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类型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-220920(58页).pdf

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    钠离子 行业 深度 报告 电池 技术进步 明显 23 开始 产业化 元年 220920 58
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    1、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:电动车首席证券分析师:阮巧燕执业证书编号:S0600517120002联系邮箱:联系电话:021-601997932022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

    2、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

    3、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

    4、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

    5、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。3XSVXY0X2UoMoM9P9R7NpNoOnPmOeRrRzQjMpNoP6MnNvMNZrNoQuOnQyQ目录目录钠电池成本优势显著,主打两轮车钠电池成本优势显著

    6、,主打两轮车/A00/A00级级/储能市场储能市场正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主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

    7、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A00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

    8、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

    9、.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197019801990200020102022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Gooden

    10、ough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22.996.94离子半径/A1.020.76电负性0.930.98质量比容量(mAh/g)11653861体积比容量(mAh/ml)11312062碳酸丙烯酯中斯托克斯半径/A4.604.80标准电极电位/V-2.71-3.04地壳丰度2.30%0.0

    11、017%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

    12、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01020304050602019/012019/072020/012020/072021/012021/072022/012022/07钠离子电池主打成本优势,性能

    13、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

    14、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)

    15、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

    16、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2650t7.0 0.16 32%正极

    17、导电剂(AB)33t18.00 0.01 1%正极集体流(铝箔)385t2.80 0.01 2%负极活性物质(硬碳)1430t8.00 0.10 20%负极粘结剂1(SBR)44t23.00 0.01 2%负极粘结剂2(CMC)44t5.50 0.00 0%负极集流体(铝箔)550t2.8 0.01 3%电解液1700t7.00 0.11 20%隔膜(湿法涂覆)2420万m22.0 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)0.52100%BMS及高压线束、箱体0.0912%电柜0.057%折旧(元/wh)0.045%电费、人工费、运费等(元/wh

    18、)0.079%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2400t4.5 0.10 30%正极导电剂(AB)30t15.00 0.00 1%正极集体流(铝箔)350t2.80 0.01 3%负极活性物质(硬碳)1300t3.50 0.04 13%负极粘结剂1(SBR)40t20.00 0.01 2%负极粘结剂2(CMC)40t4.90 0.00 1%负极集流体(铝箔)500t2.8 0.01 4%电解液1600t3.50 0.05 16%隔

    19、膜(湿法涂覆)2200万m21.8 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)0.32100%BMS及高压线束、箱体0.0714%电柜0.048%折旧(元/wh)0.036%电费、人工费、运费等(元/wh)0.0510%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

    20、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0.7元/Wh(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2400t4.5 0

    21、.10 30%正极导电剂(AB)30t15.00 0.00 1%正极集体流(铝箔)350t2.80 0.01 3%负极活性物质(硬碳)1300t3.50 0.04 13%负极粘结剂1(SBR)40t20.00 0.01 2%负极粘结剂2(CMC)40t4.90 0.00 1%负极集流体(铝箔)500t2.8 0.01 4%电解液1600t3.50 0.05 16%隔膜(湿法涂覆)2200万m21.8 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)0.32100%BMS及高压线束、箱体0.0714%电柜0.048%折旧(元/wh)0.036%电费、人工

    22、费、运费等(元/wh)0.0510%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1980t6.0 0.11 25%正极导电剂(AB)30t18.00 0.00 1%正极黏贴剂(PVDF)38t33 0.01 3%分散剂(NMP)8t4.00 0.00 0%正极集体流(铝箔)400t2.80 0.01 2%负极活性物质(硬碳)1000t3.35 0.03

    23、7%负极粘结剂1(SBR)40t20.00 0.01 2%负极粘结剂2(CMC)40t4.90 0.00 0%负极集流体(铝箔)750t12.3 0.08 20%电解液1500t5.79 0.08 19%隔膜(湿法涂覆)2000万m22.0 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)0.41100%BMS及高压线束、箱体0.0914%电柜0.068%折旧(元/wh)0.035%电费、人工费、运费等(元/wh)0.0710%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

    24、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

    25、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

    26、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

    27、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

    28、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

    29、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,

    30、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/两轮车/A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

    31、年超100GWh数据来源:东吴证券研究所测算202020212022E2023E2024E2025E2030E全球储能需求(GW)12.627.357.9108.7189.9295.51000.0-增速83.0%143.0%100.9%80.6%72.4%30.0%全球储能需求(GWh)25.060.0126.0252.0459.0734.43000.0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)0.00.00.31.613.858.8450.0全球电动两轮车销量(万辆)4,9686,4266,0756,9867,6858,45311,841-

    32、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)0.00.00.10.85.515.229.8国内A00级电动车销量(万辆)31.8138.9166.7216.7270.9333.2585.3-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)0.00.00.00.610.026.075.5钠电三大场景需求空间合计(GWh)0.00.00.43.029.3100.0555.

    33、3-增速682.6%877.7%240.9%455.6%钠电正极需求(万吨)0.00.00.10.77.024.0133.3钠电负极需求(万吨)0.00.00.00.43.813.072.2钠电电解液需求(万吨)0.00.00.10.54.716.088.9钠电隔膜需求(亿平)0.00.00.10.76.522.0122.2钠电铝箔需求(万吨)0.00.00.00.32.58.547.2目录目录钠电池成本优势显著,主打两轮车钠电池成本优势显著,主打两轮车/A00/A00级级/储能市场储能市场正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主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,

    34、细分标的产业化进程加速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 sodiu

    35、m-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

    36、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

    37、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 x1)。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(x0.5),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

    38、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

    39、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

    40、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+单晶化技术,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

    41、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NaxM1M2(CN)6(M为过渡金属原子,如Fe、Mn等,0 x2)。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

    42、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

    43、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、可大量生产等优点。以简单沉淀法为例,采用工业常用的氰熔体法制备黄血盐钠,为确保黄血盐钾的生产质量,需要对氰熔体和硫酸亚铁混合后的溶液进行游离氰根含量的检测,确保其含量在0.35g/L以下;得到黄血盐钠后,再加入硫酸锰、草酸锰、柠檬酸钠,溶解后进行共沉

    44、淀,陈化、洗涤、干燥、除磁等处理后后得到普鲁士蓝正极材料。制备中结晶水的控制是工艺难点,合成中应尽可能避免引入结晶水,同时又需避免暴力脱水导致普鲁士蓝/白类似物结构塌陷,目前没有简单经济方式将结晶水较好的去除,因此其在钠离子电池中实际性能大打折扣。聚阴离子循环寿命最佳,但成本高、克容量低、倍率差数据来源:公司公告,钠离子电池磷酸盐正极材料研究进展,东吴证券研究所19图表 NaFePO4晶体结构图表 聚阴离子化合物正极布局公司布局鹏辉能源圆柱形态小批量试产,进入钠离子电池中试阶段恩耐吉年产700吨磷酸钒钠化合物浙江钠创3000吨聚阴离子化合物正极材料产能众钠能源硫酸铁钠系路线,年产100吨,22

    45、年4月完成中试璞钠能源水系磷酸焦磷酸铁钠路线,中试中图表 NaVPO4F晶体结构 聚阴离子化合物结构与磷酸铁锂类似,循环性能好,但成本高、能量密度低、倍率性能差。聚阴离子化合物化学式为NaxMy(XaOb)zZw(M为过渡金属原子,X 为磷、硫和钨等,Z为F、OH等),其中聚阴离子(XaOb)zn-承接磷酸铁锂的橄榄石稳定架构,因此具备良好的热稳定性、安全性、倍率性能和循环寿命,其中PO43和SO43强的诱导效应和F-的强电负性可提升工作电压(3.4-3.8V),但聚阴离子化合物普遍导电性差,因此倍率性能差、能量密度低(120mAh/g,170Wh/L),一般需要通过碳包覆提高电化学性能,目前

    46、磷酸钒钠体系在聚阴离子化合物中性能最为优异,已小批量量产,但成本较高。聚阴离子化合物原材料成本高,导电性差需碳包覆改性数据来源:一种聚阴离子型正极材料的制备方法,基于有机酸溶解法制备聚阴离子型钠电池正极材料的方法,东吴证券研究所20二次利用法磷酸铁锂电池粉加酸溶解氧化、调PH沉淀浸出液除铜检测配液浸出渣含锂溶液煅烧脱水氢氧化钠浸泡共混烧结正极材料图表 聚阴离子化合物制备工艺有机酸溶解法前驱体制备碳酸钠、过渡金属氧化物、磷酸钠90加热,搅拌通入惰性气体低温热处理:2-5/min升温速率升至200-300,保温3h加入碳粉搅拌干燥得到前驱体粉末冷却正极材料有机酸高温热处理:2/min升温速率升至4

