钠离子行业深度报告：钠电池技术进步明显，23年开始产业化元年-东吴证券.pdf

钠电 池技术进步明显 ， 23年开始 产业化元年 钠离子行业深度报告 电新首席证券分析师 曾朵红 执业证书编号 S0600516080001 联系邮箱 zengdhdwzq.com.cn 电动车首席证券分析师 阮巧燕 执业证书编号 S0600517120002 联系邮箱 ruanqydwzq.com.cn 联系电话 021-60199793 2022年 9月 20日 证券研究报告 行业 研究 电力设备与新能源行业 1 钠电 池技术进步明显 ， 23年开始 产业化元年 2 ◆ 钠电规模化后具备明显成本优势 ， 近两年技术进步显著 ， 在储能 、 低端动力领域应用空间较大 。 锂电池性能优异一直 是主导的电池体系 ， 但 21年中以来碳酸锂价格飙升 ， 锂电池成本大幅提升 ， 给产业链带来压力 ， 从而企业寻求新材料 体系进行突破 ， 钠电池因为天然的成本优势而成为首选 ， 大规模量产后成本有望降低至 0.5元 /wh（ pack） ， 相较于 10万 /吨碳酸锂下的磷酸铁锂电池仍具成本优势；同时碳酸钠对应的国内供给充足 ， 供应 链更为安全； 随着各方在纳 电上的研发投入纳电研发进展快速 ， 钠电池技术及材料逐步具备产业化的可能 ， 同时钠离子行业标准制定在即 我们 预计年底钠电池技术和材料体系有望基本定型 ， 23年为钠电产业化元年 ， 实现小批量出货 ， 24年实现大批量量产 ， 规 模有望达到 30GWh， 预计未来首先取代铅酸电池 ， 并逐渐切入 A00级电动车和储能领域 ， 我们预计 25年钠电池全球 需求超 100GWh， 未来有望成为锂电池的一个有效补充 。 ◆ 技术逐步成熟 ， 正极目前趋向单晶层状氧化物 ， 负极趋向低成本前驱体合成的硬碳 ， 添加剂配方是提升循环寿命的关 键 。 短期看层状氧化物类量产难度低 ， 综合性能优异 ， 成为目前正极主流路线 ， 技术发展趋势为单晶化；长期看三大 路线并驾齐驱 ， 层状氧化物类主打能量密度 ， 普鲁士蓝类主打低成本 ， 聚阴离子类主打循环寿命 。 钠电技术壁垒主要 在于负极和添加剂配方 ， 其中负极分为硬碳和软碳 ， 硬碳为主流趋势 ， 其指标严苛 ， 构效关系复杂 ， 为钠电产业化关 键瓶颈 ， 亟待低成本前驱体的开拓；添加剂配方是提升循环寿命的关键 ， 钠电高碱度 高电压更加考验钝化膜的稳定 性 ， Know-How壁垒高于锂电池 。 ◆ 产业链龙头加大布局 ， 23年钠电产业化元年将临 。 电池厂 来看 ， 宁德时代推出普鲁士白体系 AB电池 ， 后续或进一步 升级为 锰基富锰普鲁士白体系 ， 同时加大层状氧化物布局；中科海钠专注铜铁锰层状氧化物 软碳路线 ， 主打高性价 比路线 ， 绑定华阳股份 多氟多；第二梯队方面 ， 立方新能源 、 钠创新能源 、 传艺科技层状氧化物产品性能优异 ， 鹏 辉能源 、 众钠能源选择聚阴离子体系 ， 欣旺达具备独家补钠技术 。 正极厂 来看 ， 振华新材突破技术瓶颈开发高性能单 晶层状氧化物 ， 容百科技深度绑定宁德时代 ， 产能规划庞大 ， 当升科技 、 邦普循环 、 格林美亦加快布局 。 负极厂 来看 ， 佰思格国内量产进度最快 ， 贝特瑞产品稳定性高 ， 凯金能源等传统锂电负极厂商也在加速突破 。 ◆ 投资建议 钠电技术逐步趋于成熟 ， 23年产业化元年来临 ， 有望实现加速渗透 ， 我们看好钠电产业链前景 。 第一条主 线看好钠电技术领先厂商 ， 推荐 宁德时代 ， 关注 华阳股份 、 鹏辉能源 、 欣旺达等 ；第二条看好用量翻倍的集流体环节 ， 关注 鼎胜新材 ；第三条线看好价值量高的正极环节 ， 推荐 振华新材 、 容百科技 、 当升科技 ， 关注 厦钨新材 、 长远锂科 ； 第四条线看好技术壁垒高的负极环节 ， 推荐 贝特瑞 、 璞泰来 、 杉杉股份 ；第五条线看好隔膜 、 电解液及添加剂 ， 推荐 恩捷股份 、 星源材质 、 天赐材料 、 新宙邦 、 天奈科技 ， 关注 多氟多 。 ◆ 风险提示 碳酸锂价格下跌 ， 研发进度不及预期 ， 终端销量低于预期 。 目录 钠电池成本优势显著，主打两轮车 /A00级 /储能市场 正极以层状氧化物为主，负极以硬碳材料为主 3 承接锂电成熟产业链，细分标的产业化进程加速 投资建议及风险提示 锂 /钠电体系对比锂价维持高位下钠电池有望快速渗透 ◆ 相较于锂电池 ， 钠电池成本优势显著 ， 锂价高位时有望实现加速渗透 。 