钠离子电池材料：产业化指日可待，钠电未来可期-光大证券.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2022 年 11 月 16 日 行业研究 产业化指日可待，钠电未来可期 中国化工新时代系列报告之钠离子电池材料 基础化工 宁德时代加码布局，钠电有望加速发展。2021 年 7 月，宁德时代公布第一代钠 离子电池，后致力于推进钠离子电池在 2023 年形成基本产业链，钠电产业化有 望加速落地。钠元素在全球分布的丰度和均度较高，对我国打破锂元素价格垄断 有一定的战略意义。随着技术的突破和钠离子产业链的完善，降本后的钠离子电 池会对传统铅酸电池和锂离子电池起到替代、补充作用。钠离子电池由于循环寿 命和能量密度仍然存在一定缺陷，因此更加适用于对能量密度要求不高，但对成 本变化非常敏感的行业，因此可以广泛应用于储能、低速电动车等领域。在政策 支持以及未来能源转型发展趋势下，钠电的增量空间巨大，未来可期。 钠离子电池成本低、充电倍率高、低温性能和安全性能良好。成本方面，钠离子 电池的正负极材料以及集流体的降本空间较大，电解液、隔膜则与锂离子电池相 似，有一定的成本压降空间。性能方面，钠离子电池展示出比锂离子电池更好的 低温充电性能和更高的功率。另外，由于钠离子电池选用的正极材料钠盐和负极 材料碳类均展示出较强的稳定性，使得钠离子嵌入脱出时不会发生反应，同时能 避免产生枝晶。在安全性测试中，钠离子电池能做到不起火爆炸，安全性能优良。 钠离子电池正极材料各有所长，层状过渡金属氧化物路线最为成熟。正极材料主 流工艺分过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物、聚阴离子类化合物。其中层状过 渡金属氧化物工艺路线成熟，已实现量产，成本相对较低，是最为主流的正极材 料。但其循环性能有待提高，较其他两种材料相对较差。中科海纳的钠铜铁锰氧 化物已实现 145Wh/kg 能量密度，是铅酸电池的三倍左右。同时，由于层状氧 化物钠电正极材料的生产工艺设备与三元正极材料产线高度重合，在设计时针对 个别工序考虑一定的冗余厂房空间和设备，可根据市场需求将三元材料产能灵活 切换为钠离子电池正极材料。 普鲁士蓝类化合物、聚阴离子类化合物尚未产业化，静待技术突破。普鲁士蓝类 化合物成本低廉、发展空间广阔，有着较高的电压和可逆容量。但是，普鲁士蓝 类化合物中的结晶水会对分子结构造成影响，这也是该材料产业化的壁垒所在。 另外，普鲁士蓝类化合物也有倍率性能差、循环不稳定、库伦效率低等问题。聚 阴离子类化合物具有多面体框架，框架十分稳固，可以获得更高的循环性与安全 性，但因其使用价格高昂的金属钒，仍需技术突破降低成本。 投资建议宁德时代、中科海纳等龙头企业加码布局钠离子电池产业链，钠离子 电池产业化进程有望加速，钠离子电池具有成本低、低温性能及安全性能好、充 电倍率高等优势，可以广泛应用于储能、低速电动车等领域，发展空间广阔，我 们看好钠离子电池产业发展，建议关注布局正极材料的七彩化学、百合花、美 联新材、振华新材；布局电解液的多氟多、中欣氟材、天赐材料、新宙邦；布局 隔膜的恩捷股份、星源材质。 风险分析钠离子电池产业化进度不及预期、原材料价格大幅波动、钠离子电池 材料产能建设不及预期。 重点公司盈利预测与估值表 证券代码 公司名称 股价（元） EPS（元） PE（X） 投资评级 21A 22E 23E 21A 22E 23E 688707.SH 振华新材 52.01 0.93 2.90 3.42 56 18 15 买入 300586.SZ 美联新材 16.95 0.12 0.62 0.88 140 27 19 增持 603823.SH 百合花 15.58 0.98 0.75 0.99 16 21 16 增持 资料来源Wind，光大证券研究所预测，股价时间为 2022-11-14 增持（维持） 作者 分析师赵乃迪 执业证书编号S0930517050005 010-57378026 zhaondebscn.com 联系人周家诺 021-52523675 zhoujianuoebscn.com 联系人蔡嘉豪 021-52523800 caijiahaoebscn.com 联系人胡星月 010-58452014 huxingyueebscn.com 行业与沪深 300 指数对比图 -2 8 -1 8 -9 1 10 1 1 /2 1 0 2 /2 2 0 5 /2 2 0 8 /2 2 基础化工 沪深 300 资料来源Wind 要点 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告 基础化工 投资聚焦 今年以来新能源车和锂电池市场快速发展，带动上游锂电材料价格屡创新 高，电池厂商开始研究将钠离子电池作为缓解锂资源紧缺的替代品。