钠离子电池行业报告：应用拓宽降本可期，产业化迈入快车道

应用拓宽降本可期，产业化迈入快车道 钠离子电池行业报告 行业研究|深度报告新能源汽车产业链行业 看好（维持） 国家/地区中国 行业新能源汽车产业链行业 报告发布日期2022年12月29日 核心观点 以两轮车、A00级乘用车为起点，钠离子电池步入产业化发展快车道。在全球锂资源稀缺的背景之下，受益于全行业日趋提升的供应安全与降本诉求，钠离子电池迎 来历史发展机遇。目前钠离子电池的能量密度与循环寿命接近磷酸铁锂电池，足以取代铅酸电池，应用于电动两轮车场景。此外钠离子电池的倍率性能和低温性能占优，可解决铁锂四轮车的痛点，在乘用车市场有望取代部分低端磷酸铁锂电池，应用于A00级车型。储能应用关键在于提高循环，聚阴离子在正极的迭代是方向。 正极：层状氧化物工艺成熟，率先应用。在正极材料三大路线中，层状氧化物正极材料结构与锂电三元正极结构类似，技术切换简单，并且具有能量密度高的性能优 势，是行业公认将率先实现产业化的技术路线。普鲁士蓝类材料制备成本低，但结晶水影响材料稳定性，应用受到制约。聚阴离子类材料具有较好的循环性能，但导电率较差，目前来看多种化合物中硫酸铁钠电压平台高，且成本最低，未来在储能场景具有一定应用潜能。 负极：硬碳性能更优，生物质前驱体主导。由于石墨储钠容量有限，钠离子电池负极主要采用无定形碳。硬碳在比容量、首次充放电效率、电位平稳性等方面优于软 投资建议与投资标的 碳，其比容量可达到300mAh/g以上，目前为钠离子电池主流负极材料。前驱体以生物质材料主导，树脂成本处于劣势。几种生物质中，以椰壳和淀粉应用较多，克容量可以达到300mAh/g以上，首效达80%以上。中科海钠研发的无烟煤软碳成本低廉，但目前克容量与硬碳相比仍有一定差距，未来可能在中低端领域得到应用。 卢日鑫021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 李梦强limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 林煜linyu1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860521080002 杨雨浓yangyunong@orientsec.com.cn 2023年钠电产业化趋势清晰，传统锂电厂商纷纷下场，新玩家入局接二连三，未来或有更多锂电企业参与布局。产业链参与者增多，有利于多方合作推进钠离子电池产业化进程。短期来看，锂电企业下场和四轮车应用加速了市场对钠电产业化的共识。下一阶段，钠电池企业订单兑现将成板块催化核心要素。2023年电池产能释放后，材料环节将是下一个阶段的重点，正极短期以层状氧化物为主，未来看储能场景聚阴离子的应用，负极关注硬碳方向。建议关注：宁德时代(300750，买入)、华阳股份(600348，未评级)、维科技术(600152，未评级)、传艺科技(002866，未评级)。 风险提示 下游市场空间不及预期； 量产产品性能有待验证； 产业化进展和成本下降不及预期； 锂电池材料价格下降超预期； 假设条件变动对测算结果影响的风险等。 锂电隔膜量升利稳，关注全球化出海机遇：电池材料系列报告 淬火成钢质地显，玉汝于成新征程：——新能源汽车行业2023年度投资策略 解决消费者核心需求，寻找动力电池发展的主旋律：新能源汽车产业链深度报告 2022-12-09 2022-11-24 2022-11-02 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 钠离子电池：高性价比驱动产业化浪潮来袭5 中游材料：技术路线多元，商业化进展不一10 正极：三大路线各有优劣，层状氧化物为现阶段主流10 负极：无定形碳路线确定性高，生物质硬碳主导13 群雄并起：产业链相关公司梳理16 宁德时代：锂电巨头超前布局，产业化进展顺利16 