钠资源丰富且分布均匀 ， 钠电池原料 具备成本优势 ， 供给充足 ， 因此未来供应链更加安全 。 钠电池工作原理与锂电池相同 ， 可充分补充铁锂短板 ， 但痛点在于循环性能和能量密度 。 钠离子行业标准制定在即 ， 落地后有利于打通上下游供应链 ， 钠电池预计 未来首先取代铅酸电池 ， 并逐步实现低速电动车 、 后备电压和启停电池的无铅化 ， 并逐渐切入 级电动车 和储能领域 ， 我们预计 25年需求超 100GWh。 数据来源 GGII， 东吴证券研究所4 图 钠离子和锂离子产业环节对比 参数类别 钠离子电池 锂离子电池 技术路线 两种体系中正、负极变化较大，也是生产壁垒所在 正极 三种主流路线，层状氧化物类正极趋向单晶化， 钠电厂商多掌握前驱体工艺，壁垒较高 两种主流路线，高镍三元技术壁垒较高，磷酸 铁锂安全性领先，锰铁锂等突破在即 负极 硬碳工艺制备要求较高，亦为量产关键瓶颈 多采用石墨，人造石墨技术要求较高 电解液 采用六氟磷酸钠，和锂电原理类似，量产难度低 采用六氟磷酸锂，量产难度低 隔膜 相较于锂电池体系，变化不大 一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜 添加剂 成膜添加剂为钠电核心壁垒，补钠对容量提升意义大 包括成膜 /导电 /阻燃 /过充保护添加剂等 集流体 负极集流体选用铝箔，其他非活性物质沿用锂电 负极采用铜箔，正极采用铝箔 成本投入 单 GWh投资接近于铁锂电池 铁锂单 GWh投资额 2.5亿元 盈利能力 我们预计毛利率高于锂电 15-30 产品良率 制备工艺不成熟、生产效率较低，生产良率不高 90 适用场景 两轮车、 A00级车、储能 全场景 锂比钠更适合做为电池材料，因此商业化进度更早 ◆ 锂比钠更适合做为电池材料 ， 因此商业化进度更早 。 锂 元素和钠元素同属于碱金属元素 ， 二者化学性质相近 ， 但锂元素从相对原子质量 （ 低 16.05） 、 离子半径 （ 小 0.26A） 、 电势 （ 低 0.05V） 比钠元素更适合作为电池 材料 ， 但钠离子 地壳丰度远高于锂离子 （ 2.75 vs. 0.0065） ， 且 斯托克斯半径大于锂离子 ， 溶液中导电性 更好 ， 因此锂离子电池相对电压高 ， 能量密度高 ， 虽价格偏高 ， 导电率略低 ， 因此更早大规模商业化 数据来源 高功率高安全钠离子电池研究及失效分析 ，东吴证券研究所5 图 钠离子和锂离子关键指标对比 图 钠离子和锂离子商业化进程 锂 电 钠 电 1970 1980 1990 2000 2010 2022 研发阶段 研发阶段 动力、储能初应用 研发阶段 便携式设备 储能应用研发减少 研发突破 动力电池 动力电池、储能全方位应用 储能、动力电池逐渐成熟 高温硫钠电池， NaMeO2正极 Goodenough电 池、 LIMEO2正极 摇椅电池原理充分 应用；石墨负极实 现技术突破 发明高温钠离子电 池；缺乏稳定负极 商业化应用出现； Sony开辟首次锂 电商业化应用 硅负极实现技术突 破 ,达到锂电高能 量密度高性能 锂电池规模化生产； 锂资源愈发紧张 钠电研发进程放缓； 钠 -氯化镍电池开 始发展 硬碳负极材料实现 技术突破 研发成果快速提升； 规模化应用指日可待 指标 钠 锂 相对原子质量 22.99 6.94 离子半径 /A 1.02 0.76 电负性 0.93 0.98 质量比容量（ mAh/g 1165 3861 体积比容量（ mAh/ml） 1131 2062 碳酸丙烯酯中斯托克斯半径 /A 4.60 4.80 标准电极电位 /V -2.71 -3.04 地壳丰度 2.30 0.0017 我国锂资源对外依存度高，钠资源丰富具备成本优势 数据来源 USGS，百川盈孚，东吴证券研究所6 图 2022年全球锂资源储量占比 图 电池级碳酸锂价格走势（万元 /吨） ◆ 我国锂资源对外依存度高 ， 钠资源丰富且分布均匀 。 全球已探明的锂资源量约 8900万金属吨 ， 折碳酸锂超 1 亿吨 ， 其中 58的锂资源集中在南美洲 ， 我国锂资源量仅为世界的 5.9， 对外依存度较高 ， 但国外地域政治 风险长存 ， 预计未来锂精矿仍维持供应紧张状态 。 