钠离子电池专题之三：铜基和镍基层状氧化物金属原材料需求拆解-东方财富证券.pdf

[Table_Title] 电气设备行业专题研究 钠离子电池专题之 三 ：铜基和镍基层状 氧化物 金属 原材料 需求 拆解 2022 年 11 月 04 日 [Table_Summary] 【 投资要点 】 ◆ 铜铁锰酸钠和铁镍锰酸钠是目前相对成熟的层状氧化物正极材料。 离 子电池中， Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cr、 Cu 和 Ti 等元素均具有电化学活性 且表现出多种性质，因此钠离子电池层状氧化物种类较为多样。中科 海钠团队合成的铜铁锰酸钠 Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2和浙江钠创合成的 铁镍锰酸钠 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2 是目前相对较为成熟的层状氧化物正 极材料。铜铁锰酸钠主要是 以 Na2CO3 为钠源，与 CuO、 Fe2O3 和 Mn2O3 混合，用固相法制备 。铁镍锰酸钠，则是以 NiSO4.6H2O， FeSO4.7H2O， MnSO4.H2O 和 Na2CO3为原料，通过共沉淀 +烧结两步结合的方式制备。 ◆ 铁镍锰酸钠和铜铁锰酸钠相比， Fe 单耗 相当， Ni 和 Cu 相互替代但单 耗接近 ， Mn 消耗量则降低 35%左右。 铜铁锰酸钠中单 GWh 电芯 中 Na、 Cu、 Fe 和 Mn 金属消耗量 分别为 525.8、 354.9、 426.7 和 670.6 吨， 对应至金属盐 Na2CO3、 CuO、 Fe2O3 和 Mn2O3 的消耗量分别为 1211.7、 444.3、 609.6 和 963.2 吨。铁镍锰酸钠中单 GWh 电芯 中 Na、 Ni、 Fe 和 Mn 金属消耗量 分别为 549.7、 467.7、 438.2 吨，对应的 Na2CO3、 NiSO4.6H2O、 FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 的消耗量分别为 1266.8、 2094.3、 2206.7 和 1346.6 吨。 ◆ 层状氧化物正极单吨金属盐成本不足 3.5 万，较磷酸铁锂和三元正极 优势十分显著。 以各金属盐当前市场价格计算， 铜铁锰酸钠单 KWh 电 芯对应金属盐成本 60 元上下 ，其中 CuO 是主要原材料成本。 铁镍锰 酸钠单 KWh 电芯对应金属盐成本 90 元上下，硫酸镍是主要成本。 由 于锂盐成本高企， NCM622 和 LiFePO4的 当前的 单 KWh 电芯对应的金属 盐成本分别 达到 535.8 元和 307.8 元。单吨铜铁锰酸钠、铁镍锰酸钠、 磷酸铁锂和 NCM622对应的金属盐原材料成本分别为 2.0万元 /吨， 3.3 万元 /吨， 13.7 万元 /吨和 27.8 万元 /吨。 总体而言， 锂电池和钠电池 单 KWh 电芯或 单吨正极材料的原材料成本 差异巨大，钠电正极 材料 成 本优势显著。 【配置建议】 ◆ 钠离子电池 应用空间广阔，相较于磷酸铁锂电池，钠电池 正极原材料 成本优势显著 ， 未来预计 在储能、低速交通领域与锂电形成补充。 谨 慎看好维科技术、振华新材、传艺科技，建议关注华阳股份。 【风险提示】 ◆ 钠离子电池产业化进程 、 需求 和降本 不及预期 ； 金属盐价格波动的风 险 ； 企业 金属盐实际 采购价格 和 单耗与 本文的 推算 值存在差异的风险 [Table_Rank] 强于大市 （维持） [Table_Author] 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号： S1160521050001 联系人：程文祥 电话： 18502186287 [Table_PicQuote] 相对指数表现 [Table_Report] 相关研究 《钠离子电池环节概述：产业化加 速，有望成为锂电的有效补充》 2022.10.17 《 9 月新能车销量大增，行业景气度 向上》 2022.10.12 《钠离子电池正极材料：新势力一马 当先，锂电厂商伺机而动》 2022.10.12 -41.12% -32.11% -23.11% -14.11% -5.10% 3.90% 11/3 1/3 3/3 5/3 7/3 9/3 11/3 电气设备 沪深 300 [Table_Title1] 行 业 研 究 / 电 气 设 备 / 证 券 研 究 报 告 挖掘价值 投资成长 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 2 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 正文目录 1.