电气设备行业专题研究：钠离子电池环节概述：产业化加速，有望成为锂电的有效补充
行业研究 电气设备 证券研究报告 / 电气设备行业专题研究 钠离子电池环节概述：产业化加速，有望成为锂电的有效补充 / 2022年10月17日 【投资要点】 钠电池与锂电池工作原理相似。钠电池与锂电池同为嵌脱式二次电池，靠Na+或Li+在正负极之间移动完成充放电，生产工艺与锂电池高度重合，产业化基础良好。性能方面：（1）现阶段商业化的钠电池能量密度在100-160Wh/kg，略低于磷酸铁锂的120-180Wh/kg；（2）高低温性能优秀，钠电池可以在-40℃-80℃的温度区间内正常工作， -20℃下容量保持率接近90%；（3）安全性更高；（4）倍率性能更好，具备“快充”属性。 核心优势在于材料端成本。钠离子正极钠源使用碳酸钠，钠资源地壳含量高，全球分布广泛，碳酸钠目前价格约3千元/吨，相对于锂盐价格优势明显，同时过渡金属摆脱了对高价镍、钴等元素的依赖；负极材料使用软碳/硬碳，软碳材料相较于石墨成本优势明显；正负极集流体均可以使用具备价格优势的铝箔；电解液使用NaPF6,离子电导率更高，因此可使用低盐浓度的电解液。我们测算，现阶段钠电池电芯成本在0.8-0.9元/Wh，随着工艺成熟、产业链完备，成本有望下探至0.5元/Wh以下，相较于磷酸铁锂电池具备显著经济性。 应用空间广阔，在储能、低速交通领域与锂电形成补充。储能领域为钠电池提供主要需求空间：全球能源转型需求下，电化学储能加速发展。锂资源紧缺，碳酸锂价格一路飙升，钠电池资源优势和成本优势日渐凸显，同时安全性能远高于锂电池，完美契合储能领域需求。低速交通领域：钠电池能量密度高于铅酸电池，且不存在环保问题，叠加新国标要求，钠电池成为两轮车领域实现无铅化替代的不二之选；相较于磷酸铁锂电池，钠电池性价比优势凸显，有望在价格敏感的低速电动车领域逐渐渗透。我们预计，至2025年，钠电需求超100GWh。 国内厂商产业化加速，2023年有望成为量产元年。宁德时代引领产业趋势，2021年率先发布第一代钠电池，并提出预计2023年形成基本产业链；中科海钠绑定华阳股份、多氟多，2022年预计将有2GWh产能投产，储能电站项目落地；传艺科技2022年7月设立孙公司传艺钠电，下半年，中试线投产，预计2023年2GWh产线投产；钠创新能源、立方新能源、众钠能源等也纷纷布局GWh电池或千吨级材料产能。 【配置建议】 钠电池技术逐步趋于成熟，2023年有望成为钠电池产业化元年。电池厂商方面，谨慎看好：宁德时代，建议关注：华阳股份、传艺科技、维科技术；正极材料方面，谨慎看好：振华新材，容百科技；其他材料，建议关注：多氟多。 【风险提示】 储能需求低于预期； 锂电池成本下降超预期； 钠电池产业化速度低于预期。 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 联系人：陈栎熙，郭娜电话：021-23586475 相对指数表现 11.58% 1.91% -7.76% -17.43% -27.09%10/1812/182/184/186/188/18 -36.76% 电气设备沪深300 相关研究 《9月新能车销量大增，行业景气度向上》 2022.10.12 《钠离子电池正极材料：新势力一马当先，锂电厂商伺机而动》 2022.10.12 《颗粒硅：工艺决定低碳基因，市场验证拉晶品质》 2022.09.14 《钙钛矿电池：“黑科技”见曙光》 2022.08.16 《高纯石英：皇冠上的明珠》 2022.07.22 2017 正文目录 1.钠电池：工作原理与锂电池一致，核心优势在于成本4 1.1.工作原理与锂电池一致，生产工艺相似4 1.2.成本是突出优势，能量密度略逊于锂电池5 1.2.1.钠资源广泛，成本优势突出5 1.2.2.能量密度略低于锂电池，具备宽温域、高安全性优势7 2.钠离子电池的应用场景和空间展望8 2.1.复盘：钠离子电池的发展历史8 2.2.