而钠资源的地壳丰度远高于锂离子 （ 2.75 vs. 0.0065） ， 且广泛分布于全球各地 ， 海水中即含有丰富的氯化钠 ， 符合我国战略发展定位 。 ◆ 锂资源供需紧平衡 ， 锂价高增超预期 ， 钠资源提炼简单价格低廉 ， 因此供应链更加安全 。 全球锂资源处于供 需紧平衡的状态 ， 电池级碳酸锂价格已高达 51.41万元 /吨 （ 截止 22年 9月 19日 ） ， 且紧平衡预计维持至 23年 。 相比之下 ， 碳酸钠提钠简单 ， 供给充足 ， 价格稳定低廉 ， 价格仅为 2739元 /吨 （ 重质纯碱 ， 纯度 99.2， 截止 22年 9月 19日 ） ， 因此供应链更加安全 ， 经我们计算 ， 碳酸锂价格在 10万元 /吨以上 ， 钠离子电池相比磷酸铁 锂电池具备经济性优势 。 7 41 25 17 10 中国 智利 澳大利亚 其他国家 阿根廷 0 10 20 30 40 50 60 2019/01 2019/07 2020/01 2020/07 2021/01 2021/07 2022/01 2022/07 钠离子电池主打成本优势，性能优异补足磷酸铁锂短板 数据来源 Ultralow-Concentration Electrolyte for Na-Ion Batteries ， 钜大锂电，东吴证券研究所7 图表 钠离子电池工作原理 图表 钠离子电池特性 成本优势明显 倍率性能优异 低温容量保持率高 能量密度偏低 安全性高 循环性能偏低 ◆ 钠离子电池与锂离子电池工作原理相同 ， 其产品优势在于成本低 ， 倍率性能优异及低温容量保持率高 。 钠离 子在放电时从负极脱出 ， 经过电解液和隔膜 ， 嵌入正极 ， 而充电时则发生相反过程 ， 因此充放电行为和锂离 子电池基本一致 ， 均属于摇椅式二次电池 。 钠离子电池同样采用正极 、 负极 、 隔膜 、 电解液作为电池主材 ， 但具体结构变化在于负极集流体使用铝箔 ， 同时正极材料选择性更广 ， 负材料使用孔隙大的硬软碳而非石墨 。 在产品性能方面 ， 钠离子主要对标磷酸铁锂电池 ， 其具备成本优势 （ 比 LFP低 20以上 ） ， 同时倍率性能优异 （ Na溶剂化程度低 ） ， 低温容量保持率高 （ -20℃ 比三元高 10， 比铁锂高 20） ， 安全性高 （ 热失控温 度高 ， 可过放不带电运输 ） ， 充分补充磷酸铁锂的短板 ， 但其能量密度偏低 （ 140Wh/kg， 比 LFP低 30Wh/kg， 比 NCM811低 70Wh/kg） ， 循环性能偏低 （ 4000次 ， 比 LFP低 2000次 ） 。 ◆ 钠离子电池的材料端成本优势显著 ， 主要体现在正负极 、 电解液和集流体 。 钠离子电池正极钠源使用碳酸钠 （ 3千元 /吨 ） ， 相 比碳酸锂 （ 50万元 /吨 ） 价格优势显著 ， 如果使用铜锰铁元素层状氧化物体系 ， 正极价格比 LFP正极便宜一半以上；负极材料使 用硬 /软碳 ， 目前价格预计 8/5（ 万元 /吨 ） ， 未来成本可降至 4/2（ 万元 /吨 ） 以下 ， 其中软碳相比石墨具备成本优势；电解液使 用 NaPF6， 其离子电导率更高 ， 因此用量比锂电更低 ， 同时原材料量产后成本优势显著；集流体方面正负极均使用铝箔 无需 使用价格较高的铜箔 ， 因此进一步降低成本 （ 降低 60以上 ） 。 ◆ 钠离子目前处于推广期 ， 电池成本预计 0.8-0.9元 /Wh， 远期预计降至 0.5元 /Wh。 目前钠离子电池处于推广期 ， 设备工艺不成 熟 、 生产设备不完善 、 产业链不完善 ， 我们预计电池成本约 0.8-0.9元 /Wh， 其中电芯材料成本 0.5元 /Wh；随着产业链完善 ， 储 能市场爆发 ， 钠离子电池标准化程度逐步提高 ， 规模效应显现 ， 技术趋于成熟 ， 产品进入发展期 ， 总成本有望降到 0.6-0.7元 /Wh， 其中电芯材料成本降至 0.4元 /Wh；最终随着新技术应用及比能量大幅提升 ， 钠离子电池进入爆发期 ， 产品成本大幅降低 ， 我们预计电池成本低至 0.5元 /Wh， 其中电芯材料成本降至 0.3元 /Wh。 