层状金属氧化物分类和制备：种类和合成方法多样 3 1.1.层状氧化物分类：数十种活性金属元素，结构和种类繁多 3 1.2.合成方法：固相法和液相法各有优劣 5 2.铜和镍基层状氧化物单耗 :锰单耗差异，铁单耗相当 6 2.1.铜铁锰酸钠：锰元素单耗显著高于三元材料 6 2.2.铁镍锰酸钠：引入镍元素，能量密度较铜基提升 8 3.铜基 和镍基层状氧化物成本：单吨原料成本优势明显 9 3.1.层状氧化物金属盐原材料成本：镍基成本高于铜基 9 3.2.钠离子和锂电正极对比：钠盐价格低廉，成本占比低 11 4.投资建议：华阳股份，维科技术，传艺科技，振华新材 14 4.1.华阳股份：无烟煤龙头企业，与中科海钠深度合作 14 4.2.维科技术：绑定钠创新能源，大力布局钠离子电池 14 4.3.传艺科技：一期钠电产能加码，钠电池测试性能优越 15 4.4.振华新材：产线可兼容，技术可迁移，钠电布局可期 15 5.风险提示 16 图表目录 图表 1：钠离子电池中常见的具有电化学活性的金属元素 3 图表 2：钠离子电池层状金属氧化物晶体结构 3 图表 3：钠离子电池充放电原理 4 图表 4：常见的钠离子电池层 状氧化物正极材料 4 图表 5：正极材料常见的合成方法 5 图表 6：铜锰铁酸钠单 GWh 电芯正极材料消耗量的计算 6 图表 7：铜铁锰酸钠中的金属元素单 GWh 电芯消耗量 6 图表 8：三元正极材料中锰和锂金属的单 GWh 电芯的消耗量 7 图表 9：铜锰铁酸钠的金属盐单耗计算 7 图表 10：铁镍锰酸钠单 GWh 电芯正极材料消耗量的计算 8 图表 11：铁镍锰酸钠中的金属元素单耗的计算 8 图表 12：三元正极材料中的镍和锰单耗 8 图表 13：铁镍锰酸钠液相法工艺下的金属盐单耗的计算 9 图表 14：铁镍锰酸钠固相法工艺下的金属盐单耗的计算 9 图表 15：铜锰铁酸钠单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 10 图表 16：铁镍锰酸钠液相法工艺下单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 10 图表 17：铁镍锰酸钠固相法工艺下单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 10 图表 18：铁镍锰酸钠和铜铁锰酸钠金属盐单耗成本结构对比 11 图表 19： NCM622 单 KWh 电芯对应的金属盐成本 . 12 图表 20：磷酸铁锂单 KWh 电芯对应的金属盐成本 12 图表 21：钠离子电池正极和锂电正极金属盐单耗成本对比 12 图表 22：单吨正极材料金属盐原材料成本 13 图表 23：单 GWh 电芯的正极材料消耗量 14 图表 24：行业重点关注公司 16 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 3 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 1.层状 金属 氧化物 分类 和 制备 ： 种类 和 合成 方法 多样 1.1.层状氧化物 分类 ： 数十种活性金属元素，结构和种类繁多 钠离子层状氧化物中具有电化学活性的金属元素多达数十种。 层状金属氧 化物材料的表达式为 NaxMO2(M 为过渡金属元素 )。 在锂离子电池中目前仅发现 Mn、 Co 和 Ni 三种金属组成的锂层状氧化物可以实现可逆充放电 ，所以目前商 业应用的锂电正极材料包括钴酸锂 (LiCoO2)， NCM811,NCM622、 NCM523 和锰酸锂 (LiMn2O4)等 。而在钠离子电池中，具有活性的层状氧化物种类较多， Fe、 Co、 Ni、 Mn、 Cr、 Cu 和 Ti 等元素均具有电化学活性且表现出多种性质。 图表 1： 钠离子电池中常见的具有电化学活性的金属元素 资料来源： 《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 氧原子是层状氧化物晶体结构的骨架。 如图 2 所示， 在钠离子的层状金属 氧化物中，通常过渡金属元素与周围的六个氧形成的 MO6多面体层与 NaO6碱金 属层交替排布的层状结构。所以，氧原子在层状氧化物的晶体结构中主要承担 着晶格骨架的作用。 图表 2： 钠离子电池层状金属氧化物晶体结构 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 4 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 资料来源： 《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 过渡族金属因为可以实现价态的变化，主要是提供电荷补偿。 