已知钠在地 壳中丰度远远高于锂，且地域分布上钠分布更为广泛易得，钠离子电池正负极的 材料、电解液、隔膜、集流体等关键组件的成本更低，充电倍率高于锂离子电池， 具有宽工作温度的优势。由于锂电池成本大幅上升给产业链带来较大压力，钠离 子电池凭借天然的成本优势有望在未来成为锂电池的补充。 正极材料方面，钠离子电池正极材料的成本显著低于锂电池正极，部分生产 工艺设备与锂电重合，目前钠离子电池的单位能量原料成本（0.29 元/Wh）显著 低于锂离子电池单位能量原料成本（0.43 元/Wh），因而更适用于低成本的规模 储能领域。 我们看好在钠离子电池产业化以后，钠离子电池正极材料相关企业的投资机 会。目前在研的钠离子电池正极材料，主要是过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合 物和聚阴离子化合物等。其中，过渡金属氧化物技术相对成熟，成本低廉、工艺 简单，已实现量产，但结构稳定性差、循环次数低；普鲁士蓝类化合物和聚阴离 子化合物尚未实现量产，但有望随着工艺改进发挥成本更低、循环性能更强等优 势。 我们区别于市场的观点 市场有观点认为目前钠离子电池正处于发展元年，布局钠离子电池的企业 大多还处于产业化初期，业绩兑现仍需时间。但我们认为，钠离子电池的产业化 进程正在大幅加速，23 年宁德时代有望顺利推出钠离子电池，其他布局有钠离 子电池企业的项目落地也将加速，23 年钠离子电池企业有望实现盈利。 股价上涨的催化因素 钠离子电池正式实现产业化，出货量大幅提升；钠离子电池正极材料技术发 展成熟，成本优势充分体现；非产业化钠离子电池正极材料技术取得重大突破， 开启产业化进程。 投资观点 宁德时代、中科海纳等龙头企业加码布局钠离子电池产业链，钠离子电池产 业化进程有望加速，钠离子电池具有成本低、低温性能及安全性能好、充电倍率 高等优势，可以广泛应用于储能、低速电动车等领域，发展空间广阔，我们看好 钠离子电池产业发展，建议关注布局正极材料的七彩化学、百合花、美联新材、 振华新材；布局电解液的多氟多、中欣氟材、天赐材料、新宙邦；布局隔膜的恩 捷股份、星源材质。 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告 基础化工 目 录 1、 宁德时代加码布局，钠电有望加速发展 . 6 1.1、 宁德时代加码布局，钠离子电池产业化可期 6 1.2、 钠离子电池成本低、充电倍率高、低温性能和安全性能良好 7 1.3、 钠离子电池应用场景广泛，储能、低速电动车等行业多点开花. 9 2、 正极材料各有所长，层状过渡金属氧化物路线最为成熟 12 2.1、 钠离子电池正极成本显著低于锂电池正极，部分生产工艺设备与锂电重合 . 12 2.2、 过渡金属氧化物层状氧化物技术相对成熟，循环性能有待提高 . 13 2.3、 普鲁士蓝类化合物成本低廉发展空间广阔，但结晶水问题是产业化难点 15 2.4、 聚阴离子类化合物更好的循环性能与安全性能，成本降低后未来可期 17 3、 钠离子电池产业链公司梳理 . 18 4、 投资建议 . 20 4.1、 振华新材锂电正极材料快速扩张，钠电稳步推进增量可期 21 4.2、 美联新材锂电隔膜布局进展顺利，钠电正极材料成本优势显著 . 24 4.3、 百合花“化工材料新能源材料”双主业驱动发展，布局钠电正极材料乘钠电东风 27 5、 风险分析 . 31 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告 基础化工 图目录 图1钠离子电池工作原理 . 6 图2地壳元素丰度对比 6 图3锂资源分布图 6 图4金属钠价格走势（元/吨） 7 图5金属锂和碳酸锂价格走势（万元/吨） 7 图6锂离子电池和钠离子电池成本对比 . 7 图7不同能量密度的钠离子电池预估成本图 9 图8钠离子电池的应用场景 . 10 图9钠离子电池应用于大规模储能的必要技术特征示意图 10 图10全球储能技术项目数量（单位项） . 10 图11单位容量成本和循环次数对储能度电成本的影响 . 10 图12中国电动两轮车销量 . 