电力设备新能源：钠电：如何从“0-1”迈向“1-N”（一）-硬碳负极成为钠电加速产业化关键

2022年11月22日 行业研究 硬碳负极成为钠电加速产业化关键 ——钠电：如何从“0-1”迈向“1-N”（一） 要点 硬碳负极成为首选，支持钠电快充过放。相较于锂离子电池，钠离子原子半径较锂离子大35%以上，锂离子电池中主流的石墨负极无法满足钠离子电池负极的要求，而软碳材料储钠容量不足，因此钠电池主流使用的是硬碳负极。硬碳材料 储钠位置和形式多样，理论容量可达350-400mAh/g。另外，硬碳材料使得负极能够更好地实现快充、解决了过放电的安全问题，打开了钠电池应用的广度。 成本结构上重要性提升、前驱体降本空间大、来源、工艺的研发难度大，硬碳负极成为钠电产业化的决速关键。钠电负极成本占比大幅提升至16%，比起锂电负极成本占比翻倍。22年9月，日本可乐丽椰壳硬碳价格约为20万元/吨，低 端人造石墨负极价格约为3万元/吨，进口硬碳材料成本较高且降本空间巨大，硬碳的重要性不言而喻。通过替代廉价、适合大规模量产的前驱体能大大降低成 本，但考虑到硬碳收率较低，我们预计2025年硬碳负极成本降至与石墨负极相当。 硬碳前驱体路线多样，供应与成本是核心考量。生物质前驱体工艺难度小，在钠电0-1阶段，椰子壳等生物质硬碳由于其性能优异，产业化速度较快。但当行业进入成长放量阶段，难以保障原材料供应链的稳定性、低成本和一致性将成为掣 肘。沥青基/树脂基等硬碳目前生产工艺难度较大，性能也较差，但其原材料供 应广泛、成本低廉，随着前驱体研发技术突破以及其他材料修饰技术的应用，生 物质多糖、树脂基、沥青基以及无烟煤等材料有望后来居上。根据应用领域的需求痛点不同，未来硬碳路线或呈现百花齐放格局。 供应链成熟度限制修饰技术应用，预钠化是挖潜重点。硬碳前驱体的调控、改性、掺杂、包覆是当前负极厂商首要解决的产业化问题；电解液调控可提高硬碳材料的电化学性能，需产业链合作研发，也有望较快产业化。预钠化与预锂化技术的 策略与手段基本相似，对硬碳负极的性能提升较为显著。但考虑到补锂技术的应用要慢于锂电技术整体发展节奏，且现有的补钠技术还不成熟，工艺复杂且成本高，技术壁垒较高，因此产业化周期可能较长。 从专利和产品来看，生物质硬碳成为新老厂商当前布局的重点。比容量方面，生物质、树脂、石墨烯较高，处于300mAh/g以上，无烟煤和沥青基比容量较低。 首效方面，生物质较为领先，沥青、无烟煤首效较低。循环寿命方面，优异的生物质硬碳负极能达到3000次以上，足以满足动力及部分储能领域的应用需求。 投资建议：钠电行业进入0-1阶段，硬碳负极的研发攻关成为决速关键，在钠电 硬碳负极产品研发和量产进度较快的厂商，最有望受益于钠电0-1带来的需求弹性，推荐：鹏辉能源（佰思格）、贝特瑞、杉杉股份。关注其他在钠电负极材料也有研发布局的厂商：华阳股份、璞泰来、翔丰华、元力股份。 风险分析：钠电池需求及应用推广进度不及预期、硬碳降本不及预期、锂价下跌钠电池性价比不足。 重点公司盈利预测与估值表 证券代码公司名称 股价（元 EP ） 21A S（元） 22E23E 21A PE（X） 22E 23E 投资评级 300438.SZ鹏辉能源 65.76 0.42 1.32 1.96 156 50 34 买入 835185.BJ贝特瑞 47.95 2.97 3.15 4.14 16 15 12 买入 600884.SH杉杉股份 18.80 1.56 1.18 1.43 12 16 13 买入 资料来源：Wind，光大证券研究所预测，股价时间为2022-11-18 电力设备新能源买入（维持） 作者分析师：殷中枢 执业证书编号：S0930518040004010-58452063 yinzs@ebscn.com 分析师：刘凯 执业证书编号：S0930517100002 021-52523849 kailiu@ebscn.com 分析师：陈无忌 执业证书编号：S0930522070001 021-52523693 chenwuji@ebscn.com 联系人：吕昊 021-52523817 lvhao@ebscn.com 行业与沪深300指数对比图 10% -1% -13% -25% -37% 10/2101/2204/2207/22 电力设备新能源沪深300 资料来源：Wind 电力设备新能源 投资聚焦 锂矿价格居高不下使得电池及上游材料厂商纷纷将研发重点从锂离子电池转向钠离子电池。