钠电池行业专题性能和应用有望与锂电互补，2023年将迎量产元

　　（报告出品方作者：浙商证券，张雷，黄华栋，王婷，虞方林）1、钠离子电池：性价比突出，主流路线明晰
　　1。1、钠电池性价比突出，目前处于痛点攻坚期
　　钠离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质和隔膜等关键部件组成。钠离子电池的工作原理和锂离子电池相似，都属于摇椅式。充电时钠离子从正极材料脱出后，经过电解质嵌入负极材料中。与此同时电子则从正极经由外电路运动到负极，以维系整个系统的电荷平衡。放电过程则与充电过程相反。其中钠离子电池正、负极材料体系为决定性因素，电解质主要与正、负极材料体系进行选择匹配使用。
　　与锂电池相比，钠电池的优势在于：1）资源丰富和低成本：相比锂离子的稀缺性，钠离子在地壳元素中的储能更丰富，因而成本低，可成为锂离子电池很好的补充，截至2022年11月数据，碳酸钠价格约为碳酸锂价格的1200，此外钠电池的正负极均采用铝箔，可进一步降低成本；2）宽温性：在4080的温度范围内均有较好的容量保持率；3）快充和倍率性好：相同浓度的钠离子电池电解液比锂离子电池电解液具有更高的离子电导率，同时钠离子在极性溶剂中具有更低的溶剂化能，使其在电解液中具有更快的动力学性质，具有更高的电导率；4）安全性：钠电池可在零电压下保存及运输，无运输安全风险，在短路时，自发热热量少，无起火爆炸等隐患；5）生产：与锂离子电池具有类似的工作原理和材料构成，生产经验和设备可以部分兼容。
　　钠离子电池技术实用化的痛点在于：1）钠离子质量比锂离子重，电负性不及锂，因而能量密度不及锂。同类电极材料钠离子电池的电压比锂离子电池低，因此钠离子电池比容量低，能量密度也低。2）钠离子体积更大，难以脱嵌，循环性能较差。钠离子半径比锂离子大，因此导致钠离子在刚性结构中相对比较稳定，难以可逆脱嵌。即使可以发生脱嵌，钠离子嵌入脱出的动力学很慢，并且容易引起电极材料的结构产生不可逆的相变，从而降低了电池的循环性能。
　　1。2、电极材料技术分析：主流路线基本明晰
　　（1）正极材料：层状氧化物是主流方向。针对钠离子电池的两个痛点，电极材料是改进其能量密度、电压与循环性能的关键。只有研发出适于钠离子稳定脱嵌的正负极材料，才能推进钠离子电池的实用化。已有的正极材料主要包括层状氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝白类材料。其中，层状氧化物材料为目前钠离子电池的主流方向。
　　三种钠电正极材料性能各具优劣，分别对应不同的应用场景，各家企业布局不同。（1）层状氧化物：与锂离子电池三元材料均为一种嵌入或插层型化合物，二者生产工艺类型相同，且产线可以共用，工艺成熟度相对较高。在性能方面，层状氧化物具有比容量高、压实密度高等，结构利于储钠，但结构存在相变，导致循环性能和稳定性较差；此外，层状氧化物极易与空气中的水和二氧化碳等物质反应，在晶体结构表面形成副产物，未来应用场景偏向于动力和性能要求较高的领域。
　　根据钠离子的配位环境和氧的堆积方式，层状氧化物可分为O3、P3、P2、O2等，其中O3型材料和P2性材料的发展前景较好。O3型材料（如NaNiO2、NaFeO2、NaCrO2等）具有更高的钠含量，能量密度更高，但由于钠离子迁移的扩散能垒高，故其循环寿命较差。P2型材料（如Na23Ni13Mn23O2、Na23Fe12Mn12O2等）循环寿命较好、空气稳定性较高，但比容量略低。布局企业包括中科海纳、宁德时代、钠创新能源和Faradian等。