12 图13不同钠离子电池正极材料实际容量与电压图 13 图14钠离子正极简介 13 图15层状过渡金属氧化物正极相变过程 . 14 图16隧道型过渡金属氧化物示意图 14 图17铜基富钠层状氧化物的合成方法及所需原料 15 图18一种普鲁士蓝类化合物的结构和充放电曲线 16 图19结晶水对普鲁士蓝类化合物结构的影响 16 图20橄榄石型聚阴离子类化合物和电化学性能 17 图21钠离子电池产业链 18 图22振华新材营业收入及同比 . 21 图23振华新材归母净利润及同比 21 图24振华新材历年毛利率 . 21 图25振华新材历年净利率 . 21 图26美联新材营业收入及同比 . 24 图27美联新材归母净利润及同比 24 图28美联新材营业收入分布 . 24 图29美联新材毛利分布 24 图30百合花营业收入及同比 . 28 图31百合花归母净利润及同比 . 28 图32百合花营业收入分布 . 28 图33百合花毛利分布 28 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告 基础化工 表目录 表1钠离子和锂离子电池构成对比 8 表2钠离子电池和锂离子电池性能对比 . 8 表34种电化学储能形式的全生命周期度电成本 . 11 表42022年以来我国在储能领域与钠离子电池相关的政策 11 表5钠离子电池与铅酸、锂离子电池性能比较 12 表6三种主要钠离子电池正极材料比较 . 13 表7代表性层状及隧道状氧化物的性能 . 14 表8常见的聚阴离子类正极材料和循环性能 17 表9钠离子电池产业链相关标的梳理 19 表10振华新材关键项目预测（亿元） 22 表11振华新材可比公司估值 . 23 表12振华新材盈利预测与估值简表 23 表13美联新材关键项目预测（万元） 26 表14美联新材可比公司估值 . 27 表15美联新材盈利预测与估值简表 27 表16百合花2022年度非公开发行 A股股票预案募投项目 28 表17百合花关键项目预测（万元） 30 表18百合花可比公司估值 . 30 表19百合花盈利预测与估值简表 31 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告 基础化工 1、 宁德时代加码布局，钠电有望加速发展 1.1、 宁德时代加码布局，钠离子电池产业化可期 钠离子电池是一种“摇椅式”二次电池，其工作原理与锂离子电池类似，均 利用离子在电极之间的反复脱嵌迁移进行充放电。钠离子电池在充电过程中，电 池内部钠离子从正极材料中脱出，经过电解液迁移到负极；在外电路中，电子从 正极迁移到负极，从而保证电荷平衡。此时正极处于贫钠态，负极处于富钠态。 放电过程则与之相反，电池内部钠离子从富钠态的负极中脱出，经过电解液迁移 到正极；在外电路中，电子从负极迁移到正极。 图 1钠离子电池工作原理 资料来源钠离子电池阻燃电解液研究（喻妍），光大证券研究所整理 宁德时代布局钠离子电池，钠电产业化未来可期。宁德时代在 2021 年发布 第一代钠离子电池后，致力于推进钠离子电池在 2023 年形成基本产业链。22 年 7 月 30 日中科海钠首条钠离子生产线落成，一期产能 1GWh，预计 2022 年 底实现钠电池产能 2GWh。龙头企业加速钠电产业化布局，未来钠电产业链有望 加速发展。已知钠在地壳中丰度远远高于锂（锂在地壳中丰度为 0.0065，钠 在地壳中丰度为 2.74），且地域分布上钠分布更为广泛易得（地域分布上 73 的锂资源集中在南美洲，而钠资源呈现广泛分布）。随着市场对锂电需求进一步 扩大，原材料碳酸锂盐价格持续上涨，截至 2022 年 11 月 7 日，碳酸锂价格涨 至 57.9 万元/吨。由于锂电池成本大幅上升给产业链带来较大压力，钠离子电池 凭借天然的成本优势有望在未来成为锂电池的补充。 图 2地壳元素丰度对比 图 3锂资源分布图 资料来源Webelements, 光大证券研究所整理 资料来源高效率高安全钠离子电池研究及失效分析（周权），光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告 基础化工 图 4金属钠价格走势（元/吨） 图 5金属锂和碳酸锂价格走势（万元/吨） 资料来源ifind，光大证券研究所整理 数据截至 2022.11.07 资料来源ifind，光大证券研究所整理 数据截至 2022.11.07 钠电成本下降空间大，生产工艺类同锂电有望快速发展。