如图 3 所示， 在实际的放电过程中， Na+离子从负极脱出，经由电解液穿过隔膜嵌入正极材料 中，使得正极恢复至富钠态。为保持电荷平衡，外电路会有相同的电子进行传 递，对应的过渡族金属会得到电子，并发生价态的变化 ，充电的过程则与之相 反。 图表 3： 钠离子电池充放电原理 资料来源： 《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 根据晶体结构的差异， 常见的层状氧化物包括 P2 和 O3 型两类。 P2 和 O3 根据过渡族金属元素的组成又可以分为一元材料和多元材料。 其中 O3 型多元材 料种类目前在学术界和产业界研究最为充分，典型如中科院物理所胡勇胜团队 设计合成的 O3-Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2，和浙江钠创新能源有限公司合成的 O3-Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2。 图表 4： 常见的钠离子电池层状氧化物正极材料 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 5 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 晶体结构分类 元素种类 层状氧化物化学式 P2 型 一元材料 NaxCoO2 Na0.7CoO1.96 Na0.6MnO2 Na0.7VO2 多元材料 Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2 Na2/3[Mn1/3Co2/3]O2 Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 Na2/3[Cu1/3Mn2/3]O2 Na2/3[Ni1/3Ti2/3]O2 O3 型 一元材料 NaCoO1.96 NaCrO1.96 NaMnO2 NaFeO2 NaNiO2 多元材料 Na2/3[Ni0.6Co0.4]O2 Na[Ni0.5Fe0.5]O2 Na[Ni0.5Ti0.5]O2 Na[Fe0.5Co0.5]O2 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2 Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2 Na[Ni0.12Cu0.12Mg0.12Fe0.12Mn0.10Ti0.1Sn0.1Sb0.04]O2 资料来源： 《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 1.2.合成方法 ： 固相法和液相法各有优劣 固相反应法 流程简单，是正极材料最常用的合成方法 。 该方法具有操作简 单、易于控制 、工艺流程短和易工业化生产等优点。固相法中离子扩散的速度 极其均匀性对产物的质量有非常重要的影响，因此经常通过降低粉末粒径、提 高粉末混合均匀性和适当提高烧结温度等多重方法来加快离子扩散速度。固相 法的主要劣势就在于得到的样品不能完全达到原子级别的均匀程度。 如胡勇胜团队就是以 Na2CO3为钠源，与 CuO、 Fe2O3和 Mn2O3混合，用固相法 制备 O3-Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2。其大致过程是，首先将各种原材料按照摩尔比 称量，然后通过研磨混合均匀，期间可以加入一些分散剂增加混合程度。然后， 将粉末在 900OC 空气气氛中烧结十余小时，自然冷却后即可得到目标材料。 图表 5： 正极材料常见的合成方法 合成方法 优点 缺点 固相反应法 操作简单、易于控制、工艺流程短、成本较低、易工业化生产等 煅烧时间久、能耗较大、效率低、样品均匀性差和性能略差 共沉淀法 各元素混合均匀，形貌一般较好，易生产放大 需要控制的条件多，成本较高，需要处理废水 溶胶 -凝胶法 前驱体混合均匀，可降低煅烧温度和时间，降低生产成本，样品一致性较好、纯度高 惰性气氛下易残留原位碳 喷雾干燥法 干燥过程迅速，前驱体形貌可控 设备一般较复杂，热消耗较大 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 6 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 水热 /溶剂热法 合成温度低、反应迅速、能耗少 反应条件不易控制、结晶性较差、产率低 微波合成法 烧结时间短 形貌一般较难控制 资料来源： 《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 共沉淀法 通过溶液内的反应 可以实现原子级别的混合 。 