电力设备及新能源行业深度研究报告：钠离子电池：突破关键资源瓶颈，性能优势显著

底层逻辑：打破资源壁垒，储能关键材料自主可控 全球碳酸锂储量分布不均，我国储量仅占6%，而南美三国占比达58%，若联手掌握定价权，或存在一定的垄断控价可能，不利于全球新能源发展，相比之下钠元素的地壳含量达2.3%是锂元素的近千倍，不需要担心资源供应瓶颈，钠电池是实现能源材料自主可控的关键。 应用场景：替代铅蓄电池，小动力和储能多场景并进钠电池优势：温度性能、倍率性能、安全性能更好。 铅酸替代：钠电池有更好的安全性，同时考虑全生命周期后成本更低，有望率先替代在二轮动力电池、启动启停电池、基站电池等领域替代铅酸电池。 A00纯电：适配A00纯电车型成本敏感度较高，且对能量密度要求不高的特点。 储能：钠电池高安全和低成本特性，有望与锂电池协同发展。 材料体系：钠电与锂电性质相似、原理相同，正负极变化大，铝箔有增量 正极：层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝（白）化合物以及聚阴离子型化合物三大路线。层状过渡金属氧化物是当前产业化的主流，综合性能最佳，能量密度最高。普鲁士蓝（白）化合物成本优势明显，理论性能优异，具有极大潜力，聚阴离子型化合物具有较好的循环性能。 负极：无定形碳更加适配钠离子电池，其中硬碳是当前产业化的主流，量产瓶颈主要在于前驱体需要考虑价格低廉、性能优异、一致性高等多方面因素。 隔膜：可复用锂电隔膜，但仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜。 电解液：电解质钠盐用NaPF，溶剂、添加剂方案与锂电方案类似，可复用工艺。 集流体：钠电正负极均可用铝箔，成本优势明显。 产业链梳理：建议关注电池环节—【宁德时代】、【比亚迪】、【传艺科技】、【维科技术】、【鹏辉能源】、【多氟多】、【中科海钠】；正极材料环节—【美联新材】、【容百科技】；负极材料环节—【贝特瑞】、【杉杉股份】、【元力股份】、【圣泉集】。 风险提示：钠离子电池进展不及预期；下游需求不及预期；相关政策调控风险。 投资主题 报告亮点 本文从资源、市场空间、材料体系等多角度详细分析了钠离子电池行业发展的前景并基于此分析了各环节投资价值。本文先从发展钠离子电池的底层逻辑入手，点明了发展钠电是摆脱当下锂资源稀缺困境的一种方案，而后分析了钠离子电池拥有的性能具有多重优势，并依此推断出其有望代替A00级新能源车动力电池市场、铅酸电池市场以及储能电池市场，最后以钠与锂的性质的异同为出发点，探讨了钠电与锂电在原理上的相似性和材料体系的差异性。 投资逻辑 1.突破资源供应壁垒：全球锂资源储量低且分布不均，南美三国（玻利维亚、阿根廷、智利）的锂资源占比高达58%，而我国锂资源仅占全球6%，作为全球重要动力电池生产国和出口国，我国锂资源供需缺口较大。而钠资源储量更为丰富，钠元素是地壳含量第六高的元素，地壳丰度高达2.30%，是锂元素的数倍，且全球各地分布均匀，几乎没有被垄断控价的可能。因此发展钠离子电池有利于突破资源供应壁垒。 2.多重优势带来广阔空间：钠离子电池具有卓越的温度性能、倍率性能、安全性能。铅酸电池市场方面，钠电池有更好的安全性，同时考虑全生命周期后成本更低，有望率先在二轮动力电池、启动启停电池、基站电池等领域替代铅酸电池。A00纯电动车方面，钠离子电池适配A00纯电车型成本敏感度较高，且对能量密度要求不高的特点。储能方面，钠离子电池具有高安全和低成本特性，有望与锂电池协同发展。 一、底层逻辑：突破储能材料的资源供应壁垒 （一）发展钠电的意义：缓解锂资源稀缺的困境 全球锂资源储量分布不均，我国资源自供有较大的供给缺口。南美三国（玻利维亚、阿根廷、智利）的锂资源占比高达58%，而我国锂资源仅占全球6%，因此，为支撑我国作为全球重要动力电池生产国和出口国的地位，需大量进口锂资源。同时，我国锂资源保障存在安全隐患，一旦西方国家限制锂资源出口，锂资源的过度紧缺将有可能影响到我国动力电池产业发展。 