钠离子行业深度报告：钠电池技术进步明显，23年开始产业化元年

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业 钠电池技术进步明显，23年开始产业化元年 ——钠离子行业深度报告 电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn 电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn 联系电话：021-601997932022年9月20日 1 钠电池技术进步明显，23年开始产业化元年 钠电规模化后具备明显成本优势，近两年技术进步显著，在储能、低端动力领域应用空间较大。锂电池性能优异一直是主导的电池体系，但21年中以来碳酸锂价格飙升，锂电池成本大幅提升，给产业链带来压力，从而企业寻求新材料体系进行突破，钠电池因为天然的成本优势而成为首选，大规模量产后成本有望降低至0.5元/wh（pack），相较于10万/吨碳酸锂下的磷酸铁锂电池仍具成本优势；同时碳酸钠对应的国内供给充足，供应链更为安全；随着各方在纳电上的研发投入纳电研发进展快速，钠电池技术及材料逐步具备产业化的可能，同时钠离子行业标准制定在即，我们预计年底钠电池技术和材料体系有望基本定型，23年为钠电产业化元年，实现小批量出货，24年实现大批量量产，规模有望达到30GWh，预计未来首先取代铅酸电池，并逐渐切入A00级电动车和储能领域，我们预计25年钠电池全球需求超100GWh，未来有望成为锂电池的一个有效补充。 技术逐步成熟，正极目前趋向单晶层状氧化物，负极趋向低成本前驱体合成的硬碳，添加剂配方是提升循环寿命的关键。短期看层状氧化物类量产难度低，综合性能优异，成为目前正极主流路线，技术发展趋势为单晶化；长期看三大路线并驾齐驱，层状氧化物类主打能量密度，普鲁士蓝类主打低成本，聚阴离子类主打循环寿命。钠电技术壁垒主要在于负极和添加剂配方，其中负极分为硬碳和软碳，硬碳为主流趋势，其指标严苛，构效关系复杂，为钠电产业化关键瓶颈，亟待低成本前驱体的开拓；添加剂配方是提升循环寿命的关键，钠电高碱度+高电压更加考验钝化膜的稳定性，Know-How壁垒高于锂电池。 产业链龙头加大布局，23年钠电产业化元年将临。电池厂来看，宁德时代推出普鲁士白体系+AB电池，后续或进一步升级为锰基富锰普鲁士白体系，同时加大层状氧化物布局；中科海钠专注铜铁锰层状氧化物+软碳路线，主打高性价比路线，绑定华阳股份+多氟多；第二梯队方面，立方新能源、钠创新能源、传艺科技层状氧化物产品性能优异，鹏辉能源、众钠能源选择聚阴离子体系，欣旺达具备独家补钠技术。正极厂来看，振华新材突破技术瓶颈开发高性能单晶层状氧化物，容百科技深度绑定宁德时代，产能规划庞大，当升科技、邦普循环、格林美亦加快布局。负极厂来看，佰思格国内量产进度最快，贝特瑞产品稳定性高，凯金能源等传统锂电负极厂商也在加速突破。 投资建议：钠电技术逐步趋于成熟，23年产业化元年来临，有望实现加速渗透，我们看好钠电产业链前景。第一条主线看好钠电技术领先厂商，推荐宁德时代，关注华阳股份、鹏辉能源、欣旺达等；第二条看好用量翻倍的集流体环节，关注鼎胜新材；第三条线看好价值量高的正极环节，推荐振华新材、容百科技、当升科技，关注厦钨新材、长远锂科；第四条线看好技术壁垒高的负极环节，推荐贝特瑞、璞泰来、杉杉股份；第五条线看好隔膜、电解液及添加剂，推荐恩捷股份、星源材质、天赐材料、新宙邦、天奈科技，关注多氟多。 风险提示：碳酸锂价格下跌，研发进度不及预期，终端销量低于预期。 2 目录 钠电池成本优势显著，主打两轮车/A00级/储能市场 正极以层状氧化物为主，负极以硬碳材料为主 承接锂电成熟产业链，细分标的产业化进程加速投资建议及风险提示 3 锂/钠电体系对比：锂价维持高位下钠电池有望快速渗透 相较于锂电池，钠电池成本优势显著，锂价高位时有望实现加速渗透。钠资源丰富且分布均匀，钠电池原料具备成本优势，供给充足，因此未来供应链更加安全。