8 数据来源 钠离子电池科学与技术 ， 东吴证券研究所测算 成本材料端优势显著，远期电池成本预计 0.5元 /Wh 层状氧化物体系钠离子电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 电芯原材料成本 （ /gwh） （元 /wh） 占比 正极材料 2650 t 7.0 0.16 32 正极导电剂（ AB） 33 t 18.00 0.01 1 正极集体流（铝箔） 385 t 2.80 0.01 2 负极活性物质（硬碳） 1430 t 8.00 0.10 20 负极粘结剂 1SBR 44 t 23.00 0.01 2 负极粘结剂 2（ CMC） 44 t 5.50 0.00 0 负极集流体（铝箔） 550 t 2.8 0.01 3 电解液 1700 t 7.00 0.11 20 隔膜（湿法涂覆） 2420 万 m2 2.0 0.04 8 壳体 辊压膜及其他 1 套 0.1 0.05 10 电芯材料成本合计 元 /wh 0.52 100 BMS及高压线束、箱体 0.09 12 电柜 0.05 7 折旧 元 /wh 0.04 5 电费、人工费、运费等 元 /wh 0.07 9 成本合计 元 /wh 0.76 合格率 90.0 成本合计（元 /wh）， 不含税） 0.85 层状氧化物体系钠离子电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 电芯原材料成本 （ /gwh） （元 /wh） 占比 正极材料 2400 t 4.5 0.10 30 正极导电剂（ AB） 30 t 15.00 0.00 1 正极集体流（铝箔） 350 t 2.80 0.01 3 负极活性物质（硬碳） 1300 t 3.50 0.04 13 负极粘结剂 1SBR 40 t 20.00 0.01 2 负极粘结剂 2（ CMC） 40 t 4.90 0.00 1 负极集流体（铝箔） 500 t 2.8 0.01 4 电解液 1600 t 3.50 0.05 16 隔膜（湿法涂覆） 2200 万 m2 1.8 0.04 11 壳体 辊压膜及其他 1 套 0.1 0.05 16 电芯材料成本合计 元 /wh 0.32 100 BMS及高压线束、箱体 0.07 14 电柜 0.04 8 折旧 元 /wh 0.03 6 电费、人工费、运费等 元 /wh 0.05 10 成本合计 元 /wh 0.51 合格率 98.0 成本合计（元 /wh）， 不含税） 0.52 图表 层状氧化物的钠电池 BOM成本（推广期） 图表 层状氧化物的钠电池 BOM成本（成熟期） ◆ 钠离子电池成本预计低于磷酸铁锂电池 20以上 ， 其中电芯材料成本预计便宜 25以上 。 目前钠离子电池处 于推广期 ， 设备工艺不成熟 、 生产设备不完善 、 产业链不完善 ， 成本目前预计 0.8-0.9元 /Wh以上 ， 相比铁锂 电池无性价比优势 ， 主要应用于两轮车等领域替代铅酸电池；但随着产业链的完善 ， 规模效应显现 ， 技术趋 于成熟 ， 进入发展期和成熟期 ， 电池成本有望降到 0.5元 /Wh， 而铁锂电池总成本预计在 碳酸锂 价格假设 15万元 /吨 ， 下同 ） ， 成本便宜 20以上；电芯材料成本方面 ， 钠电池成本预计比铁锂电池低 0.1元 /Wh。 便宜 25以上 。 9 数据来源 钠离子电池科学与技术 ， 东吴证券研究所测算 成本材料端优势显著，远期成本低于铁锂 20以上 层状氧化物体系钠离子电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 电芯原材料成本 （ /gwh） （元 /wh） 占比 正极材料 2400 t 4.5 0.10 30 正极导电剂（ AB） 30 t 15.00 0.00 1 正极集体流（铝箔） 350 t 2.80 0.01 3 负极活性物质（硬碳） 1300 t 3.50 0.04 13 负极粘结剂 1SBR 40 t 20.00 0.01 2 负极粘结剂 2（ CMC） 40 t 4.90 0.00 1 负极集流体（铝箔） 500 t 2.8 0.01 4 电解液 1600 t 3.50 0.05 16 隔膜（湿法涂覆） 2200 万 m2 1.8 0.04 11 壳体 辊压膜及其他 1 套 0.1 0.05 16 电芯材料成本合计 元 /wh 0.32 100 BMS及高压线束、箱体 0.07 14 电柜 0.04 8 折旧 元 /wh 0.03 6 电费、人工费、运费等 元 /wh 0.05 10 成本合计 元 /wh 0.51 合格率 98.0 成本合计（元 /wh）， 不含税） 0.52 图表 层状氧化物的钠电池 BOM成本（成熟期） 图表 磷酸铁锂电池 BOM成本（对应碳酸锂价格 15万元 /吨） 磷酸铁锂电池 单位用量 单位 单位价格 （万） 单位成本 单位成本 电芯原材料成本 （ /gwh） （元 /wh） 占比 正极材料 1980 t 6.0 0.11 25 正极导电剂（ AB） 30 t 18.00 0.00 1 正极黏贴剂（ PVDF） 38 t 33 0.01 3 分散剂（ NMP） 8 t 4.00 0.00 0 正极集体流（铝箔） 400 t 2.80 0.01 2 负极活性物质（硬碳） 1000 t 3.35 0.03 7 负极粘结剂 1SBR 40 t 20.00 0.01 2 负极粘结剂 2（ CMC） 40 t 4.90 0.00 0 负极集流体（铝箔） 750 t 12.3 0.08 20 电解液 1500 t 5.79 0.08 19 隔膜（湿法涂覆） 2000 万 m2 2.0 0.04 9 壳体 辊压膜及其他 1 套 0.1 0.05 12 电芯材料成本合计 元 /wh 0.41 100 BMS及高压线束、箱体 0.09 14 电柜 0.06 8 折旧 元 /wh 0.03 5 电费、人工费、运费等 元 /wh 0.07 10 成本合计 元 /wh 0.66 合格率 97.1 成本合计（元 /wh）， 不含税） 0.68 图 钠离子电池相关政策 时间 发布单位 政策名称 政策内容 2022年 7月 14日 工信部 工业和信息化部办公厅关于印发 2022年第二 批行业标准制修订和外文版项目计划的通知 我国首批钠离子电池行业标准 钠离子电池术语和词汇 （ 2022-1103T-SJ） 和 钠离子电池符号和命名 （ 2022-1102T-SJ） 计划正式下达 。 主要起草 单位包括中国电子技术标准化研究院 ， 中国科学院物理研究所 （ 中科海 钠 ） ， 宁德时代新能源科技股份有限公司 ， 深圳市比亚迪锂电池有限公司 。 2022年 6月 1日 发改委、能 源局、财政 部等九部委 “ 十四五 ” 可再生能源发展规划 加强可再生能源前沿技术和核心技术装备公关 。 加强前瞻性研究 ， 加快可再 生能源前沿性 、 颠覆性开发利用技术攻关 。 研发储备钠离子电池 、 液态金属 电池 、 固态锂离子电池 、 金属空气电池 、 锂硫电池等高能量密度储能技术 。 2021年 11 月 29日 能源局、科 技部 “ 十四五 ” 能源领域科技创新规划 针对电网削峰填谷 、 集中式可再生能源并网等储能应用场景 ， 开展大容量长 时储能器件与系统集成研究；研发钠离子电池 、 液态金属电池 、 钠硫电池 、 固态锂离子电池 、 储能型锂硫电池 、 水系电池等新一代高性能储能技术 、 开 发储热蓄冷 、 储氢 、 机械储能等储能技术 。 2021年 8月 12日 工信部 关于政协第十三届全国委员会第四次会议第 4815号 （ 工交邮电类 523号 ） 提案答复函 “ 十四五 ” 期间实施 “ 储能与智能电网技术 ” 重点专项 ， 并将钠离子电池技 术列为子任务 ， 以进一步推动钠离子电池的规模化 、 低成本化 ， 提升综合性 能 。 组织有关标准研究机构适时开展钠离子电池标准制定 ， 并在标准立项 、 标准报批等环节予以支持 。 同时 ， 根据国家政策和产业动态 ， 结合相关标准 研究有关钠离子电池行业规范政策 ， 引导产业健康有序发展 。 2021年 7月 15日 发改委、能 源局 关于加快推动新型储能发展的指导意见 坚持储能技术多元化 ， 推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下 降和商业化规模应用 ， 实现压缩空气 、 液流电池等长时储能技术进入商业化 发展初期 ， 加快飞轮储能 、 钠离子电池等技术开展规模化试验示范 ， 以需求 为导向 ， 探索开展储氢 、 储热及其他创新储能技术的研究和示范应用 。 ◆ 钠离子电池行业标准制定在即，打通上下游供应链，促进产品的市场推广和成本降低。 与成熟并具有完善的 配套政策的锂离子电池不同，由于钠离子电池配套的产业政策目前并不多，更多的是一种指导和鼓励方向的 政策，暂无钠离子电池的标准和规范发布，影响钠离子制造工艺的规划化及产品的一致性，不利于产品的市 场推广和成本的降低。 