应用场景：储能和低速交通领域应用潜力大9 2.2.1.储能领域：高安全性+低成本，应用潜力大10 2.2.2.两轮车：性能优越+环保，实现铅酸替代12 2.2.3.低速电动车：性价比高，有望成为锂电池的有效补充13 2.3.市场空间测算：2025年超100GWh空间14 3.钠离子电池的关键环节拆解15 3.1.正极材料：决定能量密度，主要有三大技术路线15 3.1.1.层状氧化物：能量密度高，产业化进度最快15 3.1.2.普鲁士类：电化学性能好，成本低17 3.1.3.聚阴离子类：结构稳定、循环性能好，比容量低18 3.2.负极材料：无定形碳具备商业化潜力，硬碳为主，软碳为辅19 3.2.1.硬碳：性能卓越，价格高19 3.2.1.软碳：成本低，比容量低20 3.3.其他材料：与锂电池区别不大21 4.钠离子电池产业布局情况和进度21 4.1.电池：科创团队+锂电厂切入两种模式，格局未定22 4.1.1.中科海钠：背靠中科院，钠离子电池先驱23 4.1.2.钠创新能源：源于上海交大，技术实力深厚25 4.1.3.宁德时代：由锂电切入，具备产业链协同优势26 4.1.4.传艺科技：IT高新技术企业，布局钠离子电池27 4.2.正极：层状氧化物量产进度领先，23年有望实现量产27 4.2.1.容百科技：高镍三元领域龙头，转型正极材料综合供应商27 4.2.2.振华新材：单晶三元正极细分龙头，布局钠电打开储能增长空间28 4.3.负极：预计硬碳是主流材料，主流负极厂均有布局28 4.3.1.华阳股份：无烟煤龙头企业，与中科海钠深度合作28 4.3.2.贝特瑞：深耕锂电负极多年，布局钠电负极29 4.3.其他材料：多数可复用锂电，格局变化不大29 5.风险提示30 2017 图表目录 图表1：钠离子电池的工作原理4 图表2：钠离子电池的封装形态4 图表3：钠离子电池生产工艺流程4 图表4：碳酸锂价格走势5 图表5：碳酸钠价格走势5 图表6：钠电池与锂电池的成本对比5 图表7：钠离子电池成本测算、与磷酸铁锂电池成本对比6 图表8：铅酸电池、锂电池和钠电池性能比较7 图表9：钠离子电池的优势8 图表10：钠离子电池发展历程9 图表11：钠电池的核心应用领域9 图表12：储能相关政策及内容10 图表13：2021全球储能市场累计装机分布11 图表14：4种电化学储能形式的全生命周期度电成本11 图表15：单位容量成本和循环次数对储能度电成本的影响12 图表16：钠电池在储能领域的主要应用场景12 图表17：铅酸电池、钠电池、锂电池的能量密度和体积对比13 图表18：宁德时代AB混合集成电池解决方案14 图表19：钠离子电池市场空间测算15 图表20：层状氧化物、隧道状氧化物结构对比16 图表21：采取层状氧化物路线的公司对比17 图表22：普鲁士蓝类材料结构和晶格缺陷（左为理想中的无缺陷结构）17 图表23：采取普鲁士类化合物路线的公司对比17 图表24：聚阴离子类化合物结构18 图表25：采取聚阴离子类化合物路线的公司对比19 图表26：钠离子电池三种正极材料性能优劣对比19 图表27：硬碳企业布局20 图表28：软碳、硬碳性能对比20 图表29：钠离子电池产业链21 图表30：钠离子电池产业图谱22 图表31：国内企业钠离子电池布局及进展22 图表32：中科海钠专利总结23 图表33：中科海钠钠离子电芯产品、模组产品24 图表34：中科海钠合作项目25 图表35：爱玛科技发布由钠创新能源研发的钠离子电池25 图表36：宁德时代钠电池性能与磷酸铁锂的对比26 图表37：AB电池解决方案实现优势互补26 图表38：宁德时代钠离子电池相关专利（部分）26 图表39：传艺科技钠离子电池产能规划27 图表40：正极材料领域公司钠电池布局及进展28 图表41：负极材料领域公司钠电池布局及进展29 图表42：其他材料领域公司钠电池布局及进展30 图表43：行业重点关注公司（截至2022年10月13日）30 2017 1.