    47、00-550,保温10h碳酸钠(钠源)草酸(碳源)聚阴离子化合物合成方法包括有机酸溶解法、二次利用法等,需要使用碳包覆等改性手段提升导电性。有机酸溶解法得到的混合溶液离子分布均匀,前驱体颗粒较小,干燥后的前驱体颗粒较小,无需进行破碎处理,可直接高温煅烧制得相应的电极材料,热处理环节包括两步,对不同环节温度的精准把控是制备工艺的关键,直接影响正极材料成品的性能。二次利用法则回收再利用废旧电池中的资源,有利于节约资源和环境保护,以邦普循环的专利为例,该方法有利于钠离子及碳元素的嵌入,提高材料的比容量及导电性。负极:使用无定型碳而非石墨,硬碳为主流,软碳为辅助数据来源:钠离子电池无定形碳负极材料研究

    48、,东吴证券研究所21项目硬碳软碳结构前驱体生物质或其衍生物石油化工原料优点储钠容量较高缺陷少、成本低不足成本高、前驱体产碳率偏低储钠容量较低代表公司华阳股份 钠离子电池的负极可分为硬碳、软碳和硬软复合碳,其中硬碳目前主流路线,储钠量高但成本也高。由于钠离子半径大于锂离子,因此无法在石墨层间嵌入/脱嵌,因此其负极使用无序度大的无定型碳,可分为硬碳和软碳两类(在2800以上可以石墨化的碳材料称为软碳,反之称为硬碳)。硬碳的优势主要在于储钠容量较高,但前驱体一般为生物质或其衍生物,炭化后产碳率偏低,经济性略差。软碳的优势在于成本较低,前驱体为石油化工原料,其成本低于硬碳,并且其缺陷更少,软碳的层级结

    49、构更加有序,层间距更短,因此储钠量较低。但由于软碳的克容量低于硬碳,因此目前行业内钠离子电池负极主要使用硬碳。图 钠电池负极对比硬碳纳米孔洞多储钠量高,用生物质前驱体经济性差数据来源:各公司公告,天津工业大学钠电分享会,东吴证券研究所22图表 硬碳结构图表 硬碳企业布局公司现状前驱体性能可乐丽量产植物基320mAh/g贝特瑞量产植物基350mAh/g佰思格量产植物基350mAh/g 硬碳纳米孔洞多储钠量高,使用生物质前驱体成本高,目前压实密度较低,仅为石墨的一半。硬碳可认为是难石墨化碳的统称,其微观结构是由弯曲的类石墨片堆叠的短程有序微区,各微区随机无序堆叠留下较多纳米孔洞。由于其往往具有较大

    50、的层间距(通常大于0.37nm),较多的纳米孔洞,以及较多的缺陷位点,因而可以储存较多的钠离子,具有较高的比容量(320-350mAh/g),较低的储钠电压(平台电压0.1V),然而其实际应用却受到压实密度低(0.9g/cm3),首周库伦效率低(低于90%),循环稳定性不足等的制约,硬碳的微观结构将直接影响储钠能力,可通过调控碳化过程、掺入杂原子提升储钠性能,目前产业化瓶颈在于无法找到廉价、适合大规模量产的前驱体原材料,国外高端产品价格约20万元/吨,国产产品价格在8万元/吨左右,我们预计23年硬碳价格降至6万元/吨左右,远期降至4万元/吨以下。硬碳工艺路线长,产品指标严苛,构效关系复杂数据来

    51、源:可乐丽,中科院物理所,东吴证券研究所23图表 硬碳工艺比表面积振实密度粒度分布氧含量层间距晶粒尺寸孔径分布纯度首次效率能量密度功率密度内阻循环寿命安全性电池性能材料指标原料预处理交联固化中温炭化深度碳化表面改性高温炭化硬碳 硬碳工艺路线长,产品指标严苛,构效关系复杂,具备较高的Know-How壁垒。硬碳前驱体一般采用生物质基(植物基),但也可以采用沥青、煤炭、酚醛树脂、作为前驱体,需要进行交联固化,但其容量较差。硬碳合成工艺路线较长,构效关系复杂,流程分为预处理、交联固化、中温碳化、深度纯化、表面改性、高温碳化六步,其中关键难点在于交联固化+中温碳化、深度纯化(脱胶、脱脂)、及表面改性(包

    52、覆、掺杂),具备较高的Know-How壁垒(高于石墨),最终的空心率、孔径一致性决定硬碳的容量,其很大比例取决于前驱体本身性质,因此需要严格的原料管控,硬碳产业化关键是找到成本低的前驱体,此问题目前尚未解决。软碳成本低产碳率高,但缺陷少储钠量低数据来源:各公司官网,中科海钠官网,东吴证券研究所24图表 软碳结构图表 软碳企业布局公司现状前驱体性能华阳股份中科海钠22年投产2000吨煤基220-230mAh/g图表 中科海钠电芯特性(软碳负极)特性参数能量密度145Wh/kg(铅酸40的三倍)低温性能-20C/-40C容量保持率90%/78%充电速度12分钟充满90%电芯成本0.36-0.4元/

    53、Wh 软碳使用沥青/煤炭作为前驱体成本低、产碳率高,但储钠量相对较低。软碳为可在2800下石墨化的非晶态材料,也成为可石墨化碳,其具备更高的电导率和倍率性能,但由于结构更加有序,缺陷更少,层间距更短,克容量较低(220-230mAh/g)。制备软碳的前驱体包括石油化工原料及下游产品,如煤、沥青、石油焦等,中科海钠通过裂解无烟煤制备的软碳具备较高的无序度,产碳率高达90%,储钠容量达到245mAh/g,循环稳定性优异,具备较高的性价比。软碳制备工艺简单,煤基负极目前最具性价比数据来源:一种改性软碳负极材料及其制备方法,一种煤基钠离子电池负极材料的性能改进方法及其应用,东吴证券研究所25图表 软碳

    54、负极制备工艺无烟煤高温热处理:1100-1500氮气气氛反应3-9h回转窑低温预氧化:300-500空气气氛反应1-5h高温碳化炉冷却至室温沥青、石油焦等软碳负极材料中石化中科海钠石油焦负载沥青软碳材料破碎处理700-900碳化 4-6h加入有机溶剂混合均匀干燥950-1400惰性气氛共碳化4-6h气相包覆中间相沥青软碳负极材料1150-1450碳化 6-8h前置碳化 软碳制备工艺简单,煤基负极为目前最具性价比的负极材料。软碳一般使用煤、沥青、石油焦等化工原料,加入沥青、石油焦等材料进行包覆改性。中科海钠采用煤基路线制备出高性能、低成本的软碳材料,其将无烟煤和沥青等混合后进行低温预氧化+高温热

    55、处理,使沥青熔化后包覆在炭材料表面,其中低温预氧化对碳层间距有关键作用,预氧化交联度大,层间距明显升高,高温热处理需注意保证软碳不发生石墨化。中石化工艺前置碳化过程要求较为严格,需要经过两次热处理,利用常规的中间相沥青来进一步共碳化改性软碳材料,提高其倍率性能同时保证容量和效率,直接用中间相沥青改性不没有引入多余杂质,对材料的性能影响小,但整体成本较高。无负极金属:集流体任名义负极,同时实现降本+补能数据来源:电池联盟,东吴证券研究所26图表 无负极金属电池示意图图表 无负极电池结构对比图锂离子电池(左)无负极电池(右)无负极金属技术即集流体作为名义负极,无需添加活性材料,可降低电芯成本,提升

    56、电芯能量密度。宁德时代21年6月申请无负极钠离子电池专利,指电池中不添加负极活性材料,仅采用集流体作为名义上的负极,该集流体不具备负极的功能,只有完成首次充电后,负极集流体表面形成金属层才是真正意义上的负极。和传统电芯相比,无负极钠金属电池不需添加活性材料,大大降低了电芯成本,提升能量密度,同时集流体上不需要预先涂覆/沉积高活性的钠金属,也提升了电芯的制造可行性和安全性。该技术难点在于电芯首次充放电后钠金属沉积厚度的控制,防止后续循环中钠聚集现象。目前瓶颈在于:钠原子在集流体表面沉积需要更高的过电势,容易导致钠的不均匀沉积,加剧和电解液的副反应,同时沉积过程会消耗电池中的活性钠,因此技术壁垒较