华阳股份：无烟煤龙头携手中科海钠，打开成长新曲线16 维科技术：锂电业务为基，联手钠创共推钠电产业化17 传艺科技：跨界新秀，进军钠电势头正劲19 投资建议21 风险提示22 图表目录 图1：全球锂资源储量分布5 图2：碳酸锂价格走势（单位：元/吨）5 图3：锂电池原材料成本大幅上涨（单位：元/kWh）5 图4：钠离子电池的工作原理6 图5：钠离子电池的优势7 图6：碳酸锂价格变化对钠离子电池成本优势的影响8 图7：两轮电动车新国标要求9 图8：钠离子电池正极材料实际容量与电压10 图9：层状结构氧化物结构图10 图10：隧道结构氧化物结构图10 图11：层状氧化物制备工艺11 图12：普鲁士蓝类材料结构图11 图13：普鲁士蓝类共沉淀法工艺12 图14：NaFePO4结构示意图12 图15：Na3V2(PO4)3结构示意图12 图16：Na2FeP2O7晶体结构图12 图17：邦普循环磷酸铁钠制备工艺13 图18：石墨晶体结构示意图13 图19：石墨在醚类溶剂中的充放电曲线13 图20：软碳与硬碳的结构特征14 图21：硬碳储钠机理示意图:(a)插层-吸附机理;(b)吸附-插层机理;(c)吸附-填孔-插层-填孔机理 ...................................................................................................................................................14 图22：不同负极材料的电压和容量15 图23：宁德时代钠离子电池产品性能16 图24：华阳股份及中科海钠股权图（2022年12月）17 图25：维科技术发展历程18 图26：维科技术小动力电池产品应用领域18 图27：维科技术小动力电池产品合作客户18 图28：钠创新能源主要产品19 表1：锂元素和钠元素的相关参数对比6 表2：铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池性能对比7 表3：钠离子电池和锂离子电池BOM成本拆分8 表4：A00级车型受原材料影响较大9 表5：不同碳基负极材料的首周可逆容量和首周库仑效率对比15 表6：公司2021年煤炭储量情况16 表7：华阳股份钠离子电池产业链布局进展17 钠离子电池：高性价比驱动产业化浪潮来袭 全球锂资源稀缺，价格居于高位，制约锂电产业良性发展。锂资源在自然界的储量较低，地壳丰度仅0.002%，且全球范围内分布极不均匀，集中于南美和澳洲，智利、澳大利亚、阿根廷三国储量占比合计达76%，而我国作为锂资源消耗大国，自有资源储量不足7%。资源稀缺叠加锂离子电池应用领域和需求量不断增加，锂价急剧攀升，截至2022年12月已突破55万元/吨，相较于 2020年7月涨幅近1300%。锂电池材料成本也随之翻倍上涨，产业链利润向上游资源端集中，中下游含锂环节盈利持续承压，长期良性发展受到制约。 图1：全球锂资源储量分布图2：碳酸锂价格走势（单位：元/吨） 智利澳大利亚阿根廷中国美国津巴布韦巴西葡萄牙其他 0.3% 700,000 600,000 500,000 0.4% 1.0% 3.3% 6.7% 12.0% 9.8% 25.4% 41.0% 400,000 300,000 200,000 100,000 0 数据来源：USGS，东方证券研究所数据来源：同花顺，东方证券研究所 图3：锂电池原材料成本大幅上涨（单位：元/kWh） 铁锂电池三元电池 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2020年7月2021年7月2022年7月2022年12月 数据来源：则言咨询，东方证券研究所 供应安全与降本诉求日趋提升，钠离子电池迎来历史发展机遇。锂盐的供需错配或仍将维持，市场开始寻求锂离子电池的替代方案，钠离子电池因此获得历史性发展契机。