共沉淀法也分为两 种， 其中第一种是一步沉淀法，即向原料溶液中添加适当的共沉淀剂，使溶 液中已经混合均匀的各离子按照化学计量比共同沉淀出来，抽滤干燥后即可得 到所需的样品。第二种是先通过沉淀法获得前驱体， 再 通过煅烧分解结晶得到 最终产物。共沉淀法优势在于其制备的前驱体颗粒尺寸形貌可控，颗粒的均匀 性可以得到有效的保证，可以实现原子级别的混合程度。 上海交大的马紫峰教授就是用共沉淀法制备了 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2。其主要 步骤如下：先将 NiSO4.6H2O， FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 按照计量比混合，然后在 溶液中加入 NaOH，之后将沉淀所得的 [Ni1/3Fe1/3Mn1/3](OH)2沉淀过滤；然后，将 干燥后的 [Ni1/3Fe1/3Mn1/3](OH)2 前驱体与 Na2CO3混合，在 850OC 空气中烧结制得 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2。 如表 5 所示，正极材料其他的合成方法还包括溶胶 -凝胶法，喷雾干燥法， 水热 /溶剂法和微波合成法等。 2.铜和镍基 层状氧化物 单耗 :锰单耗差异，铁单耗相当 2.1.铜铁锰酸钠 ： 锰元素单耗显著高于三元 材料 单 GWh 电芯的铜铁锰氧化物正极材料的消耗量为 2758.6 吨。 中科海钠 铜 铁锰酸钠 +软碳技术路线的电芯能量密度在 145wh/kg 上下，对该能量密度数值 取倒数并变换单位，即可得到单 GWh 电芯的质量为 6896.6 吨左右。合理假设 正极材料质量占电芯总体质量的比例为 40%， 所以单 GWh 电芯的铜铁锰氧化物 正极材料的消耗量为 2758.6 吨。 图表 6： 铜锰铁酸钠单 GWh 电芯 正极材料 消耗量的计算 能量密度 (wh/kg) 正极占电芯质量百分比 单 GWh 电芯质量 /吨 单 GWh 电芯正极单耗 /吨 铜锰铁酸钠 Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2 145 40% 6896.6 2758.6 资料来源： Choice，中科海钠官网 ， 东方财富证券研究所 风险提示：正极占电芯的质量百分比是 根据锂电池经验给定的 假设值， 钠离子电池 电芯 中 实际数据可能会有差异 铜铁锰酸钠中单 GWh 电芯金属消耗量在 350-700 吨之间。 根据铜铁锰酸钠 的化学式 Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2，一个铜铁锰酸钠分子中有 0.9 个 Na， 0.22 个 Cu， 0.30 个 Fe 和 0.48 个 Mn，再结合铜铁锰酸钠的分子量 108.6，可以算得铜 锰铁酸钠中 Na,Cu,Fe和 Mn在铜铁锰酸钠中的质量百分比分别为 19.1%， 12.9%， 15.5%和 24.3%。再根据前文铜锰铁酸钠的单 GWh 电芯的消耗量，进一步计算得 到对应的单 GWh 电芯的金属元素单耗。结果显示，单 GWh 铜铁锰酸钠 +软碳的 电芯对应 Na、 Cu、 Fe 和 Mn 的用量分别为 525.8,354.9， 426.7 和 670.6 吨。 图表 7： 铜铁锰酸钠中的金属元素单 GWh 电芯消 耗 量 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 7 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 金属元素 原子个数 金属 在层状氧化物中质量百分比 % 金属单耗 (吨 /GWh) Na 0.90 19.1% 525.8 Cu 0.22 12.9% 354.9 Fe 0.30 15.5% 426.7 Mn 0.48 24.3% 670.6 资料来源： Choice，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，钠电池中实际金属单耗可能会有差异 图表 8： 三元正极材料中锰和锂金属的单 GWh 电芯 的 消耗量 三元正极 锂 单耗 (吨 /GWh) 锰 单耗 (吨 /GWh) NCM523 138.89 329.86 NCM622 138.89 217.98 NCM71515 138.89 163.97 NCM811 138.89 108.02 NCA 120.12 0.00 资料来源： Choice，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，钠电池中实际金属单耗可能会有差异 铜铁锰酸钠中锰元素单耗显著高于三元正极材料。 