    57、高,需配合补钠、集流体修饰等方式不断优化。合金类负极:比容量高,体积膨胀显著,循环性能较差 合金类负极比容量高,但体积膨胀显著,循环性能较差。碳基、钛基、有机类材料的储钠位点优先,可逆比容量较低,而钠可以和许多金属(Sn、Sb、In)形成合金,合金类负极储钠比容量高、反应电势相对低(电池电压高),但缺点也很明显,即嵌钠和脱钠前后体积变化明显,再循环过程中发生粉化,比容量快速衰减,实际应用中比较困难,缓解钠脱嵌时体积变化是合金类负极的关键问题。合金类负极需采取改性策略缓解体积膨胀问题,目前进展不理想。合金类负极改性策略有碳包覆、微米化/纳米化、引入缓冲基体材料、优化黏结剂、电解液添加剂等方式。工

    58、业化应用角度讲,Sn和Sb与碳的复合物最具应用前景,其制备方法相对简单,但目前处于设计开发阶段,具产业化应用仍需较长时间。数据来源:钠离子电池科学与技术,东吴证券研究所27图表 合金类材料的理论比容量,体积膨胀率与合金化产物材料理论比容量mAh/g体积膨胀率%与Na合金化产物Sb660293NaSb,Na3SbSn847423NaSn5,NaSn,Na9Sn4,Na15Sn4P2596291Na3PBi385250NaBi,Na3BiPb485365NaPb3,NaPb,Na5Pb2,Na15Pb4Si725148NA00.76SiGe369200无定形态电解液:与锂电池类似,高碱度/电压带来

    59、更高要求 钠离子电池的电解液与锂离子电池电解液类似,但高碱度、高电压带来更高的要求,其中配方为核心壁垒。电解液主要由溶剂、溶质和添加剂构成,三者共同决定电解液的性质。溶剂方面,钠离子电池的主要为酯类溶剂和醚类溶剂,其中环状和链状的碳酸酯(EC)最为常用,介电常数高(溶解钠盐能力),离子电导率高和抗氧化性好,但黏度较高(倍率性能差);醚类溶剂很少在锂电池中被使用,但与钠电池的兼容性较好,其黏度较低,但介电常数较低,抗氧化能力较差,在高电压下易分解,实际应用中受到一定限制,两种溶剂经常混合使用。数据来源:钠离子电池科学与技术,各公司公告,东吴证券研究所28图表 溶剂优缺点总结图表 国内外各厂商六氟

    60、磷酸锂产能种类优点缺点发展状态碳酸酯电解液介电常数高、电导率和抗氧化性好、成本低黏度较高(倍率性能差)广泛使用醚类电解液黏度高(倍率性能好)钠电池兼容性能好介电常数较低、抗氧化能力较差、高压易分解应用受一定限制,常与碳酸酯混合使用公司2021年底2022年底2023E年底韩国厚成5,0006,0006,000森田张家港5,0007,0007,000关东电化4,5004,5004,500瑞星化工2,1002,1002,100多氟多19,00055,00055,000天赐材料32,00052,00095,000金牛化工1,5001,5001,500江苏新泰材料8,24013,50023,500九九

    61、久6,0006,0006,000石大胜华4,0004,0004,000赣州石磊4,0004,0004,000永太科技8,00018,00038,000湖北宏源5,0005,0005,000东莞杉杉2,0002,0002,000滨化股份1,0001,0001,000其他4,0006,0008,000外资产能合计(吨)14,50017,50017,500国内自主合计(吨)89,740163,000238,000合计104,240180,500255,500电解液:NaPF6为主流路线,原理类似,量产难度低 钠盐方面,拥有大半径阴离子,阴阳离子间缔合作用弱的钠盐是较好的选择,其能保证足够的钠盐溶解度

    62、和离子传输性能。钠盐可分为含氟钠盐(NaPF6、NaFSI等)和不含氟钠盐(NaBF4、NaClO4等)两条路线,目前主流路线为NaPF6,其合成原理与LiPF6类似,技术门槛和量产难度较小;用量方面,NaPF6离子导电性更好,因此在钠电池中用量比锂电池少50%左右,约为0.5mol/L。添加剂方面,主要分为成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等,成膜添加剂主要包括FEC、VC等,在溶剂分子之前发生还原反应,在电极表面形成SEI膜,抑制电极直接与溶剂接触导致溶剂分解,成膜添加剂的关键在于形成的SEI膜的性能。数据来源:有机电解液在钠离子电池中的研究进展,公司公告,公司官网,东吴证券研究所公司

    63、布局钠创新能源22年5000吨电解液投产,预计未来3-5会建设配套8万吨正极材料的电解液产品天赐材料已有六氟磷酸钠量产技术,产品已通过客户认可新宙邦吨级六氟磷酸钠产品量产交付永太科技投建250吨产能钠电材料多氟多六氟磷酸钠已商业化量产,稳定出货石大胜华目前拥有溶剂PC产能图表 电解液企业布局图表 钠盐优缺点总结钠盐优点缺点NaPF6合成原理与LiPF6类似,技术门槛和量产难度小易于溶剂中微量水反应,生成HF破坏电极结构NaFSI与硬碳电极搭配循环性能和首周效率较好高压下会和集流体铝箔发生反应NaClO4钠离子适配性较好易爆有一定安全隐患29成膜添加剂为钠电核心壁垒,补钠对容量提升意义大 添加剂

    64、配方为钠电池核心技术壁垒,极其考验电池厂的技术经验+工程管控能力。循环性能差是钠电池的核心痛点之一,其关键就是正负极表面的钝化膜的稳定性。添加剂中成膜添加剂会优先于溶剂和钠盐进行反应,在正负极表面形成致密、均一且较薄的SEI/CEI膜,使得内部电极材料得到保护,实际电化学窗口得到扩宽,因此其配方比例直接绝对钠电池的循环性能表现。典型的成膜添加剂有FEC、VC、1,3-PS、PST、DTD和NaDFOB等,一般使用多种添加剂混合来得到薄度合适、性质均一稳定的钝化层,极其考验电池厂的技术经验+工程管控能力,为钠电池核心技术壁垒之一。补钠技术对于提升钠电池容量意义重大。在电池首周充电化成时,负极表面

    65、形成的SEI膜会消耗一部分从正极脱出的钠离子,降低电池的可逆容量,此时需要从正极材料外再寻找一个额外的钠源,弥补其中消耗的钠离子,最终提高电池容量。负极补钠可实现负极材料的预膨胀,减少颗粒在嵌钠过程中的破裂和极化,提升负极的机械稳定性和循环性。目前主流的补钠方法为负极预钠化、正极富钠材料以及富钠添加剂,技术壁垒高。数据来源:钠离子电池科学与技术,东吴证券研究所30图 钠离子电池添加剂图 钠离子电池补钠方法名称缩写分子量(g/mol)熔点/沸点/密度(g/cm3)类型和说明碳酸亚乙烯酯VC86191621.36成膜添加剂氟代碳酸乙烯酯FEC106182121.45成膜添加剂1,3-丙烷磺酸内酯1

    66、.3-PS122301801.39成膜添加剂丙烯基-1,3-磺酸内酯PST120822571.51成膜添加剂硫酸乙烯酯DTD124952311.6成膜添加剂分类方法原理试剂劣势负极预钠化化学法用低电势的含钠化学试剂与负极材料发生化学反应进行补钠惰性钠粉、钠块、熔融钠、钠-有机复合物溶液(如联苯、萘)钠化试剂化学稳定性差,与极性溶剂和空气反应等电化学法负极与钠片装配电池,对其小电流放电,电解液中的钠离子会在负极还原,钠化负极钠片、隔膜、电解液、外壳等涉及电池预组装和拆卸,制备过程复杂正极补钠电化学法首周充电时,正极材料或正极添加剂中过量的钠不可逆迁移至负极,钠化负极正极富钠添剂(如NaN3)、正