钠离子电池工作原 理及电池结构与锂离子电池相似，且钠电和锂电的电池工艺也较为接近，前期研 产投入比较小，多个制造环节技术相似，如三元锂电池和钠电的层状氧化物正极 材料均为烧结工艺，生产线之间转换成本低，国内多家锂电龙头已加码布局钠电。 全球锂离子电池发展数十余年，行业技术较为成熟，可为钠电发展保驾护航。 图 6锂离子电池和钠离子电池成本对比 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 1.2、 钠离子电池成本低、充电倍率高、低温性能和安全 性能良好 锂电、钠电的材料有所区别，钠电降本空间大。钠离子电池主要由正极、负 极、电解液、隔膜等构成。正极（负极）包含活性物质、导电剂、粘结剂等，均 匀涂布在集流体上。其中，钠离子电池的正负极材料以及集流体的降本空间较大， 而电解液、隔膜则与锂离子电池相似，有一定的成本压降空间。 敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告 基础化工 钠离子电池正负极的材料成本相较于锂电更低。正极方面，传统锂电行业的 正极材料通常为三元锂盐和磷酸铁锂，钠离子电池的正极除了层状金属氧化物和 聚阴离子化合物路线外，还增加了普鲁士蓝类化合物路线，其中层状金属氧化物 是最为主流的正极材料；钠离子的电池负极材料则多以硬碳、软碳为主，硬碳在 钠离子负极材料中占据主要地位。硬碳层间微孔较多，石墨化难度较高，也具有 可逆容量较高、低电压等优势，商业化可实现度大。另外，中科海钠创新性地使 用无烟煤作为负极前驱体替代石墨，进一步降低生产成本。 钠离子电池中电解液、隔膜、集流体等关键辅材的成本也更低。电解液方面， 由于钠电的电解液构成和锂电较为相似，溶质有所不同，由钠盐代替锂盐，浓度 也有所降低，有成本压降空间。隔膜方面，钠离子电池可以沿用传统锂离子电池 隔膜，更换成本较低。另外，钠电适配的玻纤隔膜的价格更加低廉。集流体方面， 锂离子电池中的负极集流体必须使用价格更高的铜箔。而在钠离子电池中，由于 在集流体部分钠离子并不会和铝发生合金反应，因此可以用价格更为低廉的铝箔 替换铜箔，同时铝箔由于不易在低电压氧化，因此可以实现 0V 运输，降低电池 运输的安全风险。同时钠离子电池支持双极结构，节约连接成本。 表 1钠离子和锂离子电池构成对比 钠离子电池 锂离子电池 材料 成本测算 材料 成本测算 正极 材料 普鲁士蓝（白）类 过渡层状金属氧化物 聚阴离子化合物 普鲁士蓝1.8万元/吨 铜铁锰层状氧化物3万 元/吨 三元体系锂盐、磷酸 铁锂 磷酸铁锂15.5万元/吨 负极 材料 无定形碳材料如硬碳， 软碳，复合碳 2.5 万元/吨 石墨 5.3 万元/吨 电解 液 六氟磷酸钠 电解液5.0 万元/吨 锂盐（六氟磷酸锂） 电解液7 万元/吨 隔膜 常用隔膜主要为 PP、PE、PP/PE以及 PP/PE/PP 隔膜、陶瓷隔膜、涂胶隔膜等。预计价格在1 元/平方。 干法工艺5元/平米 集流 体 正负极均可使用铝箔 铝箔3.8万元/吨 正极铝箔 负极铜箔 铜箔9.3万元/吨 资料来源ifind, 室温钠离子电池技术经济性分析方铮等，光大证券研究所整理 钠离子电池充电倍率高于锂离子电池，具有宽工作温度的优势。钠离子电池 展示出比锂离子电池更好的低温充电性能。根据高效率高安全钠离子电池研究 及失效分析（周权），钠离子电池高温放电（55C 和 80C）容量超过额定容 量100，低温-40C放电容量超过70额定容量，且可实现在低温-20C下0.1C 充放电，其充放电效率接近 100。在高功率方面，钠离子电池同样具备优势， 实验室层面目前已经实现钠离子电池在 5C10C 倍率下的快速持续充电以及 10C15C 倍率下的快速持续放电，并达到 2051W/L 的超高功率密度。钠离子电 池可满足-40C0C 的工作温度范围，且 5C/5C 循环寿命超过 2500 周，超过了 商业化同等规格型号的磷酸铁锂电池的循环及倍率性能。根据宁德时代提供的数 据，钠离子电池能够在 15min 内充电至 80，而中科海纳制造的钠离子电池则 能够在 12min 内充电至 90，其充电速度远远优于锂离子电池在 30min 充电 80的速度。 表 2钠离子电池和锂离子电池性能对比 锂离子电池 钠离子电池 质量能力密度 120180Wh/kg 100150Wh/kg 体积能力密度 200350Wh/L 180280Wh/L 循环寿命 5000 次左右 2000 次左右 平均工作电压 3.2V 3.2V -20C容量保持率 低于70 88以上 耐过敏电 差 可放电至0V 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告 基础化工 安全性 优 优 环保特性 优 优 数据来源钠离子电池从基础研究到工程化探索（荣晓辉等），光大证券研究所整理 钠离子电池安全性能高，循环寿命和能力密度低等缺陷有待改进。