铜铁锰酸钠所用的金属 元素与三元正极材料中金属元素差异较大，但是有一个都需要的金属元素 Mn。 从锰单耗的对比来看， Mn 在铜铁锰酸钠中的消耗量相比三元正极有非常明显的 提升，其单 GWh 电芯的锰耗基本上是 NCM523 锰单耗的 2 倍，是 NCM811 锰单耗 的 6.2 倍。 CuO， Fe2O3和 Mn2O3(或 MnO2)是铜铁锰酸钠 主要金属盐。 根据前文，中科海 钠团队主要 以 Na2CO3与金属氧化物为原料，然后通过 固相法制备铜铁锰酸钠 。 对应的 Cu,Fe 和 Mn 的金属盐分别为 CuO， Fe2O3和 Mn2O3。根据单 GWh 电芯金属 盐的消耗量，和各金属元素在对应金属盐中的质量百分比可进一步得到单 GWh 金属盐的消耗量。计算结果显示，单 GWh铜铁锰酸钠 +软碳的电芯对应的 Na2CO3、 CuO、 Fe2O3和 Mn2O3的消耗量分别为 1211.7、 444.3、 609.6 和 963.2 吨。 实际 上 MnO2也可以作为锰源用于固相法中 ，在使用 MnO2作为锰源的情形 下，对应的 MnO2单 GWh 电芯 的 消耗量为 1060.8 吨。 图表 9： 铜锰铁酸钠的金属盐单耗计算 金属元素 金属单耗 (吨 /GWh) 对应盐种类 盐中金属质量比 金属盐单耗 (吨 /GWh) Na 525.8 Na2CO3 43.4% 1211.7 Cu 354.9 CuO 79.9% 444.3 Fe 426.7 Fe2O3 70.0% 609.6 Mn 670.6 Mn2O3 69.6% 963.2 670.6 MnO 2 63.2% 1060.8 资料来源： Choice，《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，钠电池中实际金属单耗可能会有差异 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 8 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 2.2.铁镍锰酸钠： 引入镍元素 ，能量密度较铜基提升 铁镍锰酸钠正极材料单耗和铜锰铁酸钠相近。 钠创新能源铁镍锰酸钠氧化 物 +硬碳技术路线的电芯能量密度在 150wh/kg 上下。与前文的计算方法一样， 假设正极占电芯的质量百分比为 40%，单 GWh 电芯的铁镍锰酸钠氧化物正极材 料的消耗量为 2666.7 吨。 图表 10： 铁镍锰 酸钠单 GWh 电芯 正极材料 消耗量的计算 能量密度 (wh/kg) 正极占电芯质量百分比 单 GWh 电芯质量 /吨 单 GWh 电芯正极单耗 /吨 铜锰铁酸钠 Na0.9[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2 150 40% 6666.7 2666.7 资料来源： Choice， 浙江 钠创新能源官网 ， 东方财富证券研究所 风险提示：正极占电芯的质量百分比是根据锂电池经验给定的假设值，钠离子电池电芯中实际数据可能会有差异 铁镍锰酸钠 中单 GWh 电芯金属消耗量在 400-550 吨之间。 根据 铁镍锰酸钠 的化学式 Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]O2，一个 铁镍锰酸钠 分子中有 1 个 Na， 1/3 个 Fe， 1/3 个 Ni 和 1/3 个 Mn。 用前文一样的方式， 结合铁镍锰酸钠的单耗 2666.7 吨， 可以计算得到铁镍锰酸钠 +硬碳路线单 GWh 电芯的 Na、 Cu、 Fe 和 Mn 金属的消 耗量分别为 549.7、 467.7、 446.2 和 438.2 吨。 图表 11： 铁镍锰酸钠 中的金属元素单耗 的计算 金属元素 原子个数 金属 在层状氧化物中质量百分比 % 金属单耗 (吨 /GWh) Na 1 20.6% 549.7 Ni 1/3 17.5% 467.7 Fe 1/3 16.7% 446.2 Mn 1/3 16.4% 438.2 资料来源： Choice，《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，钠电池中实际金属单耗可能会有差异 铁镍锰酸钠 和铜锰铁酸钠相比， Mn 单耗降低， Ni 替代了 Cu， Fe 单耗相当 。 