钠电池深度：吐故“钠”新，分庭抗“锂”

行业报告|行业深度研究 证券研究报告 2023年03月05日 电力设备 钠电池深度：吐故“钠”新，分庭抗“锂” 作者： 分析师孙潇雅SAC执业证书编号：S1110520080009 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级）上次评级：强于大市 摘要 1、锂电一家独大，亟需钠电PlanB制衡 （1）中短期来看：碳酸锂供不应求，价格位居高位，带动电池成本大幅上升；中长期看：锂资源储备量相对较少，我国锂电池产量占全球60-70%，长期碳酸锂供给紧平衡，且盐湖提锂等开采成本相对较高，中长期锂价难以回到10万元以下的低点；（2）碳酸锂是电池成本的负担，因此亟需其他电池作为锂电的有效补充。钠电的综合性能与锂电最为接近，且材料理论成本较低，中长期较锂电池均有一定的成本优势。2、正负极较为关键，材料工艺仍需进步 钠电材料相较锂电材料，电解液/集流体相似度高，正负极变化大。（1）正极：层状氧化物综合性能最佳，与三元类似，产业化进展最快； 普鲁士结晶水问题亟待解决；聚阴离子成本低，循环好，待工艺成熟后有望成为储能正极的首选；（2）负极：硬碳相比软碳，首效、克容量更高，是目前的主流选择。硬碳的前驱体中树脂类成本较高，沥青类工艺较复杂，相比之下，生物质性能优、成本低、原材料广泛且可控。3、钠电潜在需求较大，可率先切入低速电动车、通信备电储能赛道，中长期可应用于动力电池+大储 （1）短期来看，低速四轮车、通信备电储能等电池门槛较低的领域有望率先应用钠电，我们预计产业化落地的节点在2023年Q2，规模放量 的时间点在2023年H2，2023年钠电池的出货规模有望在5-10GWh。（2）中长期看，钠电池产业发展的核心在于应用领域的持续开拓，我们预计基于目前成熟的层状氧化物正极体系，钠电有望于2024年H1在低端乘用车上放量。但基于层状氧化物体系在循环寿命上有一定的局限，往大储领域开拓需要聚阴离子正极以及电解液体系的进一步成熟，我们预计2024年H2以后钠电有望逐步在大储领域渗透。我们预计2025年钠电的总空间有望在100GWh上下。 重点关注标的 （1）正负极材料：层状氧化物【振华新材】（化工团队联合覆盖）、硬碳【贝特瑞】； （2）电池端：行业巨头【宁德时代】、【鹏辉能源】。 风险提示：产能释放和成本下降不及预期，钠电池应用进展不及预期，锂盐价格回落超预期，文中测算具有一定主观性 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明2 1 锂电一家独大，亟需钠电PlanB制衡 锂价在高位，亟需锂电池的PlanB 钠电池综合性能优异，是锂电池的最优替代品，中长期成本优势显著 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明3 全球可用锂资源稀缺且分布不均，价格寡头垄断，易受地缘政治性影响。 可用锂资源不足：锂是自然界密度最小的金属，具有极强的电化学活性，具有储能功能，其在地壳中含量仅约0.0065%，丰度居第二十七位，从资源总量来看其实并不稀缺，但受开采条件和提锂技术的影响,许多估算的资源量无法转化为储量,如全球已知最大的乌尤尼盐湖(Uyuni)锂矿床由于没有经济可行的锂盐提取方法,其中大量的锂资源量无法计入储量。 分布不均、寡头垄断：全球锂资源分布高度集中，形成寡头垄断局面，2020年，73%锂资源分布在北美洲和南美洲，其他地区如大洋洲（8%）、亚洲（7%）、欧洲（7%）和非洲（5%）则分布较少。 图：全球锂矿（碳酸锂）资源量分布（2020）图：全球锂矿（碳酸锂）储量分布（2020） 9.37% 4.18% 2.83% 1.89% 13.05% 4.66% 5.48% 5.90% 15.72% 31.98% 22.71% 2.88% 4.44% 6.31% 13.20% 41.06% 14.34% 玻利维亚阿根廷美国澳大利亚中国刚果（金）加拿大其他 注：资源量不包含储量 智利澳大利亚阿根廷 中国美国加拿大 刚果（金）津巴布韦其他 资料来源：中国地质调查局（2021），中国知网《中国锂资源的主要类型、分布和开发利用现状:评述和展望》王核等，天风证券研究所 4 资料来源：Wind，天风证券研究所 5 从碳酸锂价格来看，自2021年8月至2022年3月，电池级碳酸锂的价格几乎呈直线上升，历史最高与最低价格相差约10倍。 