一方面，钠资源储量丰富，地壳丰度达2.64%，是锂资源的440倍，供给充足且价格低廉，可以极大缓解缺锂焦虑；另一方面，钠盐在全球范围内分布均匀，基本不受国际形势与地缘政治变化影响，供应链安全得到保障。因此越来越多企业将资本与精力投向钠离子电池产业链，推动技术突破，产业化进程加速。 工作原理和电池架构相似，生产工艺和产线设备通用。钠离子电池的充放电原理与锂离子电池基本一致，均为典型的“摇椅式”充放电机制。并且，钠与锂属于同主族元素，具有相似的物理化学性质，可以在相似的材料结构中进行可逆的嵌入与脱出。因此，钠离子电池与锂离子电池的工艺兼容度高，产线切换成本低，具备较好产业化基础。 图4：钠离子电池的工作原理 数据来源：中科海钠，东方证券研究所 表1：锂元素和钠元素的相关参数对比 元素 锂 钠 相对原子质量 6.9 23 离子半径/mm 0.076 0.106 标准电极电势/V(vs.SHE) -3.04 -2.74 比容量/(mAh/g) 3829 1165 地壳储量/% 0.002 2.64 数据来源：《钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展-郭晋芝等》，东方证券研究所 能量密度与循环寿命远胜铅酸，不及锂电，定位近似磷酸铁锂电池。由于钠比锂具有更大的离子半径和摩尔质量，在同类型的电极材料中，钠离子电池的理论能量密度明显低于锂离子电池。磷 酸铁锂电池的能量密度主要分布在160Wh/kg左右，三元锂电池的能量密度则更高，超过200Wh/kg，而目前主流钠离子电池的能量密度普遍在100-150Wh/kg，整体不及锂电池，但与磷酸铁锂电池的能量密度区间存在部分重叠，远远超出铅酸电池。钠离子较大的体积还会造成循环性能的不稳定，现阶段钠电池的循环寿命普遍在2000-3000次，远高于铅酸，但较磷酸铁锂电池 3000-6000次的循环寿命仍存在差距。因此综合来看钠离子电池与磷酸铁锂电池的性能指标最接近，定位较为相似。 表2：铅酸电池、锂离子电池和钠离子电池性能对比 （磷酸铁锂/石墨体系） （铜基氧化物/煤基碳体系） 质量能量密度 30~50Wh/kg 120~180Wh/kg 100~150Wh/kg 体积能量密度 60~100Wh/L 200~350Wh/L 180~280Wh/L 循环寿命 300~500次 3000次以上 2000次以上 平均工作电压 2.0V 3.2V 3.2V -20℃容量保持率 小于60% 小于70% 88%以上 耐过放电 差 差 可放电至0V 安全性 优 优 优 环保特性 差 优 优 指标铅酸电池锂离子电池 钠离子电池 数据来源：《钠离子电池：从基础研究到工程化探索-容晓晖等》，东方证券研究所 倍率、低温和安全性能占优，具有差异化应用潜能。钠离子电池具有其特有优势：（1）倍率性能：钠离子的斯托克斯直径小于锂离子，因此具有更高的离子导电率，可以实现更加快速的充放电；（2）低温性能：锂离子电池在低温下易发生严重的容量衰减，而钠离子电池在低温环境下的性能更加优异，实际可用容量及充放电倍率显著优于锂离子电池；（3）安全性能：在过充、过放、短路、针刺、挤压等破坏性测试中，钠离子电池瞬间发热量少、温升较低，表现出更好的 安全性和稳定性。因此，钠离子电池不应仅被视作锂电池的低配替身，而是在特定场景中具备更强的应用潜能。 图5：钠离子电池的优势 数据来源：《钠离子电池：从基础研究到工程化探索-容晓晖等》，东方证券研究所 成本优势为产业化进程加速的关键推手，规模量产后降本空间可期。由于锂资源和钠资源的储量和价格差异，钠离子电池在价值量占比较高的正极材料上即具备极大的天然成本优势。除此之外，钠离子电池的成本差异还体现在：（1）由于铝和钠在低电位不会发生合金化反应，钠离子电池正极和负极的集流体都可使用廉价的铝箔；（2）钠离子电池可使用低浓度电解液，电解液成本也有所降低。当前产业化瓶颈主要在于产业链尚未成熟，材料成本尚存下降空间，且量产工艺尚不完善，良率有待进一步提高。假设规模量产后钠离子电池