电气设备行业专题研究：钠离子电池正极材料：新势力一马当先，锂电厂商伺机而动

电气设备行业专题研究 钠离子电池正极材料： / 新势力一马当先，锂电厂商伺机而动 2022年10月12日 / 【投资要点】 钠离子电池正极材料的三种技术路线层状氧化物、普鲁士蓝（白）和聚阴离子性能和成本各有优劣。层状氧化物晶体结构类似于三元正极材料，其优点是能同时兼顾能量密度和循环寿命，缺点是稳定性相对其他正极材料略差。层状氧化物目前的比容量通常在100-145mAh/g之间，循环次数2000-3000次。普鲁士蓝(白)化合物具有较高的能量密度潜力和较好的倍率性能，同时合成方法相对简单，成本较低，缺点在于其晶体中的结晶水会降低了材料实际比容量和循环性能。目前普鲁士蓝(白)化合物实际的比容量在70-160mAh/g之间，循环性能为1000-2000次。聚阴离子型化合物三维立体结构多样且结构稳定，以类似于磷酸铁锂的橄榄石型晶体结构居多，其长期循环稳定性好，安全性高。聚阴离子化合物的循环次数大多在4000次以上。聚阴离子化合物的劣势主要在于其比容量相对较低，在100mAh/g上下。 主流钠电企业当前主攻层状氧化物钠离子电池路线，多数拟在2023年投产，对普鲁士蓝或聚阴离子路线则保持紧密跟踪。宁德时代、中科海钠、维科技术、传艺科技等主流钠电池厂商主攻层状氧化物的同时，也在积极布局和跟进聚阴离子或普鲁士蓝(白)。星空钠电、汉行科技、鹏辉能源、众钠能源和山东章鼓等部分企业则主攻普鲁士蓝(白)或聚阴离子路线。钠离子电池产业化进度方面，钠电新势力动作频繁，多数拟在2023年实现量产，规划相对明确的包括中科海钠(山西阳泉1GWh投产，安徽阜阳1GWh待投产)、维科技术和传艺科技各2GWh层的状氧化物钠离子电池产线。传统锂电池厂商关于钠离子电池相关的量产规划动作不多，部分厂商布局甚至相对滞后，可能源于其原有锂电产线可以切换至钠电领域的先发优势。综上，从量产进度看，以中科海纳、维科技术和传艺科技等为代表的层状氧化物路线钠离子电池量产计划相对明确和领先，2023年实现量产的概率较高，可能是最先量产的钠离子电池。 振华新材、容百科技等锂电池正极供应商钠电正极布局以层状氧化物为主，目前大多处于小批量送样检测阶段，其中振华新材和容百科技钠电正极产能规划相对明确，其主要目的在于为下游锂电池厂商的钠电布局进行配套。鉴于层状氧化物和三元正极之间结构和工艺的相似性，锂电正极厂商布局层状氧化物为主，容百科技、格林美和长远锂科等部分公司对普鲁士蓝(白)化合物亦有技术储备。产能规划方面，包括现有、在建和拟建产线在内，振华新材有13万吨正极材料产线可以兼容层状氧化物钠离子正极材料；容百科技2023年规划层状氧化物产能3.6万吨，2025规划产能10万吨。 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 证券分析师：程文祥 证书编号：S1160522090002电话：021-23586305 相对指数表现 10/1212/122/124/126/128/1210/12 22.14% 11.56% 0.97% -9.61% -20.19% -30.78% 电气设备沪深300 相关研究 《业绩超预期，钠电布局领先行业》 2022.08.31 《高镍出货量增长，海外客户占比提升》 2022.08.31 《锂电材料业务高速增长，三元前驱体高镍占比进一步提升》 2022.08.31 《锂电2025年趋势展望：受限的锂矿，分散的正极，激进的电池》 2022.03.25 《2022年新能源汽车投资策略：景气中段，超跌布局》 2022.01.26 行业研究 电气设备 证券研究报告 美联新材、七彩化学和百合花等传统化工厂商利用其在普鲁士蓝（白）材料领域的技术优势，也在积极布局钠电正极，以实现老产品的新应用。美联新材具有普鲁士蓝（白）材料上游核心原材料氰化钠的产能、成本和技术优势，七彩化学则有相应的产业化技术，双方拟合作共同投资钠电正极材料。