钠离子电池行业研究钠电量产元年来临，重视变革与切换

　　（报告出品方作者：华福证券，邓伟、游宝来）钠离子电池发展历程
　　钠离子电池具备成锂离子电池互补方案的天然优势
　　钠元素储量丰富分布均匀，是锂离子电池可期互补方案。锂离子电池较早开始商业化进程，主要是由于锂相对原子质量小、标准电极电位低、比容量高。而钠元素储量丰富、分布更均匀，且能兼容已有的锂电产线，从资源供应保障、成本角度考虑，钠离子电池是锂离子电池的优选互补方案。
　　钠离子电池研究发源已久，即将进入爆发期
　　萌芽期：1967年从高温钠硫电池出发。停滞期：在1979年法国Armand提出摇椅电池概念后，由于锂离子电池体系中应用较为广泛的石墨负极储钠能力欠缺，对钠离子电池的研究几乎停滞。重启期：直至2000年加拿大Dahn等发现硬碳负极具备优异的可逆储钠能力，学界才继续推进。复兴期：到2010年，随锂离子电池研究和产业链建设趋于成熟，以及对锂资源的担忧，钠离子电池的研究和产业化进程，进入复兴时期，海内外出现产业化公司和零星商业化应用。爆发期：直至2021年7月，宁德时代发布第一代钠离子电池，宣布计划2023年形成基本产业链，叠加锂价在2021年底2022年年初快速上涨，引发全产业链对互补、替代方案钠离子电池的高度重视，涌现数十家推动钠离子电池及原材料量产的企业。当前碳酸锂价格突破60万元吨，更近一步加速钠离子电池产业化进程。电池及材料技术路线对比
　　电池：工艺与锂离子电池类似
　　钠离子电池与锂离子电池生产工艺基本类似，传统锂离子电池产线可调试转产。钠离子电池生产工序主要包括极片制作（制浆涂布辊压模切）和电芯的组装（卷绕叠片、入壳、封装、化成、分容），整体生产工艺与锂离子电池类似，仅在负极集流体上换用铝箔、以及配方调整。目前锂离子电池产线基本在调试之后可切换成钠离子电池产线，不需要额外设备投资。与锂离子电池类似，钠离子电池也可制成软包、圆柱、方壳形态。
　　正极：三条路线各有千秋，层状氧化物有望率先应用
　　层状氧化物（基本已攻克，量产首选方案）：结构类似锂离子电池三元正极材料，比容量相对较高、综合性能好，通过调整过渡金属元素选择和比例，可以兼顾动力、储能等多场景需求。工艺成熟（工艺流程和设备和锂电三元材料相似），配套企业基本为成熟三元正极材料厂商，能够提供一致性好、性能稳定的样品、量产原料，是近期产业化首选方案。
　　普鲁士蓝白（攻克中）：过渡金属可仅使用成本较低的Fe或Mn，理论能量密度较高，合成温度低（能耗成本低），是初期热门路线，但由于量产时结晶水控制较难（影响循环和安全性），当前稳定性较差，待未来工艺控制成熟后有望成为高能量密度低成本优选方案。
　　聚阴离子（储备方案）：图表：钠离子电池正极技术路线性能类似磷酸铁锂的橄榄石结构，结构稳定性高，从而具备最长的理论循环寿命，更适合用于储能市场。但导电性较差，能量密度较低。其中掺钒路线成本较高、掺铁路线能量密度表现较差，当前主要作为储备方案。
　　层状氧化物：工艺流程与三元正极类似，配方可调节性较高
　　常见的是八面体位置（O3，初始钠含量更高，容量更高）和三棱柱位置（P2，层间距更大，提升传输速率（倍率性）和结构稳定性）两种排列方式。由于钠比锂更容易与过渡金属分离形成层状结构，目前仅发现镍钴锰形成的锂层状氧化物可以可逆充放电，而钠的选择还包括Ti、V、Cr、Fe、Cu等。不同配方对结构影响很大，除了通过对合成出的材料进行物理表征以确定其具体构型外，目前还没有一种方法能够直接预测层状材料的堆叠结构，进而指导设计制备。产业化进展：主要生产步骤分为前驱体混合和正极烧结，改性措施包括包覆、掺杂等，基本可与锂离子电池三元正极产线兼容，烧结气氛没有强制要求纯氧，密闭性要求较低，烧结次数一般为2次，中低镍产线基本满足要求，按高镍要求设计的产线有超产比例（产能弹性来源于烧结时长和次数）。
