!"#$%&'()*+,-./0,12/!!"#$%&'()*+,证券分析师：邓伟执业证书编号：S0210522050005研究助理：游宝来证券研究报告行业评级!"#$2022年11月24日请务必阅读报告末页的重要声明 投资要点Ø高锂价是短期驱动，资源安全是发展内核。锂盐价格持续上探突破60万元/吨，且资源（尤其是开采成本更低的矿产）区位分布不均，存在地缘风险隐患。钠盐价格不到0.27万元/吨、储量丰富资源易得，我们预计行业形成规模化生产后，钠电成本有望下降到500元/kWh以下。因此出于短期降本和长期资源战略储备考量，钠离子电池是新能源电池体系降本、保障供应链安全的优选互补方案。Ø不仅仅是“备选方案”：低温性能优越，快充无损耗。相比磷酸铁锂电池，钠离子电池安全性、低温性能更佳，排列无序的无定形碳比石墨快充损耗更小。钠离子电池发展相对滞后主要是由于早期未发现储钠能力强的负极材料，学界商界优先发展锂电体系。在持续加大研发力度、量产技改后，当前的能量密度和循环性能差距有望被逐步追平。Ø量产元年即将开启，初期可预见应用场景丰富。当前国内外多企业已展开产业化布局，中长期规划产能超过100GWh，正负极工艺路线尝试较为丰富，各家在探索“性能-成本-安全-量产”平衡点，2022年下半年以中科海钠为代表的钠离子电池专业企业中试线、1GWh级别产线陆续投放，2023年以宁德时代为代表的锂离子电池龙头企业即将推出钠离子电池批量生产方案。对能量密度和循环性能要求相对较低、且格局相对分散的两轮车、消费电子、家用储能领域可为钠电提供包容性更强的初步应用场景，低速电动汽车、大型储能有望提供更广阔空间。Ø关注“变革”与“切换”：“变革”环节重点关注负极【贝特瑞】【元力股份】【杉杉股份】【圣泉集团】等、普鲁士类【百合花】【美联新材】等、铝箔【鼎胜新材】【万顺新材】等；“切换”环节重点关注锂电池龙头【宁德时代】【孚能科技】【鹏辉能源】等、钠电池新秀【华阳股份】【维科技术】【传艺科技】等、层状正极【振华新材】【容百科技】【当升科技】【厦钨新能】【万润新能】等；电解液【天赐材料】【多氟多】【新宙邦】【丰山集团】等。Ø风险提示：钠离子电池产业化落地、配套材料方案、降本路径和周期尚存不确定性。2 n"#$%&-./0n%&123456789n"#$%&:;<=>?@nABCDEFG?@nAHIJKLMNOCDnPQRSTU3 钠离子电池具备成锂离子电池互补方案的天然优势Ø钠元素储量丰富分布均匀，是锂离子电池可期互补方案•锂离子电池较早开始商业化进程，主要是由于锂相对原子质量小、标准电极电位低、比容量高。而钠元素储量丰富、分布更均匀，且能兼容已有的锂电产线，从资源供应保障、成本角度考虑，钠离子电池是锂离子电池的优选互补方案。4资料来源：中科院物理所，各公司专利，华福证券研究所项目钠离子电池锂离子电池钒液流电池铅酸电池三元磷酸铁锂地壳丰度2.60%锂：0.0017%；镍：0.008%；钴：0.002%锂：0.0017%0.02%0.0016%资源保障来源丰富，分布广泛，提炼简单分布不均，锂集中在澳大利亚、南美等；镍集中在印尼、北美等；钴集中在刚果（金）、澳大利亚等分布不均匀，我国已探明锂资源占全球6%多为共生矿，作为冶金业副产品我国铅资源丰富，探明储量近亿吨，占全球20%左右。2020年进口134万吨，铅产量544万吨环境影响较轻，氰化钠有毒较轻，钴有毒较轻五氧化二钒为剧毒物质2B类致癌物，三大重金属污染物之一，有毒有害实际能量密度140-160Wh/kg240-280Wh/kg150-180Wh/kg15-50Wh/kg50-70wh/kg循环次数1000-5000次3000-6000次4000-8000次10000-15000次300-500次热稳定性较好高镍较差较好较好-低温性能较好较好较差较好-电压平台2.8-3.7V4.2-4.5V3.2V-2V投资成本推广期0.5-0.7元/Wh；发展期0.3-0.5元/Wh；爆发期0.3元/Wh以下当前0.9-1.1元/Wh；2021年0.7-0.8元/Wh当前0.8-1元/Wh；2021年0.6-0.7元/Wh3.8-6元/Wh0.4-0.5元/Wh其他优点负极可用铝箔代替铜箔；快充不影响寿命--回收简单，残值高-图表：钠离子电池特性及优势 钠离子电池研究发源已久，即将进入爆发期Ø萌芽期：1967年从高温钠硫电池出发。Ø停滞期：在1979年法国Armand提出“摇椅电池”概念后，由于锂离子电池体系中应用较为广泛的石墨负极储钠能力欠缺，对钠离子电池的研究几乎停滞。Ø重启期：直至2000年加拿大Dahn等发现硬碳负极具备优异的可逆储钠能力，学界才继续推进。Ø复兴期：到2010年，随锂离子电池研究和产业链建设趋于成熟，以及对锂资源的担忧，钠离子电池的研究和产业化进程，进入复兴时期，海内外出现产业化公司和零星商业化应用。Ø爆发期：直至2021年7月，宁德时代发布第一代钠离子电池，宣布计划2023年形成基本产业链，叠加锂价在2021年底-2022年年初快速上涨，引发全产业链对互补、替代方案——钠离子电池的高度重视，涌现数十家推动钠离子电池及原材料量产的企业。当前碳酸锂价格突破60万元/吨，更近一步加速钠离子电池产业化进程。