所用的金属元素与三元正极材料中金属元素有两种相同的金属 Ni 和 Mn，与铜 铁锰酸钠中也有两种相同金属元素 Fe 和 Mn。从锰单耗的对比来看， Mn 在铜铁 锰酸钠中的单 GWh 消耗量最高为 670.6 吨，其次是铁镍锰酸钠 438.2 吨，三元 正极材料中锰的单耗最低，在 108.2-329.9 之间。 Ni 单耗对比而言，三元正极 中镍单耗明显高于铁镍锰酸钠，其中 NCM811 的镍单耗大致是铁镍锰酸钠镍金 属单耗的 2 倍。铁镍锰酸钠和铜锰铁酸钠的 Fe 单耗基本相近。 总体而言，铁镍锰酸钠和三元对比， Ni 消耗量显著降低一半，但是 Mn 耗 量会高一些；铁镍锰酸钠和铜铁锰酸钠 相比 ， Fe 消耗量相当， Ni 替代了 Cu， 但是 消耗量亦基本相当， Mn 消耗量则降低 30%左右。 图表 12： 三元正极材料中的镍和锰单耗 三元正极 镍 单耗 (吨 /GWh) 锰 单耗 (吨 /GWh) NCM523 586.4 329.8 NCM622 700.2 217.9 NCM71515 815.9 163.9 NCM811 931.7 108.0 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 9 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 NCA 815.8 0.00 资料来源： Choice，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异 NiSO4.6H2O、 FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 是铁镍锰酸钠主要金属盐。 根据前文， 钠创新能源 团队主要 以 Na2CO3、 NiSO4.6H2O、 FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 为原料， 然后通过 液相 法制备 铁镍 锰酸钠 。 如表 2 所示，和前文用一样的计算方法，得 到 单 GWh 铁镍 锰酸钠 +硬 碳的电芯对应的 Na2CO3、 NiSO4.6H2O、 FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 的消耗量分别为 1266.8、 2094.3、 2206.7 和 1346.6 吨。 图表 13： 铁镍锰酸钠 液相法工艺下的 金属盐单耗的计算 金属元素 金属单耗 (吨 /GWh) 对应盐种类 盐中金属质量比 金属盐单耗 (吨 /GWh) Na 549.7 Na2CO3 43.4% 1266.8 Ni 467.7 NiSO4.6H2O 22.3% 2094.3 Fe 446.2 FeSO4.7H2O 20.2% 2206.7 Mn 438.2 MnSO4.H2O 32.5% 1346.6 资料来源： Choice，《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异 NiO、 Fe2O3和 Mn2O3(或 MnO2)是固相法下铁镍锰酸钠的 金属 盐。 考虑到固相 法也可能会被用于铁镍锰酸钠的制备。 而 固相法工艺下，合成铁镍锰酸钠的原 料包括 Na2CO3、 NiO、 Fe2O3和 Mn2O3(或 MnO2)。同样，可以得到对应的 NiO、 Fe2O3 和 Mn2O3(或 MnO2)的单耗分别为 1266.8、 595.2、 637.4和 629.4吨 (或 693.2吨 )。 图表 14： 铁镍锰酸钠固相法工艺下的金属盐单耗的计算 金属元素 金属单耗 (吨 /GWh) 对应盐种类 盐中金属质量比 金属盐单耗 (吨 /GWh) Na 549.7 Na2CO3 43.4% 1266.8 Ni 467.7 NiO 78.6% 595.2 Fe 446.2 Fe2O3 70.0% 637.4 Mn 438.2 Mn2O3 69.6% 629.4 438.2 MnO 2 63.2% 693.2 资料来源： Choice，《钠离子电池科学与技术》 ，东方财富证券研究所 风险提示：考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异 3.铜基和镍基 层状氧化物 成本： 单 吨原料成本 优势明显 3.1.层状氧化物 金属盐原材料成本 ： 镍基成本高于铜基 铜铁锰酸钠单 KWh 电芯对应金属盐成本 60 元上下 。 根据各类金属盐当前 的市场价格，再结合前文获得的金属盐单耗，可以计算得到单 GWh 或者 KWh 电 芯对应的各类金属盐的原材料成本。