化工：钠离子电池：产业化元年在即、乘储能东风而起

行业深度报告 2022年11月02日 钠离子电池：产业化元年在即、乘储能东风而起 核心观点 评级推荐（维持）报告作者 作者姓名李子卓 资格证书S1710521020003 电子邮箱lizz@easec.com.cn 钠电池技术基于锂电池，综合性能优异。钠电池是一种新型二次电 池，其组成结构、工作原理以及生产工艺均与锂电池类似。相较于锂电池，钠电池具备较高的安全性、优异的低温性能以及显著的成本优势。在安全性方面，钠电池在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中均不会发生起火与爆炸。在低温性能方面，钠电池在-20℃下容量保持率大于88%。在成本方面，钠电池单位能量原料成本为0.29元/Wh，其材料成本相较于锂电池下降了30%-40%。 目前钠电池正极材料中层状氧化物较为成熟，负极以无定形碳为主。正极材料方面，钠电池正极材料主要包括层状金属氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝。其中层状金属氧化物具有可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技术容易转化等优点，成为目前主流的钠电池正极材料。普鲁士蓝和聚阴离子目前也正在研发过程中，其中聚阴离子具有较高的 股价走势 结构稳定性以及安全性等优势，普鲁士蓝具有能量密度高、成本低和循 环稳定性好等优势。负极材料方面，无定形碳由于内部微晶结构的无序性和更大的层间距，更有利于钠离子的嵌入脱出，因此成为钠电池的首选负极材料，其按照石墨化难易程度可划分为软碳和硬碳，其中软碳成本更低，硬碳具有较高的储钠容量。 国内企业积极入局钠电池领域，推动其产业化进程提速。目前国内初创钠电企业及锂电企业均积极布局钠电池产业链，包括正极材料、负极材料、电解液、钠电池等，推动钠电池产业化提速。以钠电池布局企业为例，目前国内已具备GWh钠电池量产能力的企业包括中科海钠、华阳股份和多氟多，其中中科海钠1GWh钠电池生产线于2022年7月在安徽投产；华阳股份1GWh钠离子电芯生产线于同年9月投产，目前正积极推进1GWh钠离子电池PACK生产线项目，预计于2022年内投产；多氟多控股子公司焦作新能源已具备1GWh钠电池产能。目前拥有在建钠电池生产线的企业包括宁德时代和传艺科技，其中宁德时代已启动钠离子电池产业化布局，预计于2023年将形成基本产业链；传艺科技年产4.5GWh钠电池各生产设备及装置安装调试进展顺利，中试生产即将投产运行。 新型储能赛道迎发展机遇，钠电池未来市场空间广阔。钠电池主要应用于储能、电动两轮车和低速电动车领域。“十四五”时期，新能源发电并网带动新型储能行业快速发展，2021年我国新型储能累计装机规模为5.7GW，同比增长74.5%。此外，《关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出到2025年我国新型储能的装机规模达30GW以上。钠电池作为一种新型储能技术，未来有望受益于新型储能行业发展，我们预计到2026年钠电池在国内储能领域的市场规模或将达39.8亿元，成长空间广阔。 投资建议 钠电池具备优异的综合性能，相关企业积极入局推动其产业化提速，同时新型储能行业迎来发展机遇，未来钠电池成长空间广阔，相关生产企业或将受益，如宁德时代、华阳股份、鹏辉能源等。 风险提示 产业化进展不及预期、下游验证不及预期、市场竞争加剧等。 相关研究 《【化工】氢氟酸需求向好，行业有望持续景气_20221030》2022.10.30 《【新材料】电化学储能高歌猛进、储能电池迎发展机遇_20221030》2022.10.30 《【化工】萤石供需趋紧，行业景气上行_20221023》2022.10.23 《【新材料】锂电巨头接连斩获大单，储能赛道迎来高景气_20221023》2022.10.23 《【化工】磷化工2022年三季度业绩前瞻：下游多点开花、行业景气仍在_20221020》2022.10.20 行业研究 ·化工 ·证券研究报告 正文目录 1.概述：二次电池新星、与锂电本同末异4 1.1.