从安全性 角度分析，由于钠离子电池选用的正极材料钠盐和负极材料碳类均展示出较强的 稳定性，使得钠离子嵌入脱出时不会发生反应，同时能避免产生枝晶。在安全性 测试（加热，过充、短路、跌落、针刺、海水浸泡等）中，钠离子电池能做到不 起火爆炸，展示出良好的安全性能。钠离子电池目前存在的短板在于循环寿命较 短，相较于磷酸铁锂电池超 5000 次循环寿命，钠离子电池目前整体的循环寿命 在 2000 次左右。另外钠离子电池能量密度较低，磷酸铁锂电池能量密度为 120180Wh/kg，钠离子电池能量密度仅为 100150Wh/kg。近期同兴环保联合 中国科学技术大学签署合作协议，双方共同建立“中国科大-同兴环保储能电池 材料及器件联合实验室”，面向高性能钠离子电池储能系统开发，计划两年内提 升钠离子电池循环寿命至 5000 次以上。宁德时代第二代钠离子电池能量密度有 望追赶上磷酸铁锂电池，达到 200Wh/kg。 提高钠离子电池的能量密度有望进一步降本。低能量密度的电池需要消耗更 多的辅材和制造成本，从而会增加电池每瓦时的价格，因此提高钠离子电池的能 量密度能够在一定程度上提升其成本优势。根据钠离子电池机遇与挑战（曹 余良），只有当钠离子电池的能量密度达到 120Wh/kg 时，其成本才能与 110Ah 的磷酸铁锂电池的电芯相当。 图 7不同能量密度的钠离子电池预估成本图 资料来源钠离子电池机遇与挑战（ 曹余良），光大证券研究所整理 注红色虚线为 110Ah 的磷酸铁锂电池电芯成本 1.3、 钠离子电池应用场景广泛，储能、低速电动车等行 业多点开花 储能、船舶、电动车需求加码，钠电应用场景广阔。中国已明确“双碳”目 标，并推出能源、制造业等各行各业行动意见。未来风力发电、光伏发电的占比 将大幅提升，2021 年，我国风电、光伏发电量约占全社会用电量的 11％。根据 发改委预测，到 2050 年，仅光伏发电就将占到全社会用电量的约 39％。随着风 电、水电、光电的占比不断增加，发电量受季节等影响加大，而储能系统通过充 放电对发电端的输出进行调节，平滑发电曲线。中国能源研究会储能专委会等发 布的数据显示，中国及全球储能尤其新型储能保持高速增长态势。2021 年，全 球新增投运电力储能项目装机规模 18.3GW，同比增长 185％。EVTank 预测钠 敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告 基础化工 离子电池将在 2025 年之后实现产业化发展，乐观情况下，预计 2026 年在中国 市场空间可达到 369.5GWh，其理论市场规模或将达到 1500 亿元。 图 8钠离子电池的应用场景 图 9钠离子电池应用于大规模储能的必要技术特征示意图 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 钠离子电池性能、成本等优势显著，在储能领域的应用前景广阔。储能技术 分为电气式储能、机械式储能、电化学储能以及热能式储能。电化学的项目数量 居首，其中占比最大的又是锂离子电池。钠离子电池作为最接近锂离子电池的电 化学储能技术，凭借其低温的稳定性能以及安全性，可作为锂离子电池在大规模 储能领域的重要补充技术，有望得到广泛应用。 与此同时，钠离子电池的全生命周期度电成本远低于锂离子电池，优势明显。 一方面，随着锂离子电池上游原材料价格高企和成本传导，钠离子低廉的材料成 本为其起量创造了巨大空间。另一方面，在储能系统总的投资成本中，除材料成 本等初始投资成本以外，循环寿命也是影响储能度电成本的关键因素。根据中科 海纳官网，当初始容量投资在 500-700 元/kWh、循环次数在 6000 次时，钠离 子电池储能系统度电成本可实现0.217-0.285元/kWh；当循环次数在8000次时， 该成本可下探至 0.2 元/kWh 以内。若钠离子电池能够进一步改进电池结构和工 艺，提高其循环寿命，则可进一步降低储能电站的度电成本，以满足大规模储能 商业化应用的要求。 