　　（2）聚阴离子：具有稳定的框架结构，使得该类材料具有优越的热稳定性、循环寿命和安全性，但大质量的阴离子基团较多，导致材料的导电性和比容量较差，且能量密度较低，适宜在混动车、不间断电源等领域应用。常见的聚阴离子材料有硫酸铁钠、磷酸铁钠、磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、焦磷酸盐等。其中硫酸根比磷酸根电负性强、工作电压更高，且硫酸盐系材料具有低成本的优势，但其易吸潮分解使得材料的循环寿命比较差。钒基聚阴离子材料具有较高的工作电压（3。43。8V）和较高的理论比容量，但由于钒成本较高且具有毒性，削弱了其作为钠离子电池材料的性价比优势。布局企业包括众钠能源、钠创新能源和Naiades等。
　　（3）普鲁士蓝类：发展较晚，成本最低，能量密度较高，开放三维结构利于钠离子脱嵌，安全性、倍率性好，但制备过程中难以控制配位水，导电性和循环寿命较低，合成条件苛刻，且氰化物具有潜在毒性，目前主要的制备方法是共沉淀法和水热法，更适用于大规模推广的场景，例如储能电站。布局企业包括宁德时代、星空钠电和NatronEnergy等。
　　层状氧化物是目前研发进展最快的正极材料，有望率先实现量产。中科海纳作为聚焦层状氧化物正极材料的代表公司，在技术研发方面进展迅速。层状氧化物的研发主要需要克服复杂结构演变、不可逆相转变、传输动力学差、空气稳定性差等关键科学问题。中科海钠在国际上首次发现Cu2Cu3氧化还原电对在含钠层状氧化物中高度可逆。基于此，公司设计和制备出低成本、环境友好的NaCuFeMnMO层状氧化物正极材料（铜铁锰皆为廉价金属），该正极材料的专利已经在中国、日本、美国、欧盟获得授权。
　　（2）负极材料的改进：软碳、硬碳优劣不一。碳基材料中首选无定形碳材料。目前可以作电池负极材料的碳基类材料主要包括石墨类碳材料和无定形碳（硬碳和软碳）材料。在锂离子电池负极中常用的石墨材料，由于热力学原因，无法与钠离子形成稳定的化合物，因此钠离子电池难以使用石墨作为负极材料。碳纳米材料主要包括石墨烯、碳纳米管等，依靠表面吸附实现钠的存储，可实现快速充放电，但存在库仑效率低、循环性差等问题使其难以获得实际应用。层间距较大的无定形碳材料因具有较高的储钠容量、较低的储钠电位和优异的循环稳定性，成为最具应用前景的钠离子电池负极材料。
　　无定形碳材料中首选硬碳材料。在碳基材料中，相比于石墨等软碳材料而言，硬碳材料无法石墨化。硬碳材料的碳层排列规整度低于软碳材料，其层间可以形成较多的微孔以方便钠离子的脱嵌。硬碳材料具备储钠比容量较高、储钠电压较低、循环性能较好等诸多性能优势，同时具备碳源丰富、低成本、无毒环保等优势，与石墨电极相比，在冷启动和快速充电模式方面也更具优势，是当前首选的钠离子电池负极材料。
　　硬碳作为负极材料时也存在部分缺点，如电极电位低、首圈库伦效率低和循环稳定性差等，这对硬碳基负极材料的产业化应用造成了障碍。虽然对硬碳材料的储能机理有待进一步确认，但是关于硬碳储钠性能的提升策略已经呈现了共通之处。硬碳材料储钠性能（倍率、比容量、首圈库伦效率）提升的策略主要集中在以下几个方面：通过调控前驱体的合成及热解过程调控硬碳的孔隙结构和层间距；与其他材料的包覆和复合、杂原子掺杂等来调控材料的缺陷程度和层间距；电解液的调控和预钠化的处理。