钠电池工作原理与锂电池相同，可充分补充铁锂短板，但痛点在于循环性能和能量密度。钠离子行业标准制定在即，落地后有利于打通上下游供应链，钠电池预计未来首先取代铅酸电池，并逐步实现低速电动车、后备电压和启停电池的无铅化，并逐渐切入A00级电动车和储能领域，我们预计25年需求超100GWh。 图钠离子和锂离子产业环节对比 参数类别钠离子电池锂离子电池 技术路线两种体系中正、负极变化较大，也是生产壁垒所在 4 数据来源：GGII，东吴证券研究所 钠电厂商多掌握前驱体工艺，壁垒较高 铁锂安全性领先，锰铁锂等突破在即 负极 硬碳工艺制备要求较高，亦为量产关键瓶颈 多采用石墨，人造石墨技术要求较高 电解液 采用六氟磷酸钠，和锂电原理类似，量产难度低 采用六氟磷酸锂，量产难度低 隔膜 相较于锂电池体系，变化不大 一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜 添加剂 成膜添加剂为钠电核心壁垒，补钠对容量提升意义大 包括成膜/导电/阻燃/过充保护添加剂等 集流体 负极集流体选用铝箔，其他非活性物质沿用锂电 负极采用铜箔，正极采用铝箔 成本投入 单GWh投资接近于铁锂电池 铁锂单GWh投资额2.5亿元 盈利能力 我们预计毛利率高于锂电 15-30% 产品良率 制备工艺不成熟、生产效率较低，生产良率不高 90%+ 适用场景 两轮车、A00级车、储能 全场景 正极三种主流路线，层状氧化物类正极趋向单晶化， 两种主流路线，高镍三元技术壁垒较高，磷酸 锂比钠更适合做为电池材料，因此商业化进度更早 锂比钠更适合做为电池材料，因此商业化进度更早。锂元素和钠元素同属于碱金属元素，二者化学性质相近，但锂元素从相对原子质量（低16.05）、离子半径（小0.26A）、电势（低0.05V）比钠元素更适合作为电池材料，但钠离子地壳丰度远高于锂离子（2.75%vs.0.0065%），且斯托克斯半径大于锂离子，溶液中导电性更好，因此锂离子电池相对电压高，能量密度高，虽价格偏高，导电率略低，因此更早大规模商业化。 图钠离子和锂离子关键指标对比 指标 钠 锂 相对原子质量 22.99 6.94 离子半径/A 1.02 0.76 电负性 0.93 0.98 质量比容量（mAh/g) 1165 3861 体积比容量（mAh/ml） 1131 2062 碳酸丙烯酯中斯托克斯半径/A 4.60 4.80 标准电极电位/V -2.71 -3.04 地壳丰度 2.30% 0.0017% Goodenough电 池、LIMEO2正极 摇椅电池原理充分应用；石墨负极实现技术突破 商业化应用出现；Sony开辟首次锂电商业化应用 硅负极实现技术突破,达到锂电高能量密度高性能 锂电池规模化生产； 锂资源愈发紧张 图钠离子和锂离子商业化进程 锂电 研发阶段 研发阶段 便携式设备 动力电池 动力电池、储能全方位应用 197019801990200020102022 5 数据来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》，东吴证券研究所 高温硫钠电池， NaMeO2正极 发明高温钠离子电池；缺乏稳定负极 钠电研发进程放缓；钠-氯化镍电池开 始发展 硬碳负极材料实现技术突破 研发成果快速提升；规模化应用指日可待 钠研发阶段 电 动力、储能初应用 储能应用研发减少研发突破 储能、动力电池逐渐成熟 我国锂资源对外依存度高，钠资源丰富具备成本优势 我国锂资源对外依存度高，钠资源丰富且分布均匀。全球已探明的锂资源量约8900万金属吨，折碳酸锂超1亿吨，其中58%的锂资源集中在南美洲，我国锂资源量仅为世界的5.9%，对外依存度较高，但国外地域政治风险长存，预计未来锂精矿仍维持供应紧张状态。而钠资源的地壳丰度远高于锂离子（2.75%vs.0.0065%），且广泛分布于全球各地，海水中即含有丰富的氯化钠，符合我国战略发展定位。 锂资源供需紧平衡，锂价高增超预期，钠资源提炼简单价格低廉，因此供应链更加安全。