    67、极富钠材料需解决富钠材料与正极活性物质一同配料和涂布的工艺辅材:负极集流体选用铝箔,其他非活性物质沿用锂电数据来源:高性能钠离子电池黏合剂的研究进展,公司公告,公司官网,东吴证券研究所31图 钠离子电池集流体组成图 钠电辅材企业布局情况公司产品布局鼎胜新材铝箔22全年涂碳铝箔出货量预计5000吨,23年预计可达12000吨产能,25年实现5万吨天赐材料粘结剂发布P124、T126粘结剂尝试替代PVDF应用于正极粘结剂,恩捷股份隔膜全年预计50亿平隔膜产能,23年预计70亿平以上天奈科技导电剂22预计达8000吨粉体,1.8万吨浆料产能 钠电池的正负极集流体均选用铝箔,使钠离子电池在成本方面更具

    68、优势。锂电池负极侧选用铜箔,是因为低电势下锂和铝会发生合金化反应,但钠不会与铝发生反应,因此正负极两侧均可选用成本更低廉的铝箔作为集流体,占电芯成本约7%,约0.02元/Wh,仅为锂电集流体成本的20%,其中正极铝箔厚度一般大于负极。黏结剂与锂电池差异较大,主要体现在负极。负极铝箔与水性黏结剂黏结作用较差,极片制备过程中容易脱模,需要选择与铝箔黏结效果好的黏结剂,如聚丙烯酸类材料等;正极铝箔与锂电池一样采用PVDF。钠离子半径大,循环中体积膨胀比锂电池要更大,对黏结剂要求理论上会更高。钠电池的隔膜、导电剂均可沿用锂电池。隔膜方面,目前锂电主流隔膜的孔径均大于钠离子电池的半径,因此基本都可以移植

    69、到钠电池中,包括PP、PE及两者复合物,占电芯成本约11%;导电剂方面,钠电池同样承接锂电池的导电剂,包括导电炭黑、石墨石墨烯、碳纳米管等,但为了经济性考虑,预计添加碳纳米管量较少,预计导电炭黑+极少量碳纳米管为综合性能优异的方案。目录目录钠电池成本优势显著,主打两轮车钠电池成本优势显著,主打两轮车/A00/A00级级/储能市场储能市场正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主32承接锂电成熟产业链,细分标的产业化进程加速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投资建议及风险提示上游:原材料中游:电池材料下游:电池二氧化锰/电解锰钒矿铝

    70、箔正极负极电解液隔膜层状氧化物体系聚阴离子体系普鲁士蓝体系图 钠离子电池产业链华阳股份华阳股份33 钠电基本承接锂电成熟产业链,但正极、负极、电解液的规模化供给不稳定。钠电池大部分非活性物质(集流体、粘结剂、导电剂、隔膜、外壳)可借鉴锂电池成熟的产业链,但核心的正负极材料和电解液等活性材料的规模化供应渠道依然缺失,其来源稳定性无法保证,进而影响生产工艺过程和产品质量的稳定性。其次钠电池的工作电压上下限与锂电池不同,并且具备较强的过放电忍耐能力,现有的BMS系统无法满足钠电池使用要求,需要重新设计开发。电池端主要企业有中科海钠、宁德时代、钠创新能源、立方新能源、鹏辉能源等;正极企业有中科海钠、钠

    71、创新能源、振华新材、容百科技、当升科技等;负极企业有贝特瑞、华阳股份、璞泰来、杉杉股份等,电解液企业有天赐材料、新宙邦、多氟多等;隔膜企业有恩捷股份、星源材质、中材科技等;铝箔企业有鼎胜新材、南山铝业等;此外上游原材料端主要以纯碱/锰/钒企业。数据来源:公司公告,东吴证券研究所承接锂电成熟产业链,正负极/电解液供应不稳定数据来源:天钠科技,各公司公告,东吴证券研究所图:钠离子电池产业化情况国家公司主要正极体系主要负极体系电解液体系电池形态产能布局/研发进展中国宁德时代锰铁普鲁士白高容量硬碳有机方壳/圆柱23年形成基本产业链中科海钠铜铁锰层状氧化物无烟煤软碳有机软包22年底钠电池产能2GWh立方

    72、(钠方)新能源层状-铁酸钠高首效硬碳有机软包22年6月份已开始小批量生产钠离子软包电池,23年爬坡完成,实现全面达产钠创新能源铁酸钠基三元氧化物硬碳有机方形/软包/圆柱/刀片形22年形成3000吨层状正极材料及5000吨电解液产能鹏辉能源磷酸盐类硬碳有机圆柱6月进行中试,预计22年底前批量生产众钠能源硫酸铁钠硬碳高氯酸钠正极电芯均已实现量产,拥有100吨硫酸铁钠正极材料产能及1GWh电芯产能传艺股份-今年中试线投产,23年一期2GWh预计投产,二期远期计划产能8GWh,累计达10GWh欣旺达-拥有钠离子电池补钠、钠离子电池及制备的多项专利,目前暂未量产钠离子电池派能科技层状氧化物-已开发出第一

    73、代钠电池产品并完成小试美国Natron Energy普鲁士蓝化合物普鲁士蓝化合物有机机架式预计2023年批量生产,电池产能600MW法国NAIADES氟磷酸钒钠硬碳有机1Ah18650型电池-英国FARADION层状氧化物硬碳有机10Ah软包电池正在转产,公司预计电池产能达50GW34 钠离子电池化学体系多样,23年初有望实现产业化。各大厂商钠电池正极选择多样,正极主流路线是层状氧化物,负极多为硬碳体系,形态则以软包电池居多。目前国内公司产业化进程推进较快,多于22-23年实现量产,海外代表厂商包括Natron Energy、NAIADES、FARADION等,国内代表厂商包括中科海钠、宁德时

    74、代、钠创新能源、立方新能源等。钠离子电池体系多样,23年初有望实现产业化数据来源:宁德时代公众号,东吴证券研究所图:宁德时代第一代钠离子电池性能图:宁德时代AB电池系统解决方案35 顶级能量密度引领钠电市场,23年形成基本产业链。宁德时代第一代钠离子电池实现电芯单体能量密度高达160Wh/kg(全球最高);常温下充电15分钟,电量可达80%以上;在-20C低温环境中,也拥有90%以上的放电保持率;系统集成效率可达80%以上;热稳定性远超国家强标的安全要求。第二代钠离子电池预计单体能量密度超200Wh/kg。主推普鲁士白钠电体系,通过技术创新,突破材料体系瓶颈。在正极材料方面,宁德时代第一代钠电

    75、池采用了克容量较高的锰铁普鲁士白材料(160mAh/g),构建高通量材料集成计算平台,在原子级别对材料进行模拟计算和设计仿真,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,对材料表面进行重新设计,解决了普鲁士白在循环过程中容量快速衰减这一核心难题;在负极材料方面,公司开发了让钠离子快速通行,同时具有独特孔隙结构的硬碳材料(350mAh/g),其具有克容量高、易脱嵌、优循环的特性,同时公司已布局无负极金属电池技术;在电解液方面,同时开发适配正负极材料的新型独特电解液。在系统创新方面,开发了AB电池系统解决方案,将钠电池和锂电池按一定比例(2:1)进行混搭,通过BMS算法精准控制,弥补了钠电现阶段能量密度短

    76、板,同时发挥其高功率、低温性能好的优势。宁德时代:主推普鲁士白正极,23年形成基本产业链数据来源:宁德时代公众号,东吴证券研究所图:宁德时代中性配体降低正极材料吸水性图:Goodenough致21C创新实验室的贺信36 针对普鲁士白体系的痛点,宁德时代进行多个材料+工艺创新设计。针对结晶水问题,宁德时代在普鲁士白材料引入中性配体L(CH3CN、NH3、CO、C5H5N),部分或完全取代结晶水,大大降低了正极材料的吸水性;针对钠离子脱嵌时晶格常数变化问题,宁德时代提出新型电解液添加剂,其阳离子的电荷/半径比小于钠离子的电荷/半径比,在钠离子电池充放电过程中该阳离子会优先嵌入、脱出普鲁士蓝类材料,