负极材料在成本结构中占比的上升以及目前研发陷入瓶颈使其成为钠电产业化的决速环节。 作为负极首选材料的硬碳还处于研发初期，尚不能实现规模量产。生物质前驱体虽然是目前性价比较高的硬碳负极材料，但是其来源过于广泛，造成生产工序与设备选型的复杂性。从长远来看，在突破技术瓶颈成功实现降本之后，沥青基硬碳负极将成为钠离子电池产业化的支柱。 我们的创新之处 1、从成本、技术、供应链的角度推演了硬碳路线未来的发展趋势，以及为什么硬碳负极成为钠电产业化的决速关键，对硬碳负极的远期成本进行了展望； 2、从前驱体、供应链、工艺设备的角度分析了当前钠电负极产业链亟需解决的问题，以及下一步的发展方向； 3、从新老厂商的专利和产品布局层面分析了钠电负极技术发展趋势，并通过当前技术参数判断钠电池推广的领域与节奏。 股价上涨的催化因素 1、钠离子电池产业链、硬碳材料降本速度超预期。 2、锂价持续位于高位，且在2025年之前无法跌到合适的区间，促进产业加速发展钠离子电池技术。 3、硬碳前驱体材料大规模制备技术取得突破。 投资观点 钠电行业进入0-1阶段，硬碳负极的研发攻关成为决速关键，在钠电硬碳负极产 品研发和量产进度较快的厂商，最有望受益于钠电0-1带来的需求弹性，推荐：鹏辉能源（佰思格）、贝特瑞、杉杉股份。关注其他在钠电负极材料也有研发布局的厂商：华阳股份、璞泰来、翔丰华、元力股份。 目录 1、硬碳负极成为首选，支持钠电快充过放6 1.1、石墨储钠困难，软碳容量不足，钠电池负极首选硬碳6 1.2、硬碳储钠机理多样，理论容量350-400mAh/g8 1.3、硬碳支持钠电快充过放，1+1>28 2、前驱体供应与降本成产业化决速关键10 2.1、成本占比提升，负极成产业化决速关键10 2.2、硬碳前驱体路线多样，供应与成本是核心考量11 2.2.1、供应与成本是核心考量，生物质性能领先11 2.2.2、供应链成熟度限制修饰技术应用，预钠化是挖潜重点13 2.3、工序设备复杂多样14 3、投资建议：硬碳研发仍待攻坚，新老厂商布局加速16 3.1、资本助力产业链创新，生物质将最先产业化16 3.2、鹏辉能源（佰思格）：聚焦硬碳，行业领先18 3.3、贝特瑞：负极龙头，硅基与硬碳创新迭代19 3.4、杉杉股份：快充负极领先，推出硬碳产品26 4、风险提示32 图目录 图1：硬碳（左）与石墨（右）的晶格图像对比7 图2：使用硬碳负极的电池循环性能优异7 图3：硬碳储钠机理模型8 图4：锂离子电池成本分布10 图5：钠离子电池成本结构10 图6：硬碳负极前驱体选取标准11 图7：预钠化策略14 图8：不同前驱体硬碳负极生产工艺流程15 图9：钠离子电池产业链布局16 图10：贝特瑞2022年前三季度营业收入同比增长156.43%19 图11：贝特瑞2022年前三季度归母净利润同比增长24.52%19 图12：贝特瑞毛利率及净利率20 图13：负极材料成贝瑞特最大营收来源20 图14：贝特瑞分业务毛利率20 图15：贝特瑞现金流情况20 图16：杉杉股份2022年前三季度营业收入同比增长0.82%26 图17：杉杉股份2022年前三季度归母净利润同比下降20.37%26 图18：杉杉股份毛利率及净利率稳中有升，净利率大幅度改善26 图19：杉杉股份分业务营业收入占比26 图20：杉杉股份负极业务毛利率表现稳健27 图21：杉杉股份三大现金流净值27 表目录 表1：四种钠电池负极材料特点对比6 