两者一期拟建设1万吨电池级普鲁士蓝(白)化合物，预计2023年底建成投产；二期和三期分别拟建5万吨和12万吨。百合花有成熟的无机颜料普鲁士蓝生产技术，并在晶型控制技术方面有技术积累，目前已经开始电池级普鲁士蓝（白）材料的实验室小试。普鲁士蓝（白）结晶水的问题是当前阶段该正极材料需要迫切解决的难题，根据个别企业的研发进展，目前在实验室小试环境下已经可以把普鲁士蓝（白）的结晶水控制在合理的水平，普鲁士蓝（白）化合物结晶水的控制在技术上具备可行性。 钠电池市场崛起与否，对于钠电新势力而言是生死之战，对于锂电池企业则只是一城一池的得失，所以迫切希望打开钠电池应用场景的钠电新势力主要通过自建配套材料产线方式来解决正负极材料和电解液等上游供应链问题。华阳股份钠2000吨层状氧化物钠离子正极材料产线已经于2022H1投产；多氟多2022.09表示其层状氧化物钠离子正极材料中试线已经建成，目前有小批量下线；钠创新能源计划今年完成3000吨层状氧化物钠离子正极材料产线的投产，未来3-5年拟分期建设8万吨正极材料产线；传艺科技表示2023年会完成2GWh电池和配套材料产线的投产。 当前锂盐价格高企，钠电正极材料成本空间相对宽泛，层状氧化物路径成为主流厂商稳妥的选择，但是中长期看，钠电池正极的技术路线格局远未到定论之时。当前锂电正极材料价格居高不下，电池厂商或者下游企业对钠电正极材料成本接受区间相对宽泛，与三元材料结构和工艺趋近的层状氧化物成为了锂电池厂商和钠电新势力当前不约而同的选择。但是锂盐价格一旦回落，成本问题很可能会再度成为钠离子电池拓展下游应用的核心。普鲁士蓝（白）和聚阴离子正极材料随着各厂商的研发推进，结晶水和低能量密度技术问题会逐步得到解决。中长期看，储能和电动车领域应用场景丰富，钠离子正极材料大概率和现有锂电池正极材料一样，会是多种路线并存的格局，不同的技术路线对应不同的性能和成本的组合，并匹配不同场景下的需求。 【配置建议】 振华新材钠电正极布局领先，现有产线可兼容钠电正极，容百科技层状氧化物和普鲁士蓝(白）双线布局,谨慎看好；美联新材利用原料优势切入普鲁士蓝(白）领域，建议予以关注。 【风险提示】 风险提示：钠离子电池正极材料量产进度不及预期；钠离子电池需求不及预期；钠离子电池成本居高不下 正文目录 1.钠离子电池正极材料技术路线4 1.1钠离子电池正极材料之层状氧化物：兼顾能量密度和循环寿命4 1.2钠离子电池正极材料之普鲁士蓝(白)：低成本和高倍率4 1.3钠离子电池正极材料之聚阴离子：高稳定性5 2.电池厂商钠离子电池正极材料路线的选择7 2.1钠电厂商的正极选择：主攻层状氧化物，紧跟其他路线7 2.2钠电厂商量产进度：新势力热火朝天，锂电池厂商动作平缓8 3.钠离子电池正极材料产业化进度9 3.1锂电池正极供应商：层状氧化物送样测试阶段9 3.2传统化工厂商：普鲁士蓝（白）老产品的新用途11 3.3钠电新势力：层状氧化物自给自足，与电池产线同步量产12 4.重点公司：振华新材，容百科技，美联新材14 4.1振华新材：技术可迁移，产能可切换14 4.2容百科技：新产品研发多线布局，产能有序高效扩张15 4.3美联新材：多线布局钠离子电池正极材料，湿法隔膜产能有序释放15 5.风险提示16 图表目录 图表1：隧道型过渡族金属氧化物晶体结构示意图4 图表2：普鲁士蓝化合物晶体结构示意图5 图表3：磷酸钒钠晶体结构示意图5 图表4：三种钠离子电池正极材料性能对比6 图表5：国内外主要钠离子电池厂商正极材料技术路线7 图表6：国内外主要钠离子电池厂商电池量产规划9 图表7：国内锂电正极材料厂商钠电正极的布局进展10 图表8：国内化工颜料厂商电池级普鲁士蓝(白)布局进展12 图表9：国内钠电新势力厂商正极材料的布局12 图表10：振华新材钠离子电池正极材料产线规划14 图表11：行业重点关注公司(截止2022.9.30)16 1.