    77、并且对结构破坏较小,从而可以稳定普鲁士蓝类材料的三维骨架结构,使钠离子电池具有良好的循环性能。针对导电性问题,宁德时代引入柔性一维碳纳米材料,形成良好的导电网络,改善因普鲁士蓝本身导电性差容量无法发挥的问题。因此宁德时代针对普鲁士白体系的痛点,进行多个材料+工艺方面的巧妙设计,展现了宁德时代强大的研发实力及工程经验。同时宁德时代与建立21C创新实验室,并于锂电之父Goodenough进行密切合作,进一步提升宁德时代在普鲁士蓝类及其他钠电池体系的研发实力。宁德时代:针对普鲁士白进行材料+工艺巧妙设计数据来源:钠离子电池科学与技术,宁德时代官网,东吴证券研究所图:锰基普鲁士白充放电曲线和储钠机理图

    78、:宁德时代长寿命技术37 普鲁士白体系量产难度大,公司预计通过材料技术创新,突破产品性能瓶颈。宁德时代在第一代钠离子电池发布会中,也并未透露其循环性能(普鲁士白结晶水极难去除,实际循环性能较差),我们预计第一代产品(锰铁基普鲁士白,Na2MnFe(CN)6,克容量160mAh/g,锰质量占比18%)循环性能低于1500次,成为其产业化瓶颈。但公司凭借极强大的研发能力,通过材料体系创新,包括:1)增加锰含量:升级锰基普鲁士白,Na2MnMn(CN)6,克容量209mAh/g,锰质量占比35%;2)长寿命技术:钝化阴极、仿生自修复电极液等。通过宁德时代强大的研发能力和技术积奠,有望重塑普鲁士白在钠

    79、电池领域的地位,但普鲁士白体系量产难度相对较大。宁德时代选择先行普鲁士白路线,彰显其在钠电池中技术创新的能力,目前亦在跟进层状氧化物路线。但普鲁士白体系有两大痛点:一是体积能量密度低,即使克容量较高,但压实密度很低,因此占用空间较大,导致空间利用率较低;二是存在热失控风险,在280以上分解。这两点均不利于钠电池在电动车上的发展。宁德时代钠离子电池定位高端产品,因此预计后续会加大布局层状氧化物体系(铁锰镍铜锌基体系),来主打动力型钠电产品,其产业化进度更容易,体系比较成熟。公司目前普鲁士白与容百科技合作,层状氧化物与振华新材、容百科技、钠创新能源等合作,双路线布局稳固电池龙头地位。风险提示:销量

    80、不及预期。宁德时代:升级高锰普鲁士白+跟进层状氧化物体系数据来源:天眼查,中科海钠官网,公司公告,Wind,东吴证券研究所图 中科海钠产品特性指标参数特征工作电压3.2V工作温度-40C-80C循环寿命4500周83%(2C/2C)能量密度145Wh/kg倍率性能5C容量1C容量的90%储存性能常温存放28天荷电保持94%额定容量,荷电恢复99%额定容量安全性能满足国标GB/T31485-2015图 中科海钠钠电池产能规划(GWh)38 脱胎于中科院物理所,研发实力国际领先,拥有钠离子电池核心专利群,获华阳股份、华为入股。公司脱胎于中科院物理所陈立泉院士(中国锂电鼻祖)团队,其中由胡勇胜带领的

    81、研发组从11年起研发钠电池,研发实力国际领先。产业化应用领先于同行,目前拥有钠电池核心专利26项,华为、华阳股份分别持中科海钠13.33%、7.75%的股权。专注层状氧化物/软碳路线,主打高性价比,产品综合性能优异。出于提高空气稳定性+降本的目的,公司钠电池正极选用原料成本低廉的单晶铜铁锰层状氧化物,负极选用以无烟煤为前驱体制备的软碳,大幅降低钠电池生产成本。公司钠电池产品综合性能优异,兼顾能量密度和循环性能,电芯成本在0.35-0.4元/Wh,低于磷酸铁锂电芯。公司下一步目标将钠电产品能量密度提升至180wh/kg,成本降至0.3元/Wh以下,将进一步提升钠离子电池的竞争力。商业化进程领先,

    82、22年公司预计2GWh产能投产,叠加储能电站项目落地。公司目前规划两个钠电池生产基地:1)安徽基地规划5GWh产能(中科海钠51%,三峡能源29%,阜阳地方国资平台21%),一期1GWh22年7月末投产;2)山西基地规划1GWh产能(中科海钠、华阳股份合作建设),公司预计22年9月投产,生产4000万只圆柱钠电池及400万只方壳钠电芯。与华阳股份深度合作,保障电芯原材料供给。国内无烟煤龙头企业华阳股份持有公司7.75%股权,与公司在正负极和电芯生产上进行密切合作,21年4月中科海钠和华阳股份合资建设2000吨钠离子电池正负极材料产线(折0.8GWh电芯),后续将扩建至适配10GWh钠电芯产能,

    83、22年底或23年初实现第一代钠电池产品上市。风险提示:钠电销量不及预期。中科海钠:引领层状氧化物体系,产品性价比最高远期规划中科海钠40-山西基地30-安徽基地10数据来源:公司公告,东吴证券研究所项目运营公司华阳股份持股比例主要产品产能投产时间钠电正极材料华钠铜能45%铜锰铁钠层状氧化物材料2000吨/年2022年3月钠电负极材料华钠碳能45%无定形碳负极材料 2000吨/年2022年3月钠电电芯材料/PACK华钠芯能100%电芯及PACK各1GWh2022年3季度末钠电电解液材料多氟多阳福新材料有限公司已持股六氟磷酸钠等-表 华阳股份钠电业务布局39 无烟煤龙头具备更强负极技术积累,负极项

    84、目助力无烟煤放量,华阳股份是国内最大的无烟煤上市企业,2021年煤炭产量4610万吨;与中科海钠共同投资的华钠碳能项目持股45%,估算总投资6000万元;若2025年钠电需求达100GWh,预计可贡献13万吨负极材料空间。携手中科海钠,共建钠离子电池正负极、电芯及PACK产线,公司持有中科海钠7.75%股份,为第二大股东,选取铜锰铁钠层状氧化物和软碳负极,共建年产2000吨钠离子电池正负极产线,1GWh电芯产线及1GWhPack产线用于低速电动车动力电池及国家智能电网用储能电池。Pack产线已通过可研评审,预计年底竣工,电芯产线预计九月份投入生产。同时共同建设全球首个1MWh钠离子电池光伏储能

    85、系统。同多氟多签署战略合作框架协议,共同生产六氟磷酸钠及负极材料。华阳股份同梧树资本拟共建产业基金投资多氟多六氟磷酸钠电解液公司,在上游原材料、电池、电解液方面达成强强联合,共筑新能源产业链,同时表露意愿投资电解液成膜添加剂(VC/FEC)、成立研究院等合作项目。风险提示:钠电销量不及预期。华阳股份:深度绑定中科海钠,全产业链布局钠电图 立方新能源第一代钠离子电池性能数据来源:公司官网,东吴证券研究所正极路线层状过渡金属氧化物负极路线高首效硬碳负极优势高能量密度、高充放电倍率、高安全性、优异的高、低温性能能量密度(单体软包电芯)重量能量密度140Wh/Kg体积能量密度240Wh/L循环寿命40

    86、00次充放电性能常温下充电15min电量可达80%+,3C放电容量保持率可达88%低温性能-20低温环境下可放出88%+容量,且能实现该环境下0.1C的低温充电耐过放性能优异的耐过放性能,过放到0V后容量可以显著恢复,过放到-4V后依然可恢复50%的容量40 立方新能源:1)第一代钠电池循环寿命、低温性能与热稳定性优异。公司钠电池采用单晶层状过渡金属氧化物正极和高首效硬碳负极,具有良好的充放电性能、循环寿命、低温性能和耐过放性能等。第二代钠电池产品已在开发中,软包单体电芯能量密度目标将达到160Wh/Kg及280Wh/L。2)远期规划3GWh产能,公司预计2023年大批量量产。目前公司已收到多

    87、个客户的样品及量产订单,用于中低速电动车、电动大巴及家用储能等领域。在株洲基地规划3GWh储能类电池产能,一期0.66GWh产能投资额2.5亿元,有望于2022年投产,公司称22年6月份已开始小批量生产钠离子软包电池,2023年爬坡完成,实现全面达产。钠创新能源:1)孵化于上交马紫峰钠电研发团队,浙商医药持股并合作电解液,供货宁德时代、艾玛电动车等大客户。浙江医药为公司第三大股东,持股比例14.2%,并与钠创新能源在电解液方面深度合作。正极材料采用多晶层状氧化物和聚阴离子体系,包含铁酸钠基和磷酸钒钠正极材料,采用铁酸钠及NaVO3为前驱体的液相法,铁酸钠基钠电产品能量密度达130-160Wh/