表2：理想的钠离子电池负极要求6 表3：硬碳、软碳与石墨负极对比7 表4：锂电与钠电与负极相关的性能对比9 表5：硬碳材料对比分类11 表6：主要硬碳前驱体优缺点比较12 表7：硬碳负极材料参数对比13 表8：钠电池硬碳材料的性能提升策略14 表9：硬碳负极企业现有专利产品梳理16 表10：负极企业产业布局17 表11：鹏辉能源盈利预测与估值简表19 表12：贝特瑞钠电硬碳负极产品理化指标21 表13：贝特瑞主营业务拆分22 表14：三费费率历史数据及假设23 表15：贝特瑞与可比公司PE估值比较23 表16：绝对估值核心假设表23 表17：现金流折现及估值表24 表18：敏感性分析表24 表19：各类绝对估值法结果汇总表24 表20：贝特瑞盈利预测与估值简表25 表21：杉杉股份收入拆分29 表22：三费费率历史数据及假设29 表23：杉杉股份与可比公司PE估值比较30 表24：绝对估值核心假设表30 表25：现金流折现及估值表31 表26：敏感性分析表31 表27：各类绝对估值法结果汇总表31 表28：杉杉股份盈利预测及估值简表32 表1：四种钠电池负极材料特点对比 1、硬碳负极成为首选，支持钠电快充过放 1.1、石墨储钠困难，软碳容量不足，钠电池负极首选硬碳 现有钠电池负极材料技术路线有金属氧化物、有机负极材料、基于转化及合金化反应的负极材料和碳基负极材料等。其中，金属氧化物容量较低，合金类循环性 能和倍率性能不佳，碳基无定形碳可逆容量和循环性能较好，在控制成本之后最有望实现商业化。 负极材料 特点 金属氧化物 金属氧化物有稳定的无机骨架结构，所以有超长循环寿命；但相对分子质量较高，所以比容量偏低。 有机负极材料 成本低且结构多样；但首效低、低电子电导、循环中出现极化问题、有机分子易在电解液中溶解。 基于转化及合金化反应的负极材料 脱嵌钠过程中体积变化巨大会导致活性物质粉化，致使容量迅速衰减，循环性能和倍率性能不佳。 碳基负极材料 比容量高，工作电位低；可逆容量，循环性能优良。 资料来源：SimonEderetal.,《SwitchingbetweenLocalandGlobalAromaticityinaConjugatedMacrocycleforHigh-PerformanceOrganicSodium-IonBatteryAnodes 》，Sunetal.,《AmorphousMetalOxideNanosheetsFeaturingReversibleStructureTransformationsasSodium-IonBatteryAnodes》，Wuetal.,《TheStateandChallengesofAnodeMaterialsBasedonConversionReactionsforSodiumStorage》，光大证券研究所整理 表2：理想的钠离子电池负极要求 （1）石墨储钠困难，无法用作钠电负极。 相较于锂离子电池，钠离子原子半径较锂离子大至少35%以上，钠离子较难在 材料中嵌入脱出，对负极材料的结构稳定性提出了更高的要求。锂离子电池中主流运用的石墨负极材料的孔径与层间距都无法满足钠离子电池负极的要求。 方面 要求 迁移率 较高的离子和电子导电率 稳定性 具有惰性，在电解液中没有任何溶解或反应倾向；具备良好的循环稳定性，体积变化率小。 电化学性质 与金属钠一样具有较高的工作电位，且电位不能随着钠离子的嵌入脱出而有较大波动。 比容量 密度低且孔隙多，单位质量内能容纳较多的钠离子。 原料及工艺 成本低，来源广，易获取及储存，环保且具有经济效益。 资料来源：余海军等，《钠离子电池负极材料的研究进展》，郑安川等，《基于生物质硬碳钠离子电池负极材料研究进展》，光大证券研究所整理 （2）软碳容量不足，硬碳成为钠电负极首选。 无定形碳包括硬碳与软碳，硬碳是在2800℃以上高温处理后不能石墨化的碳，软碳是经高温处理后可以石墨化的碳。 硬碳：