2022年 7月 14日，工业和信息化部办公厅颁布有关文件明确提出对钠离子电池的行业 标准进行规定，将由电子标准院、中科院物理所、中科海钠、宁德时代、比亚迪等公司联合起草，在技术创 新、实验验证、产业化推进等方面进行推进，加快钠离子电池的发展速度。 10 政策钠电标准制定在即，助力打通上下游供应链 数据来源工信部，发改委，能源局，科技部， 东吴证券研究所 推 广 期 发 展 期 爆 发 期 率先进入低速电动车及两轮车市场，有 效取代铅酸电池，同时进行储能示范应 用。原辅材料成本降低有效促进电池成 本下降，钠电总成本 0.8元 /Wh 钠电产品标准化程度提高，钠 电储能有效应用，规模化效应 逐渐显现，产品技术趋于成熟， 钠电总成本 0.6-0.7元 /Wh 各级市场逐渐成熟，应用领域拓 宽，钠电产品性价比优势更高迎 来爆发式增长，产品成本降至 0.5元 /Wh以下 图 钠离子电池应用场景 两轮车 A00级车 储能 ◆ 钠离子电池预计未来首先取代铅酸电池 ， 并逐步实现低速电动车 、 后备电压和启停电池的无铅化 。 全国二轮 电动车电池市场 75为铅酸电池 ， 钠电循环远超铅酸电池 （ 500-800次 ） ， 能量密度可达铅酸电池 3倍以上 ， 成本同样低于铅酸 。 同时新国标限制两轮车整车重量不超过 55kg， 创造电池轻量化需求 ， 因此我们预计钠离 子电池可逐步实现低速电动车 、 后备电源和启停电源无铅化 。 ◆ 钠离子电池产品标准化程度提高后 ， 逐渐切入 A00级电动车和储能领域 。 A00级电动车售价低电池成本占比 高 ， 因此对电池成本更为敏感 ， 钠离子电池凭借成本优势有望大展身手 （ 单车 30度电的假设下 ， 比铁锂便宜 6000元以上 ） ；同时随着海外户储高爆发 国内储能大发展 ， 目前储能电池供不应求 ， 钠离子电池凭借成本 低 、 原材料资源丰富的优势 ， 并随着循环性能进一步提升后 ， 可实现对磷酸铁锂电池的部分替代 。 11 应用首先替代铅酸市场，后续切入 A00级车 储能 数据来源 高功率高安全钠离子电池研究及失效分析 ， 东吴证券研究所 图表 钠离子电池需求空间测算 ◆ 钠离子电池主打电动两轮车 、 A00级电动车 、 储能三大领域 ， 我们预计 25/30年需求超 100/550GWh。 钠离 子电池具备资源丰富 、 成本低廉 、 环节友好 、 循环寿命长 、 安全性好等优势 ， 可广泛应用于储能 、 两轮车及 A00级电动车 ， 首先取代铅酸电池并逐步实现两轮车 、 后备 /启停电源等领域的无铅化 ， 并在大规模储能需求 爆发对磷酸铁锂电池部分替代 ， 我们预计钠离子电池 25年需求超 100GWh， 其中储能 级车需求 59/15/26GWh， 对应正极 /负极 /电解液 /隔膜 /铝箔需求 24万吨 /13万吨 /16万吨 /22亿平 /8.5万吨 。 12 需求主打两轮车 /A00级 /储能， 25年超 100GWh 数据来源 东吴证券研究所测算 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2030E 全球储能需求（ GW） 12.6 27.3 57.9 108.7 189.9 295.5 1000.0 -增速 83.0 143.0 100.9 80.6 72.4 30.0 全球储能需求（ GWh） 25.0 60.0 126.0 252.0 459.0 734.4 3000.0 渗透率 0.0 0.0 0.2 0.7 3.0 8.0 15.0 钠电全球储能需求空间（ GWh） 0.0 0.0 0.3 1.6 13.8 58.8 450.0 全球电动两轮车销量（万辆） 4,968 6,426 6,075 6,986 7,685 8,453 11,841 -增速 29.3 -5.5 15.0 10.0 10.0 10.0 渗透率 0.0 0.0 0.3 1.5 10.0 25.0 35.0 钠电两轮车需求空间（ GWh） 0.0 0.0 0.1 0.8 5.5 15.2 29.8 国内 A00级电动车销量（万辆） 31.8 138.9 166.7 216.7 270.9 333.2 585.3 -增速 336.8 20.0 30.0 25.0 23.0 10.0 渗透率 0.0 0.0 0.0 0.8 10.0 20.0 30.0 钠电电动车需求空间（ GWh） 0.0 0.0 