钠离子电池正极材料技术路线 1.1钠离子电池正极材料之层状氧化物：兼顾能量密度和循环寿命 过渡金属氧化物材料的表达式为NaxMO2(M为Fe,Co,Ni,Mn,Cr,Ti等过渡金属元素)，包括层状过渡金属氧化物材料和隧道型过渡金属氧化物材料。层状氧化物晶体结构类似于三元正极材料，其优点是能同时兼顾能量密度和循环寿命。另外，层状氧化物中包含的金属主要包括铜，锰和铁等元素，都是供应充足，价格相对低廉的金属。但是，钠的过渡族金属氧化物材料NaxMO2的吸潮性很高，即使在空气中暴露非常短的时间都会吸收空气中的水分，从而影响电化学性能。因此，过渡族金属氧化物材料的结构对合成条件以及钠含量等条件极为敏感，其稳定性相对其他正极材料略差。 目前，层状氧化物的比容量通常在100-145mAh/g之间，循环次数2000-3000次。目前电池厂商公开的层状金属氧化物种类包括中科海钠的铜铁锰酸钠，钠创新能源的铁镍锰酸钠，立方新能源的锰铁氰基正极材料等。 图表1：层状过渡族金属氧化物晶体结构和相变过程示意图 资料来源：论文《普鲁士蓝类钠离子电池正极材料的制备及性能研究》，东方财富证券研究所 1.2钠离子电池正极材料之普鲁士蓝(白)：低成本和高倍率 普鲁士蓝(白)类化合物的表达式为NaxM［M’(CN)6］y·zH2O,其中M和M’代表Fe，Co，Ni,Mn,Cu,Zn等过渡金属。普鲁士蓝(白)化合物正极材料拥有面心立方晶体结构，过渡金属离子与氰根离子形成六配位，钠离子处于三维通道结构和配位孔隙中，为可逆嵌脱提供了良好的迁移通道。普鲁士蓝(白)的面心立方晶体结 构和开放式隧道框架结构，为Na离子提供了更大的传输通道，从而使得该材料具有较高的能量密度潜力和较好的倍率性能。以典型的Na2FeFe(CN)6为例，其理论比容量为170mAh/g，高于典型的过渡金属氧化物和聚阴离子材料的比容量。另外，普鲁士蓝(白)系列化合物合成方法相对简单，成本较低，如目前颜料领域广泛使用的普鲁士蓝(白)化合物价格为3万元/吨左右。 图表2：普鲁士蓝化合物晶体结构示意图 资料来源：论文《高性能钠离子电池正极材料》，东方财富证券研究所 但是，实际上普鲁士蓝(白)晶体骨架中存在较多空位和大量结晶水，造成材料结构的缺陷，降低了材料的实际比容量，并影响材料的循环性能。目前普鲁士蓝(白)化合物实际的比容量在70-160mAh/g之间，循环性能为1000-2000次。所以解决普鲁士蓝(白)空位缺陷和结晶水的问题是开发该正极材料的关键。目前各企业主要通过纳米结构、表面包覆、金属元素参杂、改进合成工艺降低配位水和空位等方法来解决。此外，关于普鲁士蓝(白)系列化合物的另一层担忧是其会可能会分解形成有毒的氰化物，但是实际上该化合物只有在300oC以上高温才会释放氰化物。 1.3钠离子电池正极材料之聚阴离子：高稳定性 聚阴离子型化合物三维立体结构多样且结构稳定，以类似于磷酸铁锂的橄榄石型晶体结构居多。聚阴离子化合物在钠离子的嵌入和脱出过程中体积变化小且相变少，因此长期循环稳定性好，安全性高。聚阴离子化合物的循环次数大多在4000次以上。聚阴离子化合物的劣势主要在于其比容量相对较低，目前在100mAh/g上下。聚阴离子型化合物种类比较多，目前研究较多的包括硫酸铁钠、氟磷酸钒钠和磷酸钒钠等。 图表3：磷酸钒钠晶体结构示意图 资料来源：论文《高性能钠离子电池正极材料》，东方财富证券研究所 总体而言，层状氧化物、普鲁士蓝（白）和聚阴离子化合物三条正极技术路线的性能水平各有优劣，都有对应的厂商在布局。层状氧化物能兼顾能量密度和循环性能，并且和三元正极材料体系结构相近，是目前钠电池厂商或者正极配套厂商布局最多的品种，当前来看最先落地的适用场景可能是A00级别电动车，和两轮车等。普鲁士蓝（白）化合物如果能解决结晶水的问题，其能量密度和循环性能提升的潜力很大，加上其成本低，未来在电动车和储能领域都有应用的可能性。聚阴离子能量密度虽然不高，但是优异的循环性能和稳定