图 10全球储能技术项目数量（单位项） 图 11单位容量成本和循环次数对储能度电成本的影响 资料来源储能技术发展现状及应用前景分析（吴皓文等）,2020 年，光大证券研究所 整理 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -11- 证券研究报告 基础化工 表 34 种电化学储能形式的全生命周期度电成本 项目 铅蓄电池 磷酸铁锂 三元锂电池 钠离子电池 计及电力损耗时的度电成本（元） 0.9501.234 0.7390.873 1.0701.290 0.5120.590 不计电力损耗时的度电成本（弃风弃光消纳）（元） 0.8501.130 0.7000.834 1.4041.260 0.4650.543 不计电力损耗且折现率为0 时的度电成本（元） 0.629-0.806 0.469-0.543 0.820-0.980 0.3200.366 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 政策加码，储能市场大有可为。8 月 25 日，工信部公开征求对关于推动 能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿）的意见。征求意见稿要求， 加强新型储能电池产业化技术攻关，研究突破超长寿命高安全性电池体系、大规 模大容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子 电池、氢储能/燃料电池等新型电池。随着技术的突破和产业链不断完善，钠离 子电池的成长潜力巨大，有望在储能领域大放异彩。 表 42022 年以来我国在储能领域与钠离子电池相关的政策 日期 政策名称 来源 具体内容 2022 年3月 十四五新型储能发展实施方案 国家发展改革委、国家能源局 推动多元化技术开发。开展钠离子电池、新型锂离子电池、铅炭电池、液流电池、压 缩空气、氢（氨）储能、热（冷）储能等关键核心技术、装备和集成优化设计研究， 集中攻关超导、超级电容等储能技术。 2022 年6月 “十四五”可再生能源发展规划 国家发展改革委、国家能源局等9部门 加强可再生能源前沿技术和核心技术装备攻关。重点开展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。加快 大容量、高密度、高安全、低成本新型储能装置研制。 2022 年8月 关于推动能源电子产业发展的指导意见（征求意见稿） 工信部 加强新型储能电池产业化技术攻关，研究突破超长寿命高安全性电池体系、大规模大 容量高效储能、交通工具移动储能等关键技术，加快研发固态电池、钠离子电池、氢 储能/燃料电池等新型电池。在钠离子电池方面，聚焦电池低成本和高安全性，加强 硬碳负极材料等正负极材料、电解液等主材和相关辅材的研究，开发高效模块化系统 集成技术，加快钠离子电池技术突破和规模化 资料来源工信部，国家发展改革委，光大证券研究所整理 钠离子电池也可广泛运用于低速电动车市场、电动船舶市场中。低速电动汽 车的主要类型有电动高尔夫球车、电动个人多功能车、电动低速越野车和电动低 速重型车辆。根据全球低速车市场 2022（GGII 发布）预测，到 2026 年， 低速电动车市场预计将达到 82 亿美元，2022-2026 年年复合增长率为 12.0。 据国际市场研究公司 Research and Markets 发布的20152024 全球电动船 舶、小型潜艇及自动水下船舶的市场报告预测，到 2024 年全球电动船舶市场 的规模将达到 73 亿美元，市场前景相当可观。 钠离子电池在低速车领域有逐步替代铅酸电池、与锂电池互补的趋势。目前 传统的电动两轮车等低速车领域大部分均使用铅酸电池，但由于废旧铅酸电池含 铅及铅酸液等物质，对环境污染严重，循环寿命远低于锂电和钠电，且铅酸电池 重量相对较大，工信部于 2018 年修订的电动自行车安全技术规范 （GB17761-2018）中，对电动两轮车的整车重量、续航里程、连续输出功率 都做出了规定，两轮电动车的整车质量不得高于 55kg。因此，在我国电动两轮 车不断发展的当下，钠电作为锂电的重要补充技术有望逐步替代低速电车领域的 铅酸电池。 敬请参阅最后一页特别声明 -12- 证券研究报告 基础化工 图 12中国电动两轮车销量 资料来源 2022 年中国两轮电动车行业白皮书，艾瑞咨询，光大证券研究所整理 2、 正极材料各有所长，层状过渡金属氧化 物路线最为成熟 钠离子电池的电化学性能主要取决于电极材料的结构和性能，通常认为，正 极材料的性能如比容量、电压和循环性是影响钠离子电池的能量密度、安全性 以及循环寿命的关键因素。