钠电池：工作原理与锂电池一致，核心优势在于成本 1.1.工作原理与锂电池一致，生产工艺相似 钠离子电池工作原理与锂离子电池相似，同为嵌脱式电池，工作原理同为“摇椅式充放电”。钠和锂同为碱金属元素，两者的物理与化学性质相似。因此，钠离子电池的工作原理也与锂离子电池一样，作为嵌脱式二次电池，依靠Na+在电池正负极之间移动实现充放电。充电时，Na+在电势差的驱动下，从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，电子经由外电路由正极到达负极，实现充电过程，此时负极处于低电势富钠态，正极处于高电势贫钠态，嵌入负极的Na+越多，充电容量越高；放电时，发生相反的过程，Na+从负极脱出，嵌入正极，正极回到富钠态，回到正极的Na+越多，放电容量越高。 图表1：钠离子电池的工作原理图表2：钠离子电池的封装形态 资料来源：中科海钠官网，东方财富证券研究所资料来源：公开资料整理，东方财富证券研究所 钠离子电池的封装形态、生产工艺与锂电池相似，产线兼容。钠电池的封装形态与锂电池相似，可分为圆柱、软包、方形硬壳三大类。生产工艺高度重合，包括极片制造和电池装配两个步骤；区别之处在于，钠离子电池采用铝箔作为负极集流体，正负极采用相同的铝极耳，极耳焊接等工序可以更简化，整体上，钠离子电池的生产工艺与锂离子电池类似，现有的锂离子电池组装生产线稍加修改后就可以用来生产钠离子电池，锂电产业链基础完善，为钠电池的产业化提供了良好基础。 图表3：钠离子电池生产工艺流程 资料来源：DeepTech，东方财富证券研究所 1.2.成本是突出优势，能量密度略逊于锂电池 1.2.1.钠资源广泛，成本优势突出 钠电池成本优势来源于：（1）钠资源地壳含量高，且全球分布广泛，原材料成本低廉。锂与钠同属碱金属元素，在物理与化学性质上较为相似。锂元素在地壳中含量只有0.0065%，且分布不均匀，70%的锂分布在南美洲地区。随着全球电动化加快，锂资源进入供不应求的供需格局，我国是世界电池制造大国，但80%的碳酸锂依赖进口，锂电池的应用受到锂资源的严重限制，截至2022年9月，电池级碳酸锂价格逼近50万元/吨。而钠元素在地壳中丰度为2.75%，位居所有元素第六位，以盐的形式广泛存在于陆地与海洋中，获取便捷度高，碳酸钠的价格仅为3000元/吨，钠离子电池相比锂电池有非常大的资源优势和价格优势。 图表4：碳酸锂价格走势图表5：碳酸钠价格走势 550000 500000 450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 电池级碳酸锂(华东市场主流价，元/吨) 纯碱（华东市场主流价，元/吨） 2017 资料来源：Choice，东方财富证券研究所资料来源：Choice，东方财富证券研究所 （2）钠离子电池的过渡金属多使用铁、锰、铜等元素，摆脱了对高价镍、钴等元素的依赖；（3）钠电池正负极集流体均可使用具备价格优势的铝箔，进一步扩大成本优势；（4）负极材料使用软碳/硬碳，其中软碳价格相对石墨更低廉；（5）电解液使用六氟磷酸钠，钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，低浓度的钠盐电解液具有较高的离子电导率，因此可使用低盐浓度电解液，以进一步降低电解液成本。 图表6：钠电池与锂电池的成本对比 资料来源：中科海钠官网，东方财富证券研究所 注：中科海钠按照15万元/吨的碳酸锂价格以及2000元/吨的碳酸钠价格测算。 2017 根据我们的测算，钠离子电池成本预计低于磷酸铁锂电池30%-40%。目前钠电池生产工艺不成熟、产业链不完善导致电池材料供应困难，目前成本约0.8-0.9元/Wh,相对于磷酸铁锂电池没有优势（以磷酸铁锂15.8万元测算）。 但随着产业链逐渐成熟、工艺设备逐渐稳定，钠电池电芯成本有望下探至0.5 元/Wh以下，相对于磷酸铁锂电