相比之下钠资源储量高且分布均匀，无资源稀缺问题。钠元素是地壳含量第六高的元素，地壳丰度高达2.30%，是锂元素的数倍，且全球各地分布均匀，我国可实现自主可控。 图表2地壳中不同元素丰度 图表1 2021年全球锂资源分布 “南美锂三角”欲效仿OPEC成立“锂佩克”掌握锂定价权，智利锂矿国有化战略或加速其落地。玻利维亚、阿根廷和智利的锂资源占全球总量58%，以盐湖锂矿为主，成本优势明显，若联手掌握定价权，或存在一定的垄断控价可能，则不利于全球新能源产业的发展。 如根据观察者网新闻，当地时间2023年3月23日，玻利维亚总统路易斯·阿尔塞表示，他计划与阿根廷、智利和秘鲁合作“制定一项政策，以确保四国在主权条件下作为锂供应商的地位”，并保护该地区丰富的锂资源免受美国干涉。又如根据界面新闻和每日经济新闻消息，当地时间2023年4月20日，智利总统加夫列尔·博里奇提出智利政府拟将采用国家与私人部门合资的方式促进当地锂产业的发展，所有想要参与到智利锂行业的本国或外国私营公司，都必须与国家锂业公司合作。国家将在合资企业中持有控股权。 以本次智利宣布新的国家锂资源政策为标志，拉美各国内部锂资源国有化进程不排除加速的可能性，对于锂资源需求较大的国家和地区来说，储能最关键原材料“锂”的自主可控迫在眉睫。 发展钠离子电池，可降低对锂资源的依赖。钠离子电池作为与锂离子电池技术原理相通，性能相近的储能电池被提上日程，在如此高的锂价下有较大的发展空间，同时也有利于促使碳酸锂价格回归理性，降低对外部锂资源的依赖。 图表3碳酸锂价格走势 同样作为能源的关键原材料，石油资源为例，OPEC对国际石油市场有很强的影响力。 组织成员国共控制约全球三分之二的石油贮备，约共占世界石油蕴藏78%以上的石油储量，占全球产油量的40%和出口量的50%。同时中东产油国的原油生产成本仍远远低于其他产油区的石油生产成本，对于锂资源占比低且开采成本高的国家地区来说，原材料的大幅波动对产业发展较为不利，发展钠资源作为低成本替代十分重要。 图表4 OPEC与非OPEC产油量（千桶/天） 图表5原油价格走势图（美元/桶） 二、钠电应用场景：多重优势带来广阔空间 （一）钠离子电池在性能上具有多重优势 钠离子电池相对于磷酸铁锂电池和三元锂电池，性能各有优劣。钠离子电池在量产后具备原料成本优势、高低温环境下更好的容量保持率、优异的倍率性能以及卓越的安全性能，但能量密度较低，循环寿命有待提升，有望在特定场景实现部分替代。钠离子电池性能相对于铅酸电池实现了全方位超越，有望在规模化降本后实现替代。 图表6钠电、锂电与铅酸电池性能对比 1、高低温环境下均有优异的容量保持率 钠离子电池在-40℃至80℃之间可正常工作，具备良好的宽温特性，高温放电（55℃和80℃）容量超过额定容量100%，低温-40℃放电容量超过70%额定容量，且可实现在低温-20℃下0.1C充电，其充电效率接近100%。 低温性能超磷酸铁锂电池和铅酸电池，在-20℃的温度下，钠离子电池的容量保持率高达90%，而磷酸铁锂电池和铅酸电池仅能达到70%和48%。 图表7钠电（左）、锂电（中）与铅酸电池（右）不同温度下放电曲线 2、具有出众的倍率性能 相较锂离子，钠离子的斯托克斯直径更小且在极性溶剂中溶剂化能更低，使得钠离子电池电解液具有更高电导率。斯托克斯直径是指在同一流体中与颗粒的密度和沉降速度相等的圆球的直径，直径越小，离子移动速度越快，其所在电解液导电率越高。溶剂化能是离子在电极表面脱离溶剂分子的能垒，较低的溶剂化能使得钠离子在电极表面更容易脱去溶剂分子，界面离子扩散能力更佳，离子在电解液中具有更快的动力学性质，从而使得电解液具有更高电导率。 图表8钠锂溶剂化离子大小对比 图表9钠锂在不同溶剂中溶剂化能对比（KJ/mol） 优秀的电解液电导率使得钠离子电池具有出众的倍率性能。宁德时代的第一代钠离子电池在常温下充电15分钟即可达到80%的电量，中科海钠制造的钠离子电池能够在12min充电至90%，充电速度高于锂离子电池和铅酸电池。 