　　（3）电解液：溶剂类似，差异点在于钠电池主要采用六氟磷酸钠。钠离子电池的电解液与锂离子电池的电解液类似，可以沿用现有锂离子电池的部分生产装备与技术。NaPF6和NaClO4是最常被研究的两种钠盐。NaPF6直至300几乎没有质量损失，PC基（碳酸丙烯酯）电解液中导电率最高。由于其合成原理与LiPF6相似，在制造工艺方面可以与目前的锂离子电池制造工艺和设备兼容，成为了钠离子电池电解液的主流方向。NaClO4拥有离子迁移速度快、热稳定性强、成本低等优势，但含水量高、易爆炸和高毒性等不足影响了其实际应用。相对于传统的钠盐NaPF6和NaClO4，含氟磺酰基团的钠盐（NaTFSI，NaFTFSI，NaFSI等）具有较高的热稳定性和无毒的特点，但是由于其阴离子对于铝箔集流体具有腐蚀作用，所以很少被当作单独的钠盐来使用。
　　1。3、成本：量产后将具有突出的材料成本优势
　　当前钠电芯的材料成本约为0。427元Wh，磷酸铁锂电芯的材料成本约为0。627元Wh，当碳酸锂价格降低至20万元吨时，磷酸铁锂电芯的材料成本与钠电芯的材料成本相当。考虑到制造工艺和设备十分相近，假设钠电池产业链成熟后，与锂电池的单位制造成本相同，因此主要对比二者的材料成本。按照目前的材料价格和单耗，我们估算钠电芯的材料成本约为0。427元Wh，其中正极材料、负极材料和电解液占据较高比例；当大规模量产后，假设材料能量密度提升带来单GWh材料消耗量、产业发展成本降低带来售价的下降，我们估算产业成熟后，钠电芯的材料成本约为0。285元Wh；在目前碳酸锂价格约为50万元的情况下，磷酸铁锂电芯的材料成本约为0。627元Wh；当碳酸锂降价30万元吨至20万元吨时，我们计算得到磷酸铁锂电芯的材料成本约为0。438元Wh，与目前钠电芯的材料成本相当。
　　2、应用场景空间广阔，2025年全球需求98GWh
　　行业政策出台支撑钠电产业发展，已有产业化事件落地。2021年8月，国家工信部提出十四五期间加强布局、健全产业政策、制定行业标准、统筹引领钠离子电池产业高质量发展；2022年2月国家发改委和能源局印发《十四五新型储能发展实施方案》，将开展钠离子电池研究放在储能电站技术的首位。在产业化方面，2019年3月，中科院物理研究所在江苏溧阳投运了世界上首座100KWh的钠离子电池储能系统，成功地为长三角物理研究中心供电；2021年6月，山西太原投运1MWh钠离子电池储能系统；此外，小牛电动计划2023年推出钠电池两轮车。
　　钠电池应用路线相对明晰，2025年全球需求量或达98GWh。钠电池早期有望先在A00级和A0级电动车、后备电源、启停电源等领域对铅酸电池和锂电池进行替代，之后在家庭储能、电力储能和A级电动车领域实现更大范围渗透。为此我们分别按照电动两轮车、储能（含通信储能、备用电源等）和低速车（含专用车、商用车和低速乘用车）三大应用场景对钠电池的渗透率进行预测，我们预计在2025年钠离子电池全球需求量有望达到98GWh，其中两轮车、储能、A00A0级车、A级车的全球需求量分别为6。4、55。5、18。4和17。5GWh，对应正极、负极、电解液、隔膜、铝箔的全球需求量为22。5万吨、13。0万吨、13。9万吨、19。1亿平方米及7。4万吨。3、产业链布局加速，2023年将是量产元年
　　3。1、电池环节产业布局：技术快速推进，2023年量产
　　在钠离子电池产业链的布局中，厂商所选择的正负极材料呈现多样化特征，正极材料的选择以层状氧化物和普鲁士蓝为主，负极材料以硬碳为主，国内代表厂商包括宁德时代、中科海纳、钠创新能源、星空钠电等，多家公司预计2023年实现规模化量产。