价格易受地缘政治性影响：基于当前锂资源集中垄断的情况，我们预计未来锂价不仅会由实际市场供需决定，更易受到国际政治形势等多重因素的影响。当前锂价的持续走高和锂资源的供需紧张问题亟待解决。 图：电池级碳酸锂:99.5%价格一年内增长10倍（单位：万元/吨） 电池级碳酸锂价格:99.5% 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 2017年1月 2017年3月 2017年5月 2017年7月 2017年9月 2017年11月 2018年1月 2018年3月 2018年5月 2018年7月 2018年9月 2018年11月 2019年1月 2019年3月 2019年5月 2019年7月 2019年9月 2019年11月 2020年1月 2020年3月 2020年5月 2020年7月 2020年9月 2020年11月 2021年1月 2021年3月 2021年5月 2021年7月 2021年9月 2021年11月 2022年1月 2022年3月 2022年5月 2022年7月 2022年9月 2022年11月 2023年1月 0.00 资料来源：中国知网《中国锂资源的主要类型、分布和开发利用现状:评述和展望》王核等、《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》容晓晖等，工信部， 天风证券研究所 6 我国锂盐对外依存度近八成，或将构成潜在“卡脖子”威胁。我国锂资源供应对能源和产业安全的威胁不容忽视。我国的锂资源储量总量并不稀缺，从2020年数据来看，我国的锂资源储量总量全球占比6.31%，紧随智利、澳大利亚、阿根廷，位列第四，但现实是我国80%的锂资源供应依赖进口（澳洲锂矿和南美盐湖等地），是全球锂资源第一进口国。 原因在于大部分可开采资源位于青海和西藏盐湖，但青海盐湖锂镁分离困难、西藏地理环境恶劣，因此电池级碳酸锂的有效产能 不足。加之新能源汽车和储能产业发展势头迅猛，我国锂资源供给与需求量形成强烈对比。产量方面，2022年全国锂离子电池产 量达750GWh，同比增长超过130%，其中储能型锂电产量突破100GWh。锂电“一家独大”或将构成我国潜在的“卡脖子”威胁，发展替代方案对于保障我国能源供应和产业安全具有重要意义。 图：我国主要锂矿床分布图 资料来源：中科海钠官网，中国知网《钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展》曹鑫鑫等、《钠离子电池Mn基氧化物正极材料的制备及掺杂改性研究》李航，高工锂电公众号，中科海纳公众号，天风证券研究所 7 钠元素和锂元素为同主族元素，具有某些相似的化学性质。钠离子电池的架构、封装工艺与锂电池高度相似，生产锂电池的工厂不必经过大的改动就能直接进行钠电池生产。 图：摇椅式发电原理示意图 表：钠、锂元素主要性能对比 分类 Li Na 相对原子质量/g·mol-1 6.94 22.99 熔点/℃ 180.5 97.7 密度/g·cm-1 0.534 0.968 价态变化 0→+1 0→+1 图：钠离子电池工作原理示意图 离子半径/A 0.76 1.02 成本（碳酸盐）/元·吨-1 5800 250-300 标准电极电势/V -3.04 -2.71 地壳丰度/mg·kg-1 20 23600 第一电离能/kJ·mol-1 520.2 495.8 理论容量（金属）/mAh·g-1 3861 1166 理论容量（ACoO2）/mAh·g-1 274 235 资料来源：中国知网《抽水蓄能与电化学储能联合参与电网负荷频率控制技术研究》和婧，国家能源局，第一电动汽车网公众号，天风证券研究所 8 钠电池有望向上制衡锂电、向下蚕食铅酸。