目前研究的钠离子电池正极材料，主要是过渡金属氧 化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子化合物等。 2.1、 钠离子电池正极成本显著低于锂电池正极，部分 生产工艺设备与锂电重合 钠和锂有相似的物理化学特性，因此钠离子电池的结构、原理与锂离子电池 基本相同。目前钠离子电池的单位能量原料成本（0.29 元/Wh）显著低于锂离子 电池单位能量原料成本（0.43 元/Wh），因而更适用于低成本的规模储能领域。 钠电正极材料的生产工艺设备与三元锂电正极材料产线有一定重合，在设计时针 对个别工序考虑一定的冗余厂房空间和设备，即可根据市场需求将三元锂电材料 产能灵活切换为钠离子电池正极材料的产能。 表 5钠离子电池与铅酸、锂离子电池性能比较 电池类型 质量能量密度 （Wh/kg） 单位能量原料成本 （元/Wh） 循环寿命 （次） 耐过放电性 铅酸电池 30-50 0.4 300-500 差 锂离子电池 120-180 0.43 3000 差 钠离子电池 100-150 0.29 2000 可放至 0V 资料来源钠离子电池正极材料研究进展（游济远等），光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -13- 证券研究报告 基础化工 表 6三种主要钠离子电池正极材料比较 正极材料 过渡金属氧化物 普鲁士蓝类化合物 聚阴离子类化合物 分类 层状氧化物和隧道型氧化物 过渡金属修饰的类似物 橄榄石型、NASICON等 优点 相对成熟，已实现量产 成本很低 更稳定的电化学性能 低成本、工艺简单 较高的电压和可逆容量 工作电压高 可以适用锂电池生产线 能量密度高 使用寿命长 缺点 结构稳定性差 氰化物原料剧毒 造价偏高 循环次数低 循环不稳定 能量密度低 循环 稳定性 约 2000次 约 2000次 约 20000 次 资料来源钠离子电池正极材料研究进展（游济远等），光大证券研究所整理 2.2、 过渡金属氧化物层状氧化物技术相对成熟，循环 性能有待提高 过渡金属氧化物结构式为 NaxMeO2，其中 Me 为过渡金属，包括 Mn、Fe、 Ni、Co、V、Cu、Cr 等元素中的一种或几种。过渡金属氧化物可分为隧道型氧 化物和层状氧化物。当钠含量较高时，一般以层状结构为主，主要由 MeO6八面 体组成共边的片层堆垛而成，钠离子位于层间，形成交替排布的层状结构。而当 氧化物中钠含量较低时，主要以三维隧道结构的氧化物为主，隧道型氧化物具有 独特的 S 型和五角形隧道。 图 13不同钠离子电池正极材料实际容量与电压图 图 14钠离子正极简介 资料来源Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries（ FANG Yong-Jin 等），光大证券研究所整理 资料来源中科海钠官网，光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -14- 证券研究报告 基础化工 图 15层状过渡金属氧化物正极相变过程 图 16隧道型过渡金属氧化物示意图 资料来源Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries（ FANG Yong-Jin 等），光大证券研究所整理 资料来源Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries（ FANG Yong-Jin 等），光大证券研究所整理 层状过渡金属氧化物技术相对成熟，已实现量产，但循环性能有待提高。中 科海纳的钠铜铁锰氧化物即采用了层状过渡金属氧化物技术，现已实现 145Wh/kg 能量密度，是铅酸电池的三倍左右。但是，层状氧化物的电化学性能 由相结构的特点所决定，而相结构又与原始态的钠含量、层的稳定性、钠原子周 围的环境等因素相关。同时由于钠离子半径较大，在电化学过程中伴随着一系列 相结构转变的发生，相结构转变一方面存在能垒，影响离子在体相的扩散；另一 方面复合的相变过程存在较大的结构变化，造成循环过程结构的瓦解，影响循环 性能。 隧道型氧化物结构稳定，循环性能较好。隧道结构的氧化物由于存在 Mn-O 八面体的相互支撑，分子结构从平面的层状结构转为立体的隧道结构，大大提高 了材料的循环稳定性。钠离子在嵌入脱出过程中，材料结构仍然能够保持相对稳 定。然而，这种材料初始钠含量过低，造成可逆容量较低，同时还存在材料首周 充电容量较低的问题，目前该技术多还处在研究阶段。 