根据计算， 单 KWh 铜铁锰 酸钠 +软碳的电 芯对应的 Na2CO3、 CuO、 Fe2O3和 Mn2O3的成本分别为 6.1 元， 38.6 元， 4.5 元和 9.2 元，合计为 58.4 元。其中， CuO 成本占比最高，占比达到 69.8%， Na2CO3 占比为 5.2%，占比最低。需要说明的是 Mn2O3并未查到公开的市场价格，表格 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 10 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 中的价格是以电解锰的价格倒推而获得。另外， 从表 15 中也可以看到，当前 MnO2价格相对较贵，在使用 MnO2作为锰源的情形下，锰盐的成本可能 相对电解 锰或者 氧化锰可能 会 有 所 增加。 总体而言， 铜铁锰 酸钠使用的都是相对廉价的 金属，其金属盐的单耗 成本 相对较低 。 图表 15： 铜锰铁酸钠单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 对应盐种类 金属盐单耗 (吨 /GWh) 金属盐 价格 (元 /吨 ) 单 GWh 成本 (万元 /GWh) 单 KWh 成本 (元 /kWh) Na2CO3 1,211.7 5000.0 288.3 6.1 CuO 444.3 86,854.0 3,858.7 38.6 Fe2O3 609.6 7,458.9 454.7 4.5 Mn2O3 963.2 9,589.73 923.7 9.2 MnO2 1,060.8 15,044.25 1,595.8 16.0 合计 (Mn2O3 锰源 ) / / 5,842.97 58.43 合计 (MnO2 锰源 ) / / 6,515.11 65.15 资料来源： Choice，百川资讯 ，东方财富证券研究所 风险提示： 1） 考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异 ； 2）考虑电池中 Na2CO3 纯度要求较高，其价格会高于普通纯碱，所以根据 经验给定 5000 元 /吨的假设值，与实际价格可能会有偏差； 3）成本测算是以当前金属盐市场价格计算，仅供参考，未来金属盐价格存在波动的风险。 铁镍 锰酸钠单 KWh 电芯对应金属盐成本 90 元上下 ， 硫酸镍是主要成本 。 依据同样的方法，液相法 制备 铁镍锰酸钠的工艺下， Na2CO3、 NiSO4.6H2O、 FeSO4.7H2O 和 MnSO4.H2O 的单 KWh 电芯 所需原材料 成本分别为 6.3 元， 74.1 元， 3.6 元和 7.7 元，合计 91.8 元。 从铁镍锰酸钠原材料成本结构看， NiSO4.6H2O 是最主要的成本来源，占比达到 83.7%。 图表 16： 铁镍锰酸钠液相法工艺下单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 对应盐种类 金属盐单耗 (吨 /GWh) 金属盐 价格 (元 /吨 ) 单 GWh 成本 (万元 /GWh) 单 KWh 成本 (元 /kWh) Na2CO3 1,266.8 5000.0 301.5 6.3 NiSO4.6H2O 2,094.3 35,398.2 7,413.4 74.1 FeSO4.7H2O 2,206.7 1,619.6 357.4 3.6 MnSO4.H2O 1,346.6 5,752.2 774.6 7.7 合计 / / 9178.9 91.8 资料来源： Choice，百川资讯 ，东方财富证券研究所 风险提示： 1） 考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异 ； 2）考虑电池中 Na2CO3 纯度要求较高，其价格会高于普通纯碱，所以根据 经验给定 5000 元 /吨的假设值，与实际价格可能会有偏差； 3）成本测算是以当前金属盐市场价格计算，仅供参考，未来金属盐价格存在波动的风险。 固相法 工艺 下的铁镍锰酸钠没有原材料成本优势 。 依据同样的方法，固法 制备铁镍锰酸钠的工艺下， Na2CO3、 NiO、 Fe2O3和 Mn2O3(或 MnO2)的单 KWh 电芯所 需原材料成本分别为 6.3 元， 74.1 元， 4.8 元和 6.0 元 (或 10.4 元 )，合计 95.2 元 (或 99.6 元 )。 固相法下，镍金属认识主要成本来源，而 NiO 成本反而高于 NiSO4.7H2O,Fe2O3相对 FeSO4.7H20 成本亦有小幅上升，所以固相法在原材料成本 上面并没有明显优势。 