　　中科海钠：拥有多项钠离子电池核心专利，是国内外少有的拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业。公司设计并制备出低成本、环境友好的NaCuFeMn层状氧化物正极材料，并创新性地采用成本低廉的煤作为原材料得到储钠性能优异、性价比高的软碳负极材料，正负极材料均获得专利授权。目前，中科海纳已实现钠离子电池布局全产业链覆盖，包括正负极材料生产、电芯生产以及电池组装的部分。其中，正负极材料由子公司山西新阳清洁能源与中科海纳共同生产；电芯生产由孙公司山西华纳芯能科技负责；电解液与多氟多合作生产；电池组装由华阳股份负责。
　　中科海钠预计在未来实现大规模量产的情况下，该公司钠离子电池的材料成本预计为0。26元Wh，较相同容量的磷酸铁锂电池下降约三成。在电池制造环节，钠离子电池则与磷酸铁锂电池的生产成本相当。2022年7月28日，公司全球首条GWh钠离子电池生产线正式落成。该项目总投资5。88亿元，年产能达1GWh，致力于打造全球领先的钠离子电池生产基地。在1GWh项目达产后，各方企业将加快建设5GWh、25GWh生产基地。
　　宁德时代：钠离子电池技术领先优势显著，预计2023年推进量产。2021年7月公司发布第一代钠离子电池，选择用普鲁士蓝类材料普鲁士白作为正极材料，攻克了普鲁士蓝类材料合成条件严苛的难题，创新性地对材料体相结构进行电荷重排，解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减的核心难题。在性能方面，电池电芯单体能量密度达到160Whkg；常温下充电15分钟，电量可达80以上；20C低温环境拥有90以上的放电保持率；系统集成效率可达80以上。宁德时代表示，第二代钠离子电池电芯单体能量密度将突破200Whkg。在电池系统集成方面，公司开发了AB电池解决方案，可以实现钠离子电池和锂离子电池的集成混合共用，既弥补了钠离子电池在能量密度的短板，又发挥出高功率，低温性能的优势，公司预计于2023年形成钠电池基本产业链。
　　传艺科技：投资设立钠电新材料公司，产品性能和量产进度位居一线。传艺科技在深耕现有消费电子零部件主营业务的同时，投资设立传艺钠电科技有限公司，向新能源领域布局延伸。公司2022年7月初公布了小试阶段的钠离子电池产品数据，实现了正极材料质量比容量140mAhg，负极材料质量比容量300mAhg，单体电芯能量密度145Whkg，循环寿命4000次和20温度下容量保持率88等性能结果，且正极、负极材料及电解液配方均为自主研发。2022年10月，公司公告中试线设备安装调试完成并投产，单体能量密度150160Whkg，循环次数不低于4000次，产品性能跻身一线。
　　2022年10月公司公告，将钠电池一期规划2GWh产能提升至4。5GWh，二期产能建设规划后续将视一期项目进展情况和市场需求情况制定（二期此前为8GWh），2022年9月，公司公告拟设立孙公司，规划建设一期5万吨年、二期10万吨钠离子电池电解液项目。2023年1月4日，传艺科技公告，其控股孙公司传艺钠电与苏州德博新能源有限公司于近日签署《钠离子电池储能系统项目开发合作协议》，根据协议，德博新能源所售钠离子电池储能系统，所有使用的钠离子电池均由传艺供应，在传艺产品达到德博新能源提出的技术指标和双方确认的商务条款后，2023年度德博新能源承诺向传艺采购电芯量不少于2GWh。
　　蔚蓝锂芯：与中科海钠签署钠电池全程合作协议。2022年12月12日公告，全资子公司江苏天鹏电源近期与溧阳中科海钠科技有限责任公司签署《战略合作协议》，公司与中科海钠将以约定的产品开发为载体，组建合作团队、讨论圆柱钠离子电池市场应用方向、产品形态和技术规格，共同实施产品开发过程，推动圆柱钠离子电池联合开发、量产、应用推广和迭代开发。