全球锂资源处于供需紧平衡的状态，电池级碳酸锂价格已高达51.41万元/吨（截止22年9月19日），且紧平衡预计维持至23年。相比之下，碳酸钠提钠简单，供给充足，价格稳定低廉，价格仅为2739元/吨（重质纯碱，纯度99.2%，截止22年9月19日），因此供应链更加安全，经我们计算，碳酸锂价格在10万元/吨以上，钠离子电池相比磷酸铁锂电池具备经济性优势。 图2022年全球锂资源储量占比图电池级碳酸锂价格走势（万元/吨） 60 6 数据来源：USGS，百川盈孚，东吴证券研究所 7% 10% 17% 41% 25% 中国智利 澳大利亚其他国家阿根廷 50 40 30 20 10 0 2019/012019/072020/012020/072021/012021/072022/012022/07 7 数据来源：《Ultralow-ConcentrationElectrolyteforNa-IonBatteries》，钜大锂电，东吴证券研究所 钠离子电池主打成本优势，性能优异补足磷酸铁锂短板 钠离子电池与锂离子电池工作原理相同，其产品优势在于成本低，倍率性能优异及低温容量保持率高。钠离子在放电时从负极脱出，经过电解液和隔膜，嵌入正极，而充电时则发生相反过程，因此充放电行为和锂离子电池基本一致，均属于摇椅式二次电池。钠离子电池同样采用正极、负极、隔膜、电解液作为电池主材，但具体结构变化在于负极集流体使用铝箔，同时正极材料选择性更广，负材料使用孔隙大的硬软碳而非石墨。在产品性能方面，钠离子主要对标磷酸铁锂电池，其具备成本优势（比LFP低20%以上），同时倍率性能优异 （Na+溶剂化程度低），低温容量保持率高（-20℃比三元高10%，比铁锂高20%+），安全性高（热失控温度高，可过放不带电运输），充分补充磷酸铁锂的短板，但其能量密度偏低（140Wh/kg，比LFP低30Wh/kg，比NCM811低70Wh/kg），循环性能偏低（4000次，比LFP低2000次+）。 图表钠离子电池工作原理图表钠离子电池特性 成本优势明显倍率性能优异 低温容量保持率高 安全性高 能量密度偏低循环性能偏低 8 数据来源：《钠离子电池科学与技术》，东吴证券研究所测算 成本：材料端优势显著，远期电池成本预计0.5元/Wh 钠离子电池的材料端成本优势显著，主要体现在正负极、电解液和集流体。钠离子电池正极钠源使用碳酸钠（3千元/吨），相比碳酸锂（50万元/吨）价格优势显著，如果使用铜锰铁元素层状氧化物体系，正极价格比LFP正极便宜一半以上；负极材料使用硬/软碳，目前价格预计8/5（万元/吨），未来成本可降至4/2（万元/吨）以下，其中软碳相比石墨具备成本优势；电解液使用NaPF6，其离子电导率更高，因此用量比锂电更低，同时原材料量产后成本优势显著；集流体方面正负极均使用铝箔，无需使用价格较高的铜箔，因此进一步降低成本（降低60%以上）。 钠离子目前处于推广期，电池成本预计0.8-0.9元/Wh，远期预计降至0.5元/Wh。目前钠离子电池处于推广期，设备工艺不成熟、生产设备不完善、产业链不完善，我们预计电池成本约0.8-0.9元/Wh，其中电芯材料成本0.5元/Wh；随着产业链完善，储能市场爆发，钠离子电池标准化程度逐步提高，规模效应显现，技术趋于成熟，产品进入发展期，总成本有望降到0.6-0.7元 /Wh，其中电芯材料成本降至0.4元/Wh；最终随着新技术应用及比能量大幅提升，钠离子电池进入爆发期，产品成本大幅降低， 我们预计电池成本低至0.5元/Wh，其中电芯材料成本降至0.3元/Wh。 图表层状氧化物的钠电池BOM成本（推广期）图表层状氧化物的钠电池BOM成本（成熟期） 层状氧化物体系钠离子电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 层状氧化物体系钠离子电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 电