图表 17： 铁镍锰酸钠固相法工艺下单 KWh 电芯对应的金属盐成本计算 对应盐种类 金属盐单耗 (吨 /GWh) 金属盐 价格 (元 /吨 ) 单 GWh 成本 (万元 /GWh) 单 KWh 成本 (元 /kWh) Na2CO3 1,266.8 5000.0 301.5 6.3 NiO 595.2 131,223.3 7,809.9 78.1 Fe2O3 637.4 7,458.9 475.4 4.8 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 11 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 Mn2O3 629.4 9,589.7 603.6 6.0 MnO2 693.2 15,044.2 1,042.8 10.4 合计 (Mn2O3为锰源 ) / / 9,522.3 95.22 合计 (MnO2为锰源 ) / / 9,961.5 99.62 资料来源： Choice，百川资讯 ，东方财富证券研究所 风险提示： 1）考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异； 2）考虑电池中 Na2CO3 纯度要求较高，其价格会高于普通纯碱，所以根据 经验给定 5000 元 /吨的假设值，与实际价格可能会有偏差； 3）成本测算是以当前金属盐市场价格计算，仅供参考，未来金属盐价格存在波动的风险。 镍 元素的引入导致铁镍锰酸钠金属盐单耗 成本 高于铜铁锰酸钠。 铜锰铁酸 钠使用的均为廉价金属，所以单 KWh 电芯对应的金属盐成本，相比铁镍锰酸钠 对应的金属盐成本便宜 35%上下 。换而言之，铁镍锰酸钠单耗成本比铜铁锰酸 钠高 57%左右。铁镍锰酸钠成本相较铜锰酸钠的成本高的主要原因在于，在钠 盐、铁盐和锰盐的单耗成本上，铜锰铁酸钠和铁镍锰酸钠较为相近，而镍的单 耗量和价格均显著高于铜。 镍元素添加可以提高 电芯的 能量密度。 铁和铜在层状氧化物中只能提供一 个电荷，但是镍可以提供两个电荷，因此镍的添加可以提高对应的层状氧化物 正极材料电芯的能量密度。所以，铁镍锰酸钠 +硬碳技术路线的电芯能量密度 略高于铜铁锰酸钠。但是， 镍太多的话，可能会导致镍的位点挪到钠的位点， 会降低电池循环次数，而这个过程是不可逆的，所以镍的含量需要保持在相对 合理的 水平 。 图表 18： 铁镍锰酸钠和铜铁锰酸钠金属盐单耗成本结构对比 资料来源： Choice， 百川资讯 ，东方财富证券研究所 风险提示： 1）考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异； 2）考虑电池中 Na2CO3 纯度 要求较高，其价格会高于普通纯碱，所以根据经验给定 5000 元 /吨的假设值，与实际价格可能会有偏差； 3） 成本测算是以当前金属盐市场价格计算，仅供参考，未来金属盐价格存在波动的风险。 3.2.钠离子和锂电 正极 对比 ： 钠盐价格低廉，成本 占比低 锂盐是当前磷酸铁锂和三元正极原材料主要成本。 为了和钠离子电池层状 氧化物的原材料成本对比，以 NCM622 和磷酸铁锂正极为例，计算了对应的单 KWh 电芯的金属盐成本。以当前的碳酸锂，硫酸钴，硫酸镍，硫酸锰和磷酸铁 等金属盐的不含税价格计算， NCM622 和 LiFePO4的单 KWh 电芯对应的金属盐成 6.1 4.5 9.2 38.6 6.3 3.6 7.7 74.1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Na盐 Fe盐 Mn盐 CuO 硫酸镍 铜锰铁酸钠金属盐单耗 (元 /KWh) 铁镍锰酸钠金属盐单耗 (元 /KWh) 2017 敬请阅读本报告正文后各项声明 12 [Table_yemei] 电气设备行业专题研究 本分别为 535.8 元和 307.8 元。其中，电池级碳酸锂成本占 NCM622 和 LiFePO4 金属盐成本的比例分别为 66.8%和 85.5%。 图表 19： NCM622 单 KWh 电芯对应的金属盐成本 金属盐单耗 (吨 /GWh) 金属盐 价格 (元 /吨 ) 单 GWh 成本 (万元 /GWh) 单 KWh 成本 (元 /kWh) Li2CO3 733.0 488,162.8 35,783.8 357.8 CoSO4.7H2O 1,122.8 56,194.7 6,309.4 63.1 NiSO4.6H2O 3,136.0 35,398.2 11,101.1 111.0 MnSO4.H20 671.1 5,752.2 386.0 3.9 合计 / / 53,580.3 535.8 资料来源： Choice， 百川资讯， 东方财富证券研究所 风险提示： 1）考虑正极材料制备过程可能有损耗，实际金属单耗可能会有差异； 2）考虑电池中 Na2CO3 纯度要求较高，其价格会高于普通纯碱，所以根据