　　雄韬股份：钠电池产品完成验证，2023年有望量产。2022年12月30日，雄韬股份在投资者互动平台表示，钠电中试线建设正在有序推进当中，计划将于2023年投产，同时可启动一期量产线建设。公司钠电第一代智慧电芯样品已于2022年上半年完成验证，能量密度可达130Whkg，循环寿命超于3000次，低温40下的容量保持率达70，20的容量持率可达90以上，快充10min达85。此前，雄韬股份表示，公司钠电电芯研发主要沿用层状氧化物硬碳的技术路线，主要应用于储备一体、工程设备等应用领域。
　　3。2、正极材料布局：以层状氧化物为主，预计20232025年量产
　　钠离子正极材料的布局存在三条技术路线，其中布局层状氧化物的厂商最多，主要是三元正极企业，包括振华新材、容百科技、当升科技等。
　　振华新材：第二代产品送样反馈良好，三元正极产线可兼容钠电正极。公司钠电正极材料选择层状氧化物路线，产品具有高压实密度、高容量、低pH值和低游离钠的特性。其中，高压实密度、高容量有助于提升电池的能量密度；低pH值、低游离钠能够有效提高材料的空气稳定性和电池浆料的稳定性，进而提升电池整体的稳定性及一致性，改善电池产气鼓胀的缺陷。目前是第二代产品，降低游离钠同时提高材料比容量，送样的客户反馈比较好，预计最先使用场景是两轮车和中低续航里程的电动车。量产方面，2022年6月发布定增预案，规划建设年产10万吨正极材料，兼容三元高镍、三元中镍和钠电正极。
　　容百科技：在正极材料三大技术路线上均有布局和规划，并以层状氧化物和普鲁士白为主流方向。公司致力于开发具有低成本及优异电化学性能的钠离子电池正极材料，使得钠离子电池能量密度高于110Whkg，循环次数高于6000次，倍率性能优于3C。2022年7月，容百科技发布了四款钠电正极材料，其中三款为层状氧化物、一款为普鲁士白，并已与几十余家下游客户完成送样验证，9月出货超过10吨，综合开发能力与量产进度处于行业领先水平，预计2023年底的月出货近千吨，公司现有产能1。5万吨，预计2023年底产能将达3。6万吨年，规划到2025年，钠电正极材料产能达10万吨。
　　3。3、负极材料布局：优选硬碳，部分公司已实现量产
　　硬碳因其优越性能成为了钠离子电池负极材料布局的主流方向，软碳方向部分企业亦有布局。中科海钠以无烟煤作为前驱体制备软碳材料；宁德时代推出了具有独特孔隙结构的硬碳材料；璞泰来、翔丰华目前正在推进中试工作。日本方面，吴羽已实现了硬碳材料的量产化，三菱及松下正在从事钠离子电池负极材料的研发和生产工作。佰思格：国产钠电硬碳领先者，产品性价比较高。据公司官网介绍，佰思格是国内首家量产钠（锂）电池硬碳负极材料的企业，2020年钠电硬碳开发成功，2021年参与首个钠电池行业标准编制，先后获得鹏辉能源、蜂巢能源、雄韬电源的战略投资。公司的产品原料采用生物质，NHC330高容量产品的最高能量密度超过330mAhg，首次效率超过90，低成本和球形产品（容量280mAhg、首效88）的产品价格仅为国外产品的1514。
　　贝特瑞：硬碳产品性能突出，已实现吨级以上订单，并着手开始规模化产能建设。公司早在2009年开始布局和研究硬碳、无定型碳等负极材料，开发出可以稳定量产供应的产品，兼顾硬碳和软碳。根据公司官网，BSHC系列硬碳产品的压实密度小于等于5。0gcm3，首次容量可接近300mAhg，首次效率超过88。目前公司钠电负极已通过国内部分客户认证，实现吨级以上订单，并持续供货，正在积极导入其他头部企业，同时提升硬碳产能规划。