表 7代表性层状及隧道状氧化物的性能 比容量/可逆容量 平均工作电压 与硬碳组成全电池的实际能量密度 性能 三维隧道（Na0.44MnO2） 比容量 120 mAh/g 2.8 V 106 Wh/kg， 在空气中结构稳定、热稳定性好，且易于合成，是一种非常理想 的储钠正极材料。然而该材料属于半充电态，存在首周充电比容 量低的问题，可通过材料改进或预活化方式改进 P2层状（Na0.67MO2） 比容量 100 mAh/g 3.4 V 114 Wh/kg 具有较宽的层间距，钠离子在层间穿梭时结构变化小，长循环过程中结构稳定性好，容量保持率高 O3型层状材NaMO2 可逆容量140 mAh/g 2.9 V 123 Wh/kg， O3型层状材料的循环稳定性不佳，仍需要进一步改善，现常通过Mg、Ti等元素掺杂来提升其循环稳定性 资料来源钠离子电池机遇与挑战（ 曹余良），光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -15- 证券研究报告 基础化工 图 17铜基富钠层状氧化物的合成方法及所需原料 资料来源一种铜基富钠氧化物材料及其制备方法和用途（中科院物理所），光大证券研究所整理并绘制 2.3、 普鲁士蓝类化合物成本低廉发展空间广阔，但结 晶水问题是产业化难点 与无机金属化合物和聚阴离子化合物相比，有机材料在结构多样性、成本、 灵活性、安全性和可回收等方面有着不可替代的优势。其中普鲁士蓝类化合物 PBAs具有较大的金属离子通道,可实现 Na的快速嵌脱而不发生晶格畸变，同 时其成本低且毒性小，又可在室温下合成，因而被广泛研究。 普鲁士蓝类化合物具有三维通道结构，具有较高的电压和可逆容 （155mAh/g），分子式 NaxMa[MbCN6]Ma 为 Fe、Mn 或 Ni 等元素，Mb 为 Fe 或 Mn，并且成本较低，前驱体价格低廉、简单易制，具有潜在的应用前景。 但是原料中包含氰化物氰化钠等，有剧毒，基于环保和安全考量，目前我国对 氰化物相关的生产和销售管制严格，国内具备氰化物生产资质企业有限。 敬请参阅最后一页特别声明 -16- 证券研究报告 基础化工 图 18一种普鲁士蓝类化合物的结构和充放电曲线 资料来源Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries（ FANG Yong-Jin 等），光大证券研究所 整理 但是，普鲁士蓝类化合物中的结晶水会对分子结构造成影响，这也是该材料 产业化的壁垒所在。普鲁士蓝类化合物的制备方法主要包括共沉淀法、梯度取代 共沉淀法和单一热源法。沉淀法制备普鲁士蓝通常在水溶液中合成，在最终样品 中会存在微量的晶格水。这些晶格水在充放电过程中可能会脱出，与电解液中的 钠盐反应产生 HF，从而腐蚀材料，影响材料的电化学性能。 宁德时代最新专利可将 Na2MnFeCN6 正极活性材料层的水含量控制在一 定范围内，可以避免结晶水对于充放电和晶格结构的影响，使普鲁士蓝类正极材 料电池兼具良好的充放电性能和循环性能。同时，通过选用不同的过渡金属离子， 如 Ni2、Cu2、Fe2、Mn2、Co2等，可以获得丰富的结构体系，表现出不同的 储钠性能。 另外，普鲁士蓝类化合物也有倍率性能差、循环不稳定、库伦效率低≤90 等问题。主要原因是化合物结构中的空位会导致电化学性能降低、结构退化，且 H2O 会与电解质发生副反应。武汉大学最新文献Recent Developments in Cathode Materials for Na Ion Batteries报道普鲁士蓝类化合物正极材料循环 750 周，容量保持率为 80，仍有较大的提升空间，且材料高温受热易分解， 存在一定的安全隐患。 图 19结晶水对普鲁士蓝类化合物结构的影响 资料来源钠离子电池正极材料研究进展（游济远等），光大证券研究所整理 敬请参阅最后一页特别声明 -17- 证券研究报告 基础化工 2.4、 聚阴离子类化合物更好的循环性能与安全性能， 成本降低后未来可期 聚阴离子类化合物具有多面体框架，框架十分稳固，可以获得更高的循环性 与安全性。同时多面体还可以产生诱导效应，提升充放电的电压。表达式为 NaxMy[XOmn-]z M为可变价态的金属离子，X 为 P、S、V、Si等元素），聚 阴离子类化合物也较普鲁士蓝类化合物和过渡金属氧化物使用寿命长。 表 8常见的聚阴离子类正极材料和循环性能 结构 代表物质 工作电压（V） 首次放电比容量（mAh/g） 循环