图表10钠电、三元、铁锂以及铅酸电池快充性能对比 3、极端条件下不易出现热失控，安全性能好 锂离子电池在多种滥用条件的触发下极易出现大量副反应，导致热失控。锂离子电池的安全事故主要由三大类滥用条件引起：机械滥用（挤压、穿刺等），电滥用（短路、过充电、过放电等）和热滥用（过热等）。在各种滥用条件的触发下，如果电池内部温度达到了起始分解温度，各种副反应便会不断出现，产生大量的热，对电池的热失控起到促进作用。 图表11锂离子电池的多重副反应导致热失控 钠离子电池在所有安全项目测试中，均未发现起火爆炸等锂电常出现的热失控现象，安全性更好。目前较为有效的安全评估项目主要包括过充/放电、外部短路、高温老化等安全测试和挤压、针刺、火烧等滥用测试，周权在《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》中对高功率NaCR26650P电池进行了安全和滥用测试，没有观察到锂电常见的起火和爆炸现象，表现了良好的安全稳定性。 图表12钠离子电池安全测试结果 （二）高性价比贴合多个应用场景，市场空间广阔 钠离子电池在几个方面多重优势使其获得了较高的性价比，在多个场景都有较理想的应用。其综合性能优于铅酸电池，有望首先替代铅酸市场（二轮小动力、汽车启停以及通信基站）。同时，随着循环性能进一步的提升以及规模化降本，钠电后续有望实现对磷酸铁锂市场的A00级纯电动车场景以及储能场景的部分替代。 图表13钠离子电池应用场景 1、A00级电动车：可解决当下铁锂价格随原料成本波动较大的痛点 A00级电动车又叫微型车，高性价比是其核心卖点。车轴距在 2m -2. 3m 之间，车身长度在 3.65m 之内，体积比较小，可解决道路拥堵和车位缺乏等难题，且价格仅在3-8万元，经济实惠，性价比极高。宏光MINI EV、奇瑞QQ冰淇淋、长安奔奔等都是当前市面主流的A00级纯电动车。 A00级电动车对电池成本比较敏感。目前市场上的A00级车价格区间一般在3-8万元之间，主打低端市场，客户对价格较为敏感。电池占据了成本的很大比例，电池成本的稳定性对A00级车的销量有着重要的影响。 A00级车定位日常代步车，对电池能量密度要求较低。绝大部分A00级车续航里程在250km以下，仅有4%的续航里程位于250-400km之间，没有超过400km续航里程的A00级车。由此看来，A00级车标称续航里程很短，并不要求电池具有很高的能量密度。 图表14不同车型电池成本占比（2023年3月） 图表15各续航里程A00级车产量分布 钠电的原材料价格相较磷酸铁锂电池更加稳定。2022年碳酸锂价格突破50万元/吨，磷酸铁锂电池成本因此大幅增长，导致A00级车涨价，而钠离子电池所用原料主要为碳酸钠，供应充足，价格波动风险较小。 钠电的能量密度完全可以满足A00级车的续航里程要求。由中汽数据统计，约86%A00级新能源车动力电池的能量密度位于100-160Wh/kg的区间，钠电池性能满足需求，成本更有竞争力。 图表16磷酸铁锂电池成本随原料成本居高不下 图表17 A00级车电池能量密度分布 2、铅酸大市场：钠电性能全方位超越，铅酸市场替代可期 铅酸蓄电池三大主要用途——二轮小动力电池、汽车启停电池以及通信基站备用电池。 经测算2022年市场总需求约为560GWh，其中用于汽车启停占比最大，约为57%（320GWh），二轮小动力与基站备用电池占比分别约为24%（128GWh）和6%（35GWh）。 二轮小动力电池：主要指电动二轮车、电动三轮车以及海外油改电摩托的动力电池，其具有较高的成本敏感性，同时轻量化的趋势使其对电池能量密度有一定的追求。 汽车启停电池：汽车启停电源需要具有快速充放电能力、良好的高低温性能等特点，汽车每次重新打火时，都要电池带动发电机，对电池充放电倍率性能要求很高。同时，由于启停电池面临发动机舱的高温和北方冬季低温的环境，需要其具有良好的高低温性能防止经常出现启停失灵的状况。 通信基站备用电池：通信基站需要有极高