钠电vs锂电：原理类似、性能差异4 1.2.组成：四大关键材料、发展趋势显现6 1.2.1.正极：三大材料并驱、层状氧化物成熟6 1.2.2.负极：无定形碳为主、硬碳趋势明显9 1.2.3.电解液：溶剂接近锂电、溶质有所改变12 1.2.4.集流体：两极均用铝箔、成本优势明显13 1.3.产业链：工艺类似锂电、应用有望互补15 1.4.经济性：低成本+高性能，经济效益显著16 2.进展：研究发展提速、量产爆发在即18 2.1.发展五十余年、进入提速阶段18 2.1.1.起步于上世纪，经历漫长研发18 2.1.2.国内首家成立、加速产业化进程19 2.2.企业加码布局、产业化元年将近21 2.2.1.国外：多家企业布局、进展成果显著21 2.2.2.国内：初创+传统并驱，产业化爆发在即22 3.应用：下游蓄势待发、市场空间广阔25 3.1.储能：新能源发电并网，带动需求提升25 3.2.两轮电动车：仍处于过渡期，有望迎换车高峰29 4.相关标的30 4.1.宁德时代30 4.2.华阳股份34 4.3.鹏辉能源37 5.风险提示40 图表目录 图表1.钠离子电池组成结构及工作原理图4 图表2.钠电池按照封装方式可划分为三类5 图表3.钠电池、锂电池性能对比5 图表4.钠电池正极材料分类6 图表5.层状氧化物结构图7 图表6.O2、O3、P2、P3结构图7 图表7.钠电池主要层状氧化物性能7 图表8.聚阴离子晶体结构图8 图表9.常见聚阴离子材料性能8 图表10.普鲁士蓝框架结构图9 图表11.正在进行产业化验证的普鲁士白性能9 图表12.钠电池负极材料应具备的要素9 图表13.钠电池主要负极材料性能对比10 图表14.碳基材料可划分为石墨类和无定形碳11 图表15.硬碳储钠机锂12 图表16.钠电池电解液酸酯类溶剂和醚类溶剂性能对比13 图表17.不同钠盐性质对比13 图表18.集流体具有汇集电流的作用14 图表19.钠电池正负极集流体均采用铝箔14 图表20.钠电池生产工艺15 图表21.钠电池位于产业链中游16 图表22.钠资源和锂资源地壳丰度对比17 图表23.碳酸锂价格位于历史高位17 图表24.钠电池成本和锂电池成本构成对比17 图表25.钠电池综合性能优异18 图表26.钠电池发展历程19 图表27.中科海钠专利20 图表28.中科海钠主要钠电池产品21 图表29.2020年全球钠电池产业化布局22 图表30.钠电池正极材料企业布局情况23 图表31.钠电池负极材料企业布局情况23 图表32.钠电池电解液企业布局情况24 图表33.钠电池企业入局情况25 图表34.2016-2022年1-8月国内风电发电新增装机容量26 图表35.2016-2022年1-8月国内光伏发电新增装机容量26 图表36.2021年中国几种新型储能市场装机规模占比26 图表37.2016-2021年全球电化学储能累计装机规模27 图表38.2016-2020年中国电化学储能累计装机规模27 图表39.“十四五”以来国内新型储能政策28 图表40.目前主要电化学储能技术关键参数对比28 图表41.两轮电动车新国标与旧国标对比29 图表42.2012-2022E中国两轮电动车销量29 图表43.铅酸电池、钠电池、锂电池应用于电动两轮车优劣势对比30 图表44.2017-2022H1宁德时代在全球动力电池装机量市占率31 图表45.2021年宁德时代产销情况31 图表46.2015-2021年宁德时代电池产量31 图表47.2018-2022H1宁德时代营收情况32 图表48.2017-2022H1宁德时代营收结构32 图表49.2018-2022H1宁德时代毛利情况32 图表50.2018-2022H1宁德时代分产品毛利率32 图表51.2018-2022H1宁德时代归母净利润和同比33 图表52.2018-2022H1宁德时代净利率33 图表53.2017-2022H1宁德时代研发投入33 图表54.2017-2022H1宁德时代研发费用率33 图表55.钠离子电池和磷酸铁锂电池各有优势34 图表56.截至2021年末华阳股份主要煤矿情况34 图表57.