　　杉杉股份：硬碳负极性能领先，已有小批量销售。公司采用优选的沥青原料，与添加剂混合进行交联处理等工序，前驱体经高温炭化制得具有难石墨化性的硬碳材料，容量、首效等性能行业领先，解决了市场上硬碳负极材料量产难、容量低的固有难题，获得头部客户认可并实现小批量销售。根据公司官网，公司SHC1T产品的首次容量500mAhg，首次效率超过80；SC18产品的首次容量230mAhg，首次效率超过85。
　　3。4、电解液环节布局：承袭锂电池电解液产线，主打六氟磷酸钠材料
　　布局钠电池电解液环节的厂商多数拥有锂电池电解液产线，可实现锂钠产线复用。国内布局钠离子电池电解液的厂商包括：钠创新能源、多氟多、天赐材料等。2022年，钠创新能源5000吨钠电池电解液投产，预计35年内会建设出配套8万吨正极材料的电解液产线；多氟多是国内首家商业化量产六氟磷酸钠的企业，拥有从六氟磷酸锂产线快速切换六氟磷酸钠产线的工艺技术，目前具备年产千吨六氟磷酸钠的生产能力，子公司焦作新能源已具备1GWh钠电池的产能，子公司广西宁福新能源规划5GWh产能；天赐材料参与宁德时代钠离子电池产业链布局，目前已具备六氟磷酸钠量产技术。
　　3。5、正负极集流体布局：铝箔单位需求量提升
　　钠离子电池技术的快速发展为电池铝箔创造了更广阔的市场空间，鼎胜新材、万顺新材、华北铝业等铝箔制造商纷纷布局。鼎胜新材：作为国内铝箔行业的龙头企业，以电池铝箔等产品为突破口，全面进入新能源、新材料领域。公司自2015年开始电池铝箔的研发生产，客户覆盖宁德时代、特斯拉、比亚迪等。主要产品包括电池光箔和电池涂层箔，其中电池光箔可供用户再生产加工，电池涂层箔可供下游客户直接使用。截至2021年底，公司电池箔产能9。4吨年，2022年底有望突破15万吨。公司于2022年与宁德时代签订了4年框架协议，未来供货量预计51。2万吨，响应对高质量动力电池铝箔的强劲需求。2022年7月，公司的定增预案显示，拟募资27亿元用作年产80万吨电池箔及配套坯料项目和补充流动资金项目。
　　万顺新材：获得宁德时代32万吨电池铝箔大单。自2018年开始布局电池铝箔，客户涉及宁德时代、多氟多、欣旺达等。安徽中基在建7。2万吨高精度电子铝箔生产项目中，一期4万吨项目于2021年底开始投产，二期3。2万吨项目正在加紧建设，预计2023年投产。2022年11月23日，万顺新材公告，全资孙公司安徽中基与宁德时代签订《合作框架协议》，约定在2023年1月1日至2026年12月31日期间，向宁德时代供应至少32万吨锂电铝箔。
　　4、投资分析
　　钠电将与锂电应用互补，2023年产业迎来量产元年。与锂电池相比，钠电池具有资源丰富和低成本，良好的宽温性、倍率性和安全性，生产环节可与锂电池相通等优势，我们测算钠电目前材料成本约为0。427元Wh，其中正极、负极和电解液的成本占比分别为30、21和23，我们估算钠电产业化后的材料成本将比届时的磷酸铁锂电芯低35。
　　在需求端，目前为止，钠电池的产业化进度较为理想，目前已有MWh级别的储能电站投入运营，预计钠电池将在电动两轮车、偏小型储能和低速四轮车领域先行应用，我们预计在2025年钠离子电池全球需求量有望达到98GWh，其中两轮车、储能、A00A0级车、A级车的全球需求量分别为6。4、55。5、18。4和17。5GWh，对应正极、负极、电解液、隔膜、铝箔的全球需求量为22。5万吨、13。0万吨、13。9万吨、19。1亿平方米及7。4万吨。在供给端，目前传艺技、中科海纳等企业均已规划GWh级别产能，材料端产品性能尚可，量产进度不断加速，预计2023年将成为钠电池产业的量产元年。
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　　精选报告来源：【未来智库】链接