0.0 0.6 10.0 26.0 75.5 钠电三大场景需求空间合计（ GWh） 0.0 0.0 0.4 3.0 29.3 100.0 555.3 -增速 682.6 877.7 240.9 455.6 钠电正极需求（万吨） 0.0 0.0 0.1 0.7 7.0 24.0 133.3 钠电负极需求（万吨） 0.0 0.0 0.0 0.4 3.8 13.0 72.2 钠电电解液需求（万吨） 0.0 0.0 0.1 0.5 4.7 16.0 88.9 钠电隔膜需求（亿平） 0.0 0.0 0.1 0.7 6.5 22.0 122.2 钠电铝箔需求（万吨） 0.0 0.0 0.0 0.3 2.5 8.5 47.2 目录 钠电池成本优势显著，主打两轮车 /A00级 /储能市场 正极以层状氧化物为主，负极以硬碳材料为主 13 承接锂电成熟产业链，细分标的产业化进程加速 投资建议及风险提示 项目 普鲁士蓝 /白化合物 层状过度金属氧化物 聚阴离子型化合物 优点 合成工艺简单 能量密度高 理论工作电压高 原材料成本低 电压平台优异 热稳定性好 理论克容量高 倍率性能好 循环性能好 理论倍率性能好 技术转化容易 空气稳定性好 不足 体积能量密度低 空气中稳定性差 能量密度低 除水工艺困难 浆料容易凝胶 原材料成本高 代表公司 宁德时代、美国 Natron Energy 中科海钠、立方新能源、钠创新能源 法国 Tiamat、鹏辉能源 正极层状氧化物为主流，普鲁士蓝 /聚阴离子为辅助 数据来源 How to avoid failure in sodium-ion batteries ， 公司公告，东吴证券研究所14 图表 钠离子电池正极路线对比 ◆ 钠离子电池的正极和锂离子电池不同 ， 主要有三种路线 。 分为层状氧化物 、 普鲁士蓝 /白化合物 ， 聚阴离子化 合物 。 其中 层状氧化物 为主流方向 ， 优点为能量密度高 、 循环性能优异 、 倍率性能好 ， 缺点为空气中稳定性 差 、 浆料容易果冻 、 克容量发挥不稳定 ， 代表公司为中科海钠 、 立方新能源 、 钠创新能源； 普鲁士蓝 /白 优点 为成本低 、 合成简单 、 可设计性强 、 理论克容量和倍率性能高 ， 缺点为除水困难 、 循环寿命低 实际倍率性 能差 、 体积能量密度低 、 电压极化大 、 有热失控风险 ， 代表公司为宁德时代 、 Natron Energy； 聚阴离子化 合物 优点为循环寿命高 、 理论工作电压高 、 热稳定性好 ， 缺点为能量密度低 、 原材料成本高 ， 代表公司为 Tiamat、 鹏辉能源 。 层状氧化物能量密度高，综合性能优，为钠电主流方向 数据来源 公司公告，中国粉体网，东吴证券研究所15 图表 钠离子电池层状氧化物结构 图表 钠离子电池层状氧化物正极布局 公司 投产进度 华阳股份 2000吨铜锰铁钠正极项目于 22年 3月末试生产 容百科技 22年实现层状氧化物吨级产出 ， 23年 Q2前产能有望达3.6万吨 中科海钠 与华阳股份共建 2000吨钠电正极产线 当升科技 完成钠离子层状正极 NFM材料研发 ， 每条产线均可用于钠电正极生产 立方新能源 22年四月开始层状氧化物钠电正极试吨级生产 钠创新能源 22年形成 3000吨层状正极材料产能 传艺科技 23年 2GWh电池产能达产 ， 匹配 5000吨正极产能 振华新材 已吨级送样 ， 目前具备千吨级层状生产能力 ， 远期规划超 15万吨 钠含量高，比容量高，但 循环性能差 钠含量低，循环性能好， 但比容量低 ◆ 层状氧化物能量密度高 、 电压平台高 ， 综合性能优异 ， 为目前钠离子电池主流方向 。 过渡金属氧化物化学式为 NaxMO2（ M为过渡金属原子 ， 0＜ x≤1） 。 按照形态划分 ， 过渡金属氧化物又可分为层状和隧道状两种 ， 当钠含量较 高时 ， 一般以层状结构为主 （ 类似三元正极 ） ， 钠离子位于层间 ， 形成 MO2层 /Na层交替排布的层状结构 ， 当钠含量 较低时 （ x＜ 0.5） ， 主要以隧道结构的氧化物为主 。 隧道型氧化物虽具有稳定的结构 （ 对应稳定的循环性能 但是 其初始钠含量过低 （ 能量密度低 ） ， 限制了其在实际中的应用 。 