5资料来源：中科院物理所，华福证券研究所；注：高温钠电池主要包括钠硫电池和ZEBRA电池，用可实现钠离子导电的陶瓷电解质作为离子交换的隔膜，并将金属钠或者化合物形式的钠作为电价变化的活性物质制造二次发电电池，必须在高温下才能运行。而常温钠离子电池类似于锂离子电池，依靠钠离子在正负极之间的嵌入脱出和迁移实现充放电过程。1967美国Yao和Kummer发现Na+在Na−훽!!−퐴푙"푂#中的快速传导1968美国Ford公司发明高温钠硫电池；中科院上海硅盐研究所开始研发1972法国Armand首次构建了基于石墨衍生的嵌入式化合物正极的固态钠电池1976Goodenough和Hong提出푁푎$%&푍푟"푆푖&푃#'&푂$"固体电解质1977中科院上海硅酸盐研究所研制出6kW钠硫电池模块并成功驱动电动车1979法国Armand提出“摇椅式电池”概念1986南非Coetzer提出ZEBRA（Na|푁푎−훽!!−퐴푙"푂#|푁푖퐶푙")钠镍电池1981法国Delmas等首次报道Na(CoO"层状氧化物正极的脱嵌钠电化学性能2000转折点：加拿大Dahn等发现钠离子电池高容量硬碳负极材料2006日本Okada等首次报道NaFeO2的可逆充放电行为2003日本NGK公司实现高温钠硫电池商业化2007加拿大Nazar等提出形变较小的Na2FePO4F聚阴离子正极材料2011全球首家钠离子电池公司英国Faradion建立；日本Komaba等首次报道NaNi0.5Mn0.5O2|| 硬碳全电池性能2009中科院上海硅酸盐研究所建成中试线2010中科院上海硅酸盐研究所研制出100kW/800kWh电池组并于世博会示范运行2013美国Goodenough等提出普鲁士白正极2014中科院物理所胡勇胜等首次发现Cu#%/Cu"%电化学活性，并提出Cu基正极材料中科院上海硅酸盐研究所开始针对ZEBRA电池展开产学研合作2015中科院物理所胡胜勇等首次提出低成本煤基无定型碳负极材料2017承袭中科院物理所研究成果的中科海钠成立，研制出用于电动自行车的电池组2019中科海钠推出全球首个100kWh钠离子电池储能电站中科院上海硅酸盐研究所成立公司“奥能瑞拉”2018中科海钠推出全球首辆钠离子电池电动汽车20217月宁德时代发布第一代钠离子电池，计划2023年形成基本产业链；2022中科海钠投产2条GWh级别钠离子电池产线；湖南立方发布第一代钠离子电池常温钠离子电池高温钠电池研究停滞：研究条件限制，重心转向锂离子电池，石墨几乎不具备储钠能力进入复兴时期：锂离子电池研究成熟，对锂资源的担忧图表：高温钠电池和常温钠离子电池发展历程 n"#$%&-./0n%&123456789n"#$%&:;<=>?@nABCDEFG?@nAHIJKLMNOCDnPQRSTU6 电池：工艺与锂离子电池类似资料来源：各公司公告，中科院物理所，华福证券研究所Ø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。图表：钠离子电池生产工序图表：钠离子电池产业链图谱7 正极：三条路线各有千秋，层状氧化物有望率先应用资料来源：中科院物理所，华福证券研究所Ø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。Ø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。图表：钠离子电池正极技术路线对比层状金属氧化物普鲁士类化合物聚阴离子类化合物结构优点制备简单，技术转化容易比容量高（阴离子氧化还原也提升能量密度）电压高倍率性能高开放性三维通道，Na快速迁移：结构稳定性、倍率性工作电压高可实现2个Na可逆脱出嵌入：理论比容量高合成温度低：成本低开放三维骨架：支撑稳定晶格，提升循环性、安全性F-和阴离子电负性大：工作电压高含有多个Na+、过渡金属多价态：更高比容量空气稳定性好不足易吸水、与空气反应：影响稳定性循环性能稍差结晶水难以去除：降低首周效率和循环效率过渡金属易溶解导电性差空位、水分子占用Na嵌入点：容量利用率低阴离子强共价键：导电率差掺杂包覆后降低能量密度部分含有毒元素比容量理论220mAh/g；产业化150mAh/g理论200+mAh/g；实际应用140-150mAh/g110mAh/g循环寿命目前2000-4000次受结晶水影响：1000-1500次能达到4000-5000次电压3.1-3.7V3.1-3.4V2.8-3.3V成本不同过渡金属配方成本差距较大，目前7-15万元/吨，成熟后5-8万元/吨。颜料级2.5万元/吨，电池级成熟后预计3-4万元/吨磷酸钒钠路线成本最高硫酸铁钠预计低于层状环境影响较好氰化钠有毒钒有毒图表：钠离子电池正极技术路线性能Ø聚阴离子（储备方案）：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。8 层状氧化物：工艺流程与三元正极类似，配方可调节性较高资料来源：公司公告，专利、华福证券研究所Ø层状氧化物结构通式为Na!MOퟐ，其中M为过渡金属元素，MOퟔ八面体过渡金属层和NaOퟔ碱金属层交替排布。•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。Ø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，