　　普鲁士类：比容量高、理论成本低但工艺难度大
　　普鲁士材料呈三维立方体结构，Na具备合适扩散通道，理论倍率性能和循环性能好（通过选择不同的过渡金属可以调控电压和比容量，具备很高的材料设计灵活性）。根据Na含量不同，x1称为普鲁士蓝，x1成为普鲁士白。由于普鲁士白含钠量较高，比容量也更高。由于溶度积常数较低，可以作为水溶液体系正极材料。发展历程：最初的用途是上釉和油画染料，可追溯到1704年，德国人海因里希狄斯巴赫在实验室中生产一种红色颜料时，由于实验污染而获得了深蓝色沉淀，毕加索、梵高画作频繁使用。制备方法：普鲁士类材料制备常采用共沉淀法、水热法，70120即可，无需高温烧结，成本较低；目前实际比容量可以达到150160mAhg，工作电压可以达到3。33。4V。由于铁氰化物结构稳定、前驱体简单易得，研究多集中于此。加工难度：普鲁士类材料瓶颈在于易吸水加工难度大。生产过程中会存在一定结晶水，存在脱出导致电池短路和与电解液反应产生HF的风险。大规模量产对控水要求极高，大规模量产工艺端存在较大的难度。
　　负极：由石墨切换为无定形碳，硬碳和软碳均有发展潜力
　　钠离子电池负极当前一般不使用石墨，在碳基体系中多采用无定形碳。早期观点认为Na直径是Li1。3倍，无法在石墨层间自由迁移，但K、Rb、Cs仍有较高的可逆比容量表现。本质上还是由于热力学问题，钠离子与石墨层之间相互作用力弱，在当前常用电解液中难以形成稳定插层化合物（除非替换成醚类溶剂）。钠离子电池无法直接沿用石墨负极，多采用石墨化程度较低的无定形碳，层间距比石墨高，为实现无损耗的高倍率性打下基础。硬碳比容量较高，但成本和规模化尚存劣势。硬碳前驱体为热固性材料，高温下难以石墨化，结构排布更无序，有丰富微孔、材料间隙更大，比容量更高、膨胀系数小。但孔洞过多导致比表面积较大，首次效率低。且硬碳一般采用生物质、淀粉、树脂等前驱体，产碳效率低，成本相对较高。软碳储钠容量低，但前驱体产碳率更高，具备成本优势。软碳前驱体为热塑性材料，高温下易于石墨化，结构更有序，层间距更短，储钠容量较低。前驱体一般采用煤、沥青、石油焦等石化工业副产品，产业链配套更为成熟，产碳效率可以达到90以上。此外，合金类、金属氧化物或金属硫化物等负极一般具有较高的比容量，但存在首次库伦效率低、电极粉化等问题。钛基负极空气稳定性好，也具备储备潜力。
　　负极生产工艺：碳化比石墨化能耗更低，工艺呈现多样性
　　钠离子碳基负极制备温度更低：无定形碳加工基本仅需10001500C左右碳化加热，而石墨负极的石墨化工序温度至少要达到3000C以上，从能耗成本角度更为节约。生产环节相似，部分环节对设备有特殊要求：设备主要为粉碎混合用的球磨机、混合机等，加热用的窑炉、炭化炉等，其中部分加热工序需要特殊气氛（对密闭性有要求），此外部分预处理工序对耐腐蚀性有要求，硬碳前驱体粉末需要扬尘控制。技术发展和可选改性方案：软碳、硬碳前期研究目的主要是在锂离子电池石墨负极体系中进行掺杂包覆以实现改性（提升倍率性等），主流负极企业多有相关布局。在钠离子电池体系中，由于软碳、硬碳材料本身均存在性能缺陷，为提升综合性能，可进行预活化、预氧化、混合掺杂、包覆等改性处理。如：碳源的选取可混合软碳和硬碳；可掺杂N、S、金属氧化物、合金等；通过包覆形成三维立体核壳结构，在形成丰富微孔储钠的同时改善表面导电性能。此外在烧结工艺、负极极片制作工艺上也有丰富提升手段。总体而言，负极前驱体选型、加工工艺、改性手段均存在技术多样性，成本拆分、定价模型不透明，负极厂商更易形成技术壁垒和议价优势。
　　电解液：六氟磷酸钠可使用现有产线，为量产首选方案