    88、kg,循环寿命超过5000次(80%余量)。公司已向宁德时代供应铁酸钠基正极材料,与爱玛共同开发电动两轮车钠电池。2)22年形成3000吨层状正极材料及5000吨电解液产能(可满足1GWh钠电池需求)。3-5年内将分期建设8万吨铁酸钠基正极材料和配套电解液生产线,积极布局低速电动车、电动自行车、电动摩托车、智能电网储能和家用储能等领域。立方新能源23年有望全面达产,钠创新能源聚焦铁酸钠基层状体系产品特性铁酸钠基三元正极材料聚阴离子型正极材料,具有较高的克比容量和良好的循环稳定性,克容量密度大于130mAh/g,振实密度大于2g/cm3磷酸钒钠钠离子用正极材料,具有较高电位(3.4V),优 异

    89、的 循 环 稳 定 性,克 容 量 密 度 约120mAh/g图 钠创正极材料产品数据来源:各公司官网,天眼查,众钠能源相关专利,东吴证券研究所41 鹏辉能源:1)公司钠离子电池采用自主研发的聚阴离子正极,预计年底前批量生产。公司钠离子电池采用自主研发的磷酸盐类钠正极与硬碳体系负极,目前圆柱电池样品已做出,生产设备可以与生产圆柱电池的设备共用,6月进行中试,预计年底前批量生产。2)增资入股布局硬碳,保障原材料供应同时有望收获性价比优势。2021年10月,公司投资1000万元对成都佰思格增资入股,成都佰思格(国内硬碳仅次于贝特瑞)主营产品包括高容量锂电硬炭、高功率型硬炭、高容量钠离子硬炭以及低成

    90、本钠离子硬炭等全系列产品,具有超快充、超长寿命、超高安全及优异的低温特性,保障公司负极材料供应。众钠能源:1)采用聚阴离子技术路线,自研硫酸铁钠系正极材料,循环倍率性能优异。硫酸铁钠类电池具备原材料成本低、全固态低温烧结、仅需单次烧结、前驱体制备简单等特性。正极添加硫酸亚铁及碳纳米管,搭配硬碳负极和高氯酸钠电解液(添加剂FEC),可实现高工作电压、高循环稳定性和优异的倍率性能。公司同时生产电芯及LFP材料,提供储能电芯、A00级电动车/电动两轮车动力电池解决方案及工程动力5C快充解决方案。2)正极电芯均已实现量产,拥有100吨硫酸铁钠正极材料产能及1GWh电芯产能。产品22年4月完成中试,全套

    91、工艺无污染,能耗约为常规工艺的1/3,电芯月产量超1000支,年产能可达1GWh(LFP+NFS),已与多家下游客户达成战略合作,第一代量产产品将于年内启动交付。鹏辉能源布局硬碳保障材料供应,众钠能源独家押注硫酸铁钠图 众钠能源产品特性(根据专利整理)指标参数特征工作电压3.75V工作温度-20C可正常充电循环寿命2000周容量保持率95%能量密度95Wh/kg倍率性能5C容量0.1C容量的95%图 鹏辉增资后佰思格股权结构(截至2022年H1)股东名称认缴出资(万元)股权比例谢皎47.0033.30%王瑨34.0024.09%成都蓉晋达企业管理合伙企业19.0013.46%成都春垒科技创业投

    92、资合伙企业15.0010.63%杭州安丰创健创业投资合伙企业8.636.11%绍兴市上虞区安丰康元创业投资合伙企业5.754.07%广州鹏辉能源科技股份有限公司11.188.33%合计141.14100%数据来源:公司官网,公司公告,东吴证券研究所图 欣旺达部分储能系统产品图 传艺股份主营FPC应用场景42 传艺科技钠离子电池快速布局。2022年7月公司设立控股孙公司传艺钠电,开展钠离子电池的研发、生产和销售,核心技术团队具有10年以上电池行业工作经验,核心科研人员6名,其中研发科研带头人1名、副高教授2名、博士4名。目前钠离子电池产品在实验室和小试层面实现正极质量比容量140mAh/g,负极

    93、质量比容量300mAh/g,单体145Wh/kg的能量密度,4000次的循环寿命,-20环境下大于88%的容量保持率等技术结果。钠离子电池项目将分为两期分批投入建设,今年中试线投产,2023年一期2GWh预计投产,二期远期计划产能8GWh,累计达10GWh。欣旺达联合南开院士工作站共研钠电,具备独家补钠技术。与南开大学合作设立院士工作站共同研究新型锂硫、钠离子、固态电池等关键材料及技术。公司拥有钠离子电池补钠、钠离子电池及制备的多项专利,公司钠离子电池专利工艺多为将金属钠或者钠盐以液态形式添加至负极极片,补钠后的钠电池在循环稳定性、倍率性能、和能量密度等方面有部分改善,目前公司暂未量产钠离子电

    94、池。传艺科技钠电进展迅速,欣旺达具备独家补钠技术数据来源:各公司公告,东吴证券研究所图:钠电池正极产业化情况公司主要正极体系产能布局/研发进展中科海钠/华阳股份铜铁锰层状氧化物两公司共建2000吨钠电正/负极产线振华新材磷酸盐类钠正极目前具备千吨正极产能,相关钠电产品预计23年放量容百科技铁酸钠基三元氧化物公司规划普鲁士白类产能为6000吨/年,预计2023年Q2前层状氧化物产能达3.6万吨/年当升科技层状-铁酸钠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邦普循环锰铁普鲁士白已进入铁锂产线改钠电中试产线环评阶段(年产正极600吨),可切换生产磷酸铁传艺科技-23年2GWh正

    95、负极产能达产,23年底建成共10GWh产能格林美普鲁士蓝/层状氧化物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普鲁士蓝/层状氧化物已建成50吨普鲁士蓝/层状氧化物产线,23年实现GWh级生产派能科技层状氧化物已开发出第一代钠离子电池产品并完成小试43 钠离子正极目前以层状氧化物为主线,23年有望实现量产。从厂商分布看,目前有钠电正极规划的厂商基本有两类,一类为传统锂电正极厂商,如容百科技、当升科技、格林美(正极前驱体)等,另一类则全面布局钠电产线,本身可能为业务之初就布局钠电的厂商(如中科海钠)或者锂电产业链某些环节的厂商(邦普循环、派能科技);从布局进度看

    96、,正极材料预计23年放量,我们预计出货可达4000-5000吨,可满足2GWh钠电池产能。钠电正极层状氧化物为主线,23年有望实现量产数据来源:东吴证券研究所测算图:铁酸钠基层状氧化物正极成本拆分表44 钠离子正极生产效率高,规模量产后价格预计在4-5万元/吨,成本3-4万元/吨,毛利率超20%,盈利水平较高。如果选用铁酸钠基层状正极(NaFe1/3Ni1/3Mn1/3O2),我们测算其原材料成本2万元/吨,单吨加工成本1万元/吨左右,若单吨售价4.5万元/吨,毛利率可超20%,高于现有的三元正极盈利水平。钠离子电池正极生产效率高,盈利好,毛利率超20%元素原子质量 原子数量质量原子质量比 1

    97、吨正极使用量 对应原材料 单价(万元/吨)用量(吨)成本(万元)Na23.00 1.00 23.00 20.63%0.21 碳酸钠0.30 0.48 0.14 Fe55.85 0.33 18.62 16.70%0.17 硫酸铁0.20 0.50 0.10 Ni58.69 0.33 19.56 17.55%0.18 硫酸镍3.20 0.46 1.48 Mn54.93 0.33 18.31 16.42%0.16 硫酸锰0.60 0.45 0.27 O16.00 2.00 32.00 28.70%0.29-原材料汇总-111.49 100.00%1.00 1.99 电费(万元/吨)0.36折旧(万元

    98、/吨)0.25人工及其他制造(万元/吨)0.2一次合格率90%成本合计(万元/吨)3.12 毛利率20%价格(万元/吨,含税)4.4045数据来源:公司公告,招股说明书,东吴证券研究所图表 公司钠电正极发展情况正极路线层状氧化物(铁锰镍铜锌氧化物)工艺二次烧结电压上限4.0V克容量130mAh/g压实密度3.2g/cm游离钠控制率1%低温保持率-20-30保持率93%图表 公司三元产线三烧工艺中镍、中高镍三元正极材料高镍三元正极材料来料配料一次烧结一次粉碎二次烧结二次粉碎后处理三次烧结三次粉碎包装前躯体、锂盐空气空气空气助剂来料配料一次烧结一次粉碎二次烧结二次粉碎后处理三次烧结三次粉碎包装前躯