华阳股份布局新能源产业历程35 图表58.2017-2022H1华阳股份营业收入35 图表59.2017-2022H1华阳股份归母净利润35 图表60.2017-2022H1华阳股份营业收入结构36 图表61.2017-2022H1华阳股份毛利润结构36 图表62.2017-2022H1华阳股份煤炭业务营业收入结构36 图表63.2017-2022H1华阳股份煤炭业务毛利润结构36 图表64.华阳股份与中科海钠合作股权关系（截至2022年9月底）37 图表65.截至2022H1鹏辉能源主营业务情况38 图表66.2019-2022H1鹏辉能源锂电池产能稳步扩张38 图表67.2022H1鹏辉能源营业收入同比增长65.58%39 图表68.2022H1鹏辉能源归母净利润同比增长105.95%39 图表69.2017-2022H1鹏辉能源分产品营业收入结构39 图表70.2017-2022H1鹏辉能源分产品毛利润结构39 图表71.2018-2022H1鹏辉能源研发投入40 1.概述：二次电池新星、与锂电本同末异 1.1.钠电vs锂电：原理类似、性能差异 钠电池组成结构、工作原理与锂电池相似。钠电池是一种新型二次电池，其组成结构与锂电池相似，主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。钠电池主要通过Na+在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现充放电过程。在充电时，Na+从正极材料脱出，经过电解液和隔膜嵌入到负极材料，此时，外电路中电子从负极流向正极。钠电池放电过程与充电过程相反。锂电池则是通过Li+在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现上述过程，因此两者工作原理相似，均被称为“摇椅式电池”。 图表1.钠离子电池组成结构及工作原理图 资料来源：《钠离子电池阻燃电解液研究》（喻妍），东亚前海证券研究所 与锂电相似，按照封装方式钠电池可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。钠电池封装方式也与锂电池类似，可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。其中圆柱电池的封装材质为圆柱铝壳或钢壳，目前常见的圆柱锂电池型号包括18650、21700、17490等，不同型号的电池因其内部装配结构的不同在性能上有所差异；软包电池的封装材质为铝塑膜，其在安全性、重量、电池设计的灵活性等方面具有一定的优势，但其成本较高，且一致性较差；方形硬壳电池的封装材质为方形铝壳或钢壳，其具有比能量较高、重量较轻的特性，但其生产工艺难以统一，一般根据产品尺寸进行定制化生产。 图表2.钠电池按照封装方式可划分为三类 软包电池 铝塑膜 圆柱铝壳或钢壳 圆柱钠电池 电池结构 封装材质 分类 方形硬壳电池方形铝壳或钢壳 资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》（周权），东亚前海证券研究所 由于钠和锂在物理化学性质上的差异，钠电池性能同锂电池也存在一定差异。钠电池在成本、低温性能、安全性方面优于锂电池。其中钠电池单位能量原料成本为0.29元/Wh，低于锂电池的0.43元/Wh；且其在-20℃下容量保持率大于88%，而锂电池小于70%。但钠电池在能量密度以及循环寿命方面低于锂电池。钠电池的质量能量密度、体积能量密度分别为100~150Wh/kg、180~280Wh/L，均低于锂电池。此外，钠电池的循环寿命大于2000次，而锂电池的循环寿命大于3000次。 图表3.钠电池、锂电池性能对比 指标 钠电池 锂电池 质量能量密度（Wh/kg） 100~150 120~180 体积能量密度（Wh/L） 180~280 200~350 单位能量原料成本(元/Wh) 0.29 0.43 循环寿命（次） 2000以上 3000以上 平均工作电压（V） 3.2 3.2 -20℃容量保持率 88%以上 小于70% 耐过放电 可放电至0V 差 安全性 优 较好 环保性 优 优 资料来源：《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》