　　钠离子电池电解液与锂离子电池类似，由溶质、溶剂、添加剂组成。其中溶质须锂盐替换为钠盐，溶剂、添加剂基本可复用锂离子电池中的成熟体系，但也需要根据钠离子特性做配方调整以提升性能。钠离子斯托克斯直径比锂离子小，低浓度的钠盐电解液具有较高的离子导电率，理论上可以使用低浓度电解液，以节约成本。溶质钠盐主要分为有机钠盐和无机钠盐两大类，其中无机钠盐中的NaPF6生产工艺与锂离子电池体系成熟运用的六氟磷酸锂工艺结构类似，被认为是最具产业化前景的钠盐，但热稳定性欠佳。有机钠盐中的NaFSI导电率高但电化学窗口窄，NaTFSI热稳定性好但低浓度易腐蚀集流体。钠离子电池BOM成本测算
　　钠离子电池成本测算
　　定价对标磷酸铁锂平替，仍有较大下降空间。由于正极、负极等原材料尚未形成市场规模，多数企业选择自供，尚无稳定市场报价。我们预测产业化初期，钠离子电池每kwh制造成本在600700元之间。待产业链形成规模化生产后，有望下降到500元kwh以下。假设碳酸锂价格跌回15万元吨，LFP价格回落到7。35万元吨左右，对应LFP电芯全成本约为700元kWh左右，钠离子电池仍将具备明显的成本优势。产能梳理和需求测算
　　钠离子电芯产能规划超过100GWh
　　据公开资料统计，钠离子电芯头部厂商产能规划合计超过100GWh。主要分为传统锂离子电池厂商转型，和钠离子电池专业化厂商。由于钠离子电芯产线和锂离子电芯产线设备相似度较高，存在从锂离子电芯产线技改切换的可能性，实际上产能弹性较大。从投资强度来看，钠电池与锂电工艺设备基本类似，投资强度与锂电接近；正极分为普鲁士类和层状氧化物，根据企业公告数据，普鲁士类投资强度在1。42亿元，层状氧化物与三元共线，投资成本接近；负极和电解液溶质投资预计将会低于现有锂电水平。
　　钠离子电池需求测算
　　展望A00级电动车、电动两轮车和储能领域，到2025年对电池需求约为441GWh，假设钠离子电池渗透率为16，对应钠离子电池需求71。2GWh。展望2030年，钠离子电池需求有望达到439GWh。在此我们强调：决定渗透率的是供给侧能力，如果钠离子电池性能、成本超预期，实际需求空间更大。产业链重点公司分析
　　宁德时代：锂电全球龙头，领航钠离子电池量产
　　2021年7月宁德时代正式发布第一代钠离子电池，计划2023年形成基本产业链，并宣布第二代钠离子电池的能量密度将达到200Whkg，系统能量密度能做到160Whkg。同时亮相创新的锂钠混搭电池包（高性能的锂低成本的钠互补，推动产业化应用）。
　　中科海钠：中科院物理所孵化，深耕钠离子电池合作华阳股份、三峡资本、多氟多等，获华为战投
　　中科院物理研究所2011年起致力于钠离子电池技术开发，2017年依托其技术的中科海钠成立，创始团队包括核心技术人员胡勇胜、陈立泉等，试验线建设在江苏溧阳。2020年中科海钠PreA轮融资得到华阳新材料集团旗下梧桐树资本投资，而后与具备丰富无烟煤资源的华阳股份深度合作，在山西共建正负极材料生产线，并为其钠离子电池产线提供技术支持。此外，中科海钠与三峡江苏能投、阜阳国资合资建设钠离子电池生产基地。
　　浙江钠创维科技术：交大科研团队领军，合作新宙邦、淮海控股等
　　浙江钠创成立于2018年，团队核心技术来源于上海交通大学马紫峰教授团队，实控人为其学生车海英博士（上海电化学能源器件工程技术研究中心中级研究人员），浙江医药战略投资参股。淮海控股2021年参与其PreA轮融资，维科技术2022年参与其A轮融资。当前估值已超过24亿元。
　　维科技术2004年即进入电池行业，2019年与LG化学在南昌合资建设电池厂，在聚合物锂电池、铝壳锂电池行业有技术和工艺积淀。当前规划首期2GWh钠离子电池产线，2023年中有望投放。
　　新宙邦（锂离子电池电解液头部企业之一）2019年与钠创控股股东上海紫剑化工共同申请《钠离子电解液、二次电池及制备方法和应用》专利。报告节选：
　　（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
　　精选报告来源：【未来智库】。链接