    99、体、锂盐氧气氧气氧气助剂45 单晶龙头采用层状氧化物路线,性能在国内产品中较为优异。钠离子电池目前存在能量密度低、循环性能差的问题,单晶化技术恰恰可以针对该痛点,公司凭借在单晶三元领域的深厚经验,联合立方新能源共同开发高性能层状氧化物正极材料,其采用固相两次烧结工艺,截止电压超4.0V,克容量130mAh/g,压实密度可达3.2g/cm,表面碱度和游离钠可控制在1%以内,常温下循环寿命4000-5000次,高温循环超1000次,在国内产品中处于前列,预计相关钠电产品能量密度135-140Wh/kg,可满足以满足两轮车及A00级低速电动车需求。目前产业化瓶颈在于无匹配的负极,相关钠电产品预计23

    100、年放量。公司目前钠电正极产品已进入中试阶段,已向国内主流钠电企业进行吨级送样,可具备千吨级层状氧化物生产能力。相关钠电产品主要产业化瓶颈在于负极成本高+量产难度大,预计23年实现小批量生产。风险提示:钠电销量不及预期。振华新材:单晶层状正极性能优异,产品预计23年放量数据来源:GGII,容百科技战略发布会,东吴证券研究所产品正极路线组分能量密度压实密度平均电压水分pH产能应用领域PW-1普鲁士白类Fe/Mn60-160Wh/kg1.543.45V3.03.3V400ppm3.03.3V600ppm3.03.3V800ppm13动力表 容百科技战略发布会4款钠离子电池产品46 公司正极材料同时布

    101、局锰铁普鲁士白及层状氧化物,规划2023年实现百吨级产出。公司钠离子电池正极三种路线均有涉及,主流为锰铁普鲁士白及层状氧化物两种路线,其中普鲁士白类路线可实现高压实密度高倍率性能。目前公司正极前驱体已具备批量生产能力,公司规划普鲁士白类产能为6000吨/年,层状氧化物产达3.6万吨/年(2023年Q2前)。高镍产线兼容钠电正极生产,低成本路线切入储能等市场。公司高镍产线可兼容生产钠离子正极材料与超高镍材料等,公司战略布局重,未来钠电占比为10%,走低成本路线切入储能、二轮车和小动力等市场。与宁德时代签订战略合作协议,协同开发钠电池配套产品,共推技术升级。2022年1月7日公司与宁德时代签订战略

    102、合作暨长期供货协议,方将在电池和材料领域的战略、市场、供应链等开展全面深度合作,进行钠离子电池配套材料等前沿领域的协同开发,将共同推进技术路线的升级,强化技术领先优势。风险提示:钠电销量不及预期。容百科技:深度绑定宁德时代,23年有望实现万吨产出数据来源:当升科技新品发布会,有机电解液再钠离子电池中的研究进展,东吴证券研究所指标单位竞品SNFM-K30.1CmAh/g170.6177.2首充效率%80.991.30.33CmAh/g147.2169.2倍率(1C/0.1C)%8991.4容量保持率(80th)%8390.1表 当升科技钠离子正极材料性能指标图 当升采用的高温固相结晶调控技术Na

    103、层SNFMNFMP钠源均匀钠化不均匀钠化Na层SNFM47 钠电正极材料优于竞品公司,改良固相法或产生成本优势。公司钠电池正极采用特殊微晶结构均相前驱体,包含镍、铁、锰三种元素,工艺方面采用系统优化高温固相结晶调控技术,将钠源与镍铁锰前驱体均匀混合,实现均一化烧结,使得钠层均匀包覆层状氧化物材料,并加入了多种元素修饰,产品克能量密度177.2mAh/g,首次充放电效率91.3%,倍率91.4%,循环性能优于竞品材料。公司高镍产线支持钠电生产,新一代钠电材料性能优异。公司基于高镍技术优势发布新一代钠电层状正极材料,且每条锂电产线均可支持钠电生产。新一代钠电材料实现容量更高、倍率更好、循环寿命优、

    104、产业化技术成熟。与力神签订战略合作协议,为下一代电池产品做技术储备。2022年4月25日,公司与力神电池签订战略合作协议,双方将在钠离子电池及其关键材料等前沿技术领域加强合作,定期进行技术交流,明确未来材料和电池开发计划,为下一代电池产品迭代形成技术储备。风险提示:钠电销量不及预期。当升科技:层状正极采用包覆改性,与力神签订战略合作协议数据来源:公司公告,新材料在线,GGII,东吴证券研究所表 邦普循环废旧电池处理体系表 格林美废旧电池处理体系48 邦普循环采用磷酸铁改线生产普鲁士白正极材料,年产600吨。公司将邦普二厂现有磷酸铁合成车间内的1条磷酸铁线改造成电池级钠离子电池正极材料中试线,并

    105、可切换生产磷酸铁。钠正极中试为连续性生产,生产期间不会生产磷酸铁。以亚铁氰化钠、硫酸锰、草酸锰、柠檬酸钠为原料,经原料溶解、共沉淀反应、陈化、过滤、洗涤、干燥、过筛除磁、包装等工序生产钠离子电池正极材料(亚铁氰化钠锰,即锰铁基普鲁士白),生产规模为600吨/年,产线切换频次为1次/年。另外,邦普循环还可对磷酸铁锂废旧电池进行回收处理,二次利用生产钠电正极材料(具体工艺流程见聚阴离子技术路线)。格林美两大钠电正极材料均已加快认证进展。动力电池回收龙头格林美从2019年开始启动钠离子电池材料的技术攻关,在普鲁士蓝和层状氧化物等钠离子电池材料两大技术路线均已积累了相关产业技术并和多家下游客户正在认证

    106、,随着钠离子的产业化进程以及认证加快,公司将适时推出量产技术以满足市场需要。华钠新材选择掺混普鲁士蓝+磷酸铁锂路线。两位创始人曾在比亚迪事业部工作,参与比亚迪刀片电池设计和测试等重大电池项目,目前已获得美联新材(持股7%)等资方共4500万pre-A轮融资,公司专利拥有正极材料混合技术(80%铁锂+20%普鲁士蓝),可解决低温容量、热失控安全问题等,公司表示正在进行500吨级别中试,并同下游电池厂联合开发,目前产品材料容量接近磷酸铁锂,但综合成本远低于磷酸铁锂。七彩化学联合美联新材共建普鲁士蓝/白产线。七彩化学和美联新材双方计划共同投资25亿元建设年产18万吨电池级普鲁士蓝(白)项目,致力于钠

    107、离子电池正极材料普鲁士蓝(白)系列产品的研究开发及产业化。邦普循环改线生产供应宁德时代,格林美产品认证加快数据来源:Incopat专利数据库,可乐丽官网,东吴证券研究所椰壳木炭碳粉碱浸高温处理并纯化化学气相沉积(CVD)硬碳600C碳化研磨磨球机碱水溶液浸并烘干1200CHCL/H2氛围1200CHCL/H2氛围图 可乐丽硬碳生产步骤49 可乐丽(日)硬碳产品性价比较高,吸湿性低。公司采用植物基天然材料(椰壳)制作硬碳产品,孔隙性能良好,充放、循环、低温性能拥有明显优势,吸湿性能较低因此可以使用水系粘结剂,储钠/锂量领先竞品。第二代产品(KURANODE Type2)克容量达400/500/6

    108、00mAh/g。主流产品(350mAh/g左右)价格超20万元/吨。成都佰思格硬碳产品国内量产进度最快,性价比较高,低温特性良好。主营产品包括高容量锂电硬炭、高功率型硬炭、高容量钠离子硬炭以及低成本钠离子硬炭等全系列产品,具有超快充、超长寿命、超高安全及优异的低温特性,其中比容量550mAh/g的超高容量硬炭材料(进口产品最高容量为480mAh/g)具有零膨胀特性,且价格远低于进口产品(15万元/吨)具有极高的性价比优势,2000吨钠电硬碳产线公司预计8月份投产。硬碳:可乐丽综合性能最优,佰思格国内性价比较高图 成都佰思格钠电池相关情况及进展类别公司情况成立时间2018年研发实力团队从事炭材料