钠电池一方面与铅酸电池相比，在循环、成本、能量密度等方面都具有较为明显的优势，有望向下蚕食铅酸市场；另一方面，因整体性能与锂电池接近、成本优势显著，有望向上制衡锂电池应用的垄断性。 我们认为，液流电池应用局限性较大，难以作为锂电池的平替。电化学储能技术主要分为锂离子电池、铅酸电池、钠离子电池、液流电池和钠硫电池等类别。自2022年6月29日国家能源局在《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022年版）（征求意见稿）》中提出“中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池”之后，液流电池的关注度上升，但该类电池初始投 资成本高、占地面积大，我们认为，液流电池在动力电池和便携式储能领域应用价值较低，并不能够作为制衡锂电池的PlanB。 表：四种电化学储能电池的比较 锂离子电池 钠硫电池 铅酸电池 液流电池 能量密度(Wh/kg) 75-250 150-240 30-50 40-130 功率密度(W/kg) 150-315 90-230 75-300 50-140 循环次数（次） ＞1000 ＞4500 ＞500 ＞1万 循环寿命（年） 5-15 10-15 5-15 5-10 单位容量成本(元/KWh) 600-2500 300-500 200-400 150-1000 资料来源：中国知网《钠离子电池争雄》武魏楠，天风证券研究所 9 钠电整体性能与锂电接近，能量密度稍逊，但低温、安全和倍率性能突出。 能量密度方面，在目前的技术条件下，钠离子电池的电芯能量密度约为70-200Wh/kg，高于铅酸电池的30-50Wh/kg，相较于三元锂电的200-350Wh/k有所逊色，但与磷酸铁锂电池的150-210Wh/kg有重叠范围，且尚有较大的技术进步空间。 低温表现方面，相比于锂离子电池-20℃到60℃的工作温度区间，钠离子电池可以在-40℃到50℃的温度区间正常工作，-20℃环境下容量保持率近90%，高低温性能更优秀。 安全性方面，得益于更高的内阻，钠离子电池在短路状况下瞬间发热量少，热失控温度高于锂离子电池，具备更高的安全性。在针对过充过放、针刺、挤压测试时，钠离子电池的安全性表现也让人满意。 倍率和快充性能方面，钠离子电池具备更好的倍率性能，适合在快充、响应型储能和规模供电等场景应用。 结合上述特点，我们认为，钠离子电池有望在储能、中低续航里程电动车、工程车、小动力等细分市场率先得到推广应用。 表：三种短时储能电池的性能比较 铅酸电池 磷酸铁锂电池 三元电池 钠离子电池 能量密度 30-50Wh/kg 120-200Wh/kg 200-350Wh/kg 70-200Wh/kg 循环寿命 300-500次 3000次以上 3000次以上 3000次以上 平均电压 2V 3-4.5V 3-4.5V 2.8-3.5V 安全性 高 较高 较高 高 环保性 差 较优 较优 优 高温性能 差 较差 差 优 低温性能 差 差 较差 优 下游应用 储能、低速车 储能、电动车 储能、电动车 低速车、储能 资料来源：Wind，中国知网《钠离子电池:储能电池的一种新选择》李慧等，天风证券研究所 10 成本优势显著。钠在地壳中具有更高的丰度，约占地壳储量的2.64%，且广泛分布在世界各地，原料端碳酸钠提炼简单、价格远低于碳酸锂，碳酸钠常年处于3000元/吨以内水平，以2022年8月数据为例，两者价差约170倍。再加之钠离子电池可以使用较为便宜的铝箔作为集流体材料，进一步节约成本。 图：纯碱（碳酸钠）价格大幅低于碳酸锂价格（万元/吨） 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 2017年1月 2017年3月 2017年5月 2017年7月 2017年9月 2017年11月 2018年1月 2018年3月 2018年5月 2018年7月 2018年9月 2018年11月 2019年1月 2019年3月 201