70%~75%，NMC锂电池为60%~70%），使其在加拿大、北欧、俄罗斯等寒冷地区交通与户外储能场景下占据优势（锂电池需昂贵热管理）。

从单次循环度电成本的角度，钠离子电池成本为70美元/千瓦时，以5000次循环计算，单次循环成本为0.014美元/千瓦时。LFP锂电池成本为45美元/千瓦时，以寿命3500次循环计算，单次循环成本为0.013美元/千瓦时，二者已几乎相等。预期2027年钠离子电池成本降至40~50美元/千瓦时后，将实现对锂离子电池的反超。

宁德时代“AB电池系统”将高能量密度锂电池与高功率钠离子电池集成在同一个电池包中，由智能电池管理系统（BMS）调控，实现电池包能量密度>220瓦时/千克，同时保留钠离子电池低温优势，证明两者并非竞争替代关系，而是可以实现性能互补。

表1 钠离子电池与锂离子电池关键性能对比

（肖梦简 岳芳）

来源： Sodium-ion battery technology landscape 2026. https://www.patsnap.com/resources/blog/articles/sodium-ion-battery-technology-landscape-2026/

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