层状氧化物凭借其简单的合成工艺 、 高能量密度 （ 130-160mAh/g， 230-250Wh/L） 、 优异的电压平台 （ 3.0-3.1V） 、 优异的倍率性能和循环寿命成为目前钠离子 电池正极主流材料 ， 但缺点为浆料容易果冻 、 克容量发挥不稳定 ， 我们预计量产后价格在 5万元 /吨左右 。 数据来源 中科院物理研究所相关专利、振华新材相关专利 ，东吴证券研究所 固 相 法 钠源 碳酸钠 /硝酸钠 /过 氧化钠 /氢氧化钠 /草酸 钠 、氧化锰 /铁 /镍 研磨、 混合 900C煅烧 10-24h 气流粉碎 层状氧化物 材料 前驱体制备 水溶性铁 /锰 /镍 盐和 M盐 *的混 合溶液 共沉淀反应 50-60C 陈化 离心、 洗涤 干燥 混合 前驱体 氢氧化镍铁锰 钠源 碳酸钠 /硝酸钠 /过 氧化钠 /氢氧化钠 /草酸钠 混合 850C煅烧 10-24h 粗碎、细碎 层状氧化物 材料 层状材料制备 氢氧化钠 /氢氧化 钾 （适量氨水） 液 相 法 350-850C 煅烧 0.5-5h 二次烧结一次烧结 图表 钠离子电池层状氧化物工艺 16 ◆ 层状金属氧化物工艺可复用程度高 ， 固液相法技术与锂电三元工艺相似性较大 ， 难点在于材料表面残碱控制 ， 技术趋 势为单晶化 。 技术方面主要分为固相法和液相法两种 ， 均与锂电池三元材料制备工艺流程高度相似 。 固相法需要较高 烧结温度 ， 相比液相法没有前驱体的制备需求 ， 但是材料均一性控制较难；液相法产出材料表面光滑 、 粒径分布均一 、 震实密度高 ， 但工艺更复杂成本较高 。 目前主流工艺为固相烧结法 ， 如振华新材采取二次烧结工艺 ， 有 效改善钠离子电池的能量密度低 、 循环性能差的问题；正极技术趋势为单晶化 ， 如宁德时代 、 中科海钠 、 立方新能源 等均选用单晶层状正极路线 。 另外 ， 正极对前驱体依赖性强 ， 成本占比超 60， 前驱体厂商亦有望实现较高收益 。 层状氧化物工艺路线可复用度高，技术趋势为单晶化 普鲁士蓝类化合物成本低，但除水极难，体积能量密度低 数据来源武汉理工大学分享会， 公司公告，东吴证券研究所17 图表 普鲁士蓝 /白晶体结构（左）及缺陷（右） 图表 普鲁士蓝 /白化合物正极布局 公司 投产进度 邦普循环 已进入铁锂产线改钠电中试产线环评阶段 （ 年产正极 600吨 ） ， 可切换生产磷酸铁 容百科技 预计 22年实现普鲁士白吨级产出 ， 规划 6000吨产能 格林美 普鲁士蓝及层状氧化物两大技术路线已积累相关技术并和多家下游客户认证中 超钠新能源 已建成 50吨普鲁士蓝 /层状氧化物产线 ， 23年实现 GWh级生产 ◆ 普鲁士蓝 /白化合物成本低 、 倍率性能好 ， 但除水困难 ， 体积能量密度低 ， 为钠离子电池新增路线 。 普鲁士蓝 /白化学式为 NaxM1[M2CN6]（ M为过渡金属原子 ， 如 Fe、 Mn等 ， 0＜ x≤2） 。 根据钠离子含量分为普鲁士 白 （ 高 ） 和普鲁士蓝 （ 低 ） 两种材料 。 其具备开放式的晶格框架 ， 可允许钠离子自由嵌入和脱嵌 ， 理论倍率 性能 、 循环性能优异 ， 但极易吸水 ， 存在引来的结晶水难以去除 、 过渡金属易溶解等问题 严重影响电池容 量 和 循 环 性 能 （ 实际 1000-2000 次 ） 。 普 鲁 士 白 工 作 电 压 高 （ 3.1V 以上 ） ， 质 量 能 量 密 度 高 （ 160mAh/g） ， 但压实密度很低 ， 因此体积能量密度低 （ 150Wh/L） ， 此外存在热失控风险 （ 280度以 上分解 ） 。 普鲁士蓝类制备工艺简单，成本低廉、可大量生产 数据来源 我国黄血盐钾的生产与发展 ， 普鲁士蓝及其制备方法和应用与流程 ， 湖南邦普循环钠正极中试项目环境影响报告书 ，东吴证券研究所18 图表 普鲁士蓝正极材料制备工艺 氰熔体 （ NaCN、 CaCN 加水萃取 70-80℃ 脱钙处理 去除沉淀物， 滤液重加热检测游离氰根含量 压滤处理 亚铁氰化钾钙复盐 硫酸亚铁 纯碱 加入过量 KCl 黄血盐钠微酸溶液 中反应 硫酸锰、 草酸锰、 柠檬酸钠 共沉淀陈化过滤洗涤干燥过筛除磁普鲁士蓝正极材料 黄血盐制备 包装 ◆ 普鲁士蓝 /白制备工艺较为简单 ， 材料成本低 ， 可大量生产 ， 但结晶水极难去除 ， 从而影响在钠电池中性能 。 目前普鲁士蓝常见的制备方法有简单沉淀法 、 热分解法 、 水热法 、 单一铁源法 、 蓝晒法等 。 简单沉淀法相比 于其他方法具有工艺简单 、 成本低廉 、 适用性广 、 可大