    109、研究有30年以上的历史主营产品高容量锂电硬炭、高功率型硬炭、高容量钠离子硬炭以及低成本钠离子硬炭等全系列产品容量范围350-550mAh/g(钠电硬炭)产品性能超快充、超长寿命、超高安全及优异的低温特性专利累计申请知识产权30项左右,其中发明专利13项应用领域钠离子电池、新能源汽车、长寿命储能、轨道交通及军事特种电池数据来源:公司公告,公司官网,凯金能源招股说明书,东吴证券研究所图 凯金能源高容型(KHC-1)和KHC-X1(超细型)硬碳型号开发状态粒度振实密度5T压实密度d002比表面积比容量首效d10d50d90d99mmmmg/cmg/cmAm2/gmAh/g%KHC-1PP4.17 8

    110、.43 17.80 31.50 0.82 1.10 3.70 5.30 545.60 81.30 KHC-X1PP0.28 2.07 4.91 8.79 0.76 1.02 3.70 10.20 424.90 78.30 50 贝特瑞硬碳知识产权体系完善,量产后产品质量稳定性高。公司为硬碳负极企业,研发体系完善。公司高层次学历人数接近十五人,绝大部分拥有博士学历和十几年的研究和产业化经验。硬碳团队已完成十几篇原创核心技术布局,涵盖了硬碳基础研究及生产加工等各个方面,建立了完善的知识产权体系。09年开始布局研究负极材料,硬碳负极已研发至第五代,部分可填补石墨短板超越石墨性能,硬碳产品克容量可达2

    111、40/300/350/400mAh/g,小试转中试产品达450mAh/g。凯金能源两种工艺路线并驾齐驱,获大客户持续测评。公司成立了具备专业知识和研发经验的硬碳开发团队,搭建了多种硬碳开发小试平台,开发出了高容量沥青基硬碳和倍率型生物质硬碳两种工艺路线。截至2021年H1,公司己申请硬碳发明专利5项,获取授权1项。目前公司己开始向ATL、宁德时代等下游锂电池客户提供定制化样品评估,部分客户处于持续测评合作中。此外,翔丰华、比西迪、璞泰来、杉杉股份、中科星城、山西煤化所等均已布局了钠电硬碳负极。硬碳:贝特瑞产品稳定性高,凯金能源双路线并行图 贝特瑞硬碳电压曲线(BHC300)数据来源:各公司公告

    112、,东吴证券研究所图 钠电池电解液、集流体、添加剂行业公司布局行业公司研发进展/产能布局电解液多氟多研发:拥有从六氟磷酸锂快速切换至六氟磷酸钠产能的工程技术,新增产线有柔性化设计,考虑未来扩产可能;产能:规划2000吨六氟磷酸钠产能、1GWH动力型钠离子电池项目天赐材料具备六氟磷酸钠量产能力,六氟磷酸钠和六氟磷酸锂共享产能,产出取决于六氟磷酸锂的产能余量新宙邦吨级六氟磷酸钠产品量产交付钠创新能源预计3-5年内分期建设8万吨铁酸钠基正极材料和配套电解液生产线钠创新能源、浙江医药、中欣氟材、宏达化学签订战略合作协议共建钠电电解液产业,其中:1)浙江医药配合钠创扩大溶剂产能满足电解液生产需求;2)中欣

    113、氟材在钠创指导下将开展六氟磷酸钠代碳酸乙烯酯生产技术研发;3)宏达化学通过专利授权合作开展年产5000吨级钠电电解液产线规划建设永太科技新增250吨/年钠电电解液产能,包括100吨六氟磷酸钠,100吨双氟磺酰亚胺钠(NaFSI),50吨二氟二草酸硼酸钠(添加剂)集流体鼎胜新材22全年涂碳铝箔出货量预计5000吨,23年预计可达12000吨产能,25年实现5万吨添加剂石大胜华已拥有1.1万吨添加剂产能,产品包括1,3-PS、DFOB、DTD、LiF、LiBF4等51 其他材料中与锂离子电化学体系的差异小于正、负极,多数可以锂/钠产线共用。电解液方面,大多锂电电解液厂商积极布局钠电电解液,六氟磷酸

    114、锂产线复用性强,可有效转换为六氟磷酸钠,布局厂商包括多氟多、天赐材料、新宙邦等;集流体方面,铝箔需求随钠电产业化提升而增加,锂电钠电铝箔可通用,布局厂商如鼎胜新材;添加剂则以钠电电解液厂商为主,多数具备添加剂生产能力,常规添加剂钠电均可复用,含锂添加剂需转换为含钠添加剂,钠电正极材料的高电压+高碱度可增加添加剂或增加需求。电解液、集流体、添加剂:大多可与锂电产线共用数据来源:湘潭电化公告,红星发展公告,东吴证券研究所图 电解二氧化锰制备工艺图 金属锰片制备硫酸锰工艺图 锰矿粉制备硫酸锰工艺锰矿粉烟气脱硫一次固液分离硫化反应二次固液分离酸化反应精制除杂蒸发结晶脱水烘干包装硫酸钡溶液循环利用电解二

    115、氧化锰化合除杂过滤电解剥离初级处理漂洗成品加工包装锰矿石硫酸硫酸锰产品漂洗化合除杂过滤二次除杂合格溶液桶结晶金属锰片过滤后处理包装纯水、硫酸52 正极材料中层状体系用锰确定,各厂商均采用含锰材料(中科海钠:Na7/9Cu2/9Fe1/9Mn2/3O2;钠创:NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2),锰含量占比超过20%;钠电正极材料约2500-2700吨/GWH,锰和铁在钠电正极占比70%以上,锰质量占比20%以上,可以推得钠电每GWh耗锰600吨以上。2025年100GWH+钠电需求,对应锰耗约6万吨,折合电解二氧化锰质量9.5万吨,硫酸锰16万吨,目前锰资源供需紧平衡。电解二氧化锰与电极硫

    116、酸锰为层状金属氧化物锰源主材。液相共沉淀法主要采用硫酸锰作为锰源生成前驱体,再烧结成层状氧化物材料;固相法则采用二氧化锰作为锰源;中科海钠和当升科技主要采用二氧化锰固相法直接烧结,钠创新能源通过高纯硫酸锰共沉淀得到前驱体再进行烧结制备。电解二氧化锰技术难度较大,单吨投资高,硫酸锰受三元影响需求持续性增长,主要合成方法包括电解锰制备和锰矿粉制备两种。固相法采用的电解二氧化锰总成本更低,成本具备优势。锰源:层状体系用锰明确,锰质量比20%以上数据来源:Wind,公司公告,东吴证券研究所图 各厂商电解二氧化锰销量(吨)图 各厂商高纯硫酸锰销量(吨)02000040000600008000010000

    117、01200001400002018201920202021红星发展湘潭电化南方锰业05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,0002018201920202021红星发展湘潭电化南方锰业53 红星发展积极布局电解二氧化锰及工业级硫酸锰,拥有碳酸锂产能6000吨/年,主要业务包括钡盐、锶盐和锰系产品的研发,得益于电池级硫酸锰需求,高纯硫酸锰产能、销量快速增长。锰系主要产品包括电解二氧化锰和高纯硫酸锰。拥有3万吨/年电解二氧化锰产能,可用于固相法钠电正极材料生产。高纯硫酸锰主要用于三元正极材料及钠电共沉淀法前驱体生产,拥有产能1.5万吨/年,扩建3万吨/年已投入

    118、试运。其硫酸锰生产工艺独特,采用锰钡结合工艺,钡盐复产硫化氢可用于锰盐材料除杂,且锰源直接采用锰矿,受上游压力较小。湘潭电化抢先布局高纯锰酸锂及工业级锰酸锂材料。公司主营包括电解二氧化锰及新能源电池材料,布局高纯硫酸锰及锰酸锂,现有电解二氧化锰产能12.2万吨/年,高纯硫酸锰产能1万吨/年,2万吨产能锰酸锂电池材料已投入生产。南方锰业为国内电解二氧化锰龙头,海内外均有布局。公司在国内和海外均有锰矿资源,此外还拥有汇元锰业及大新电解二氧化锰工厂,合共每年总年产能达15万吨,是国内最大电解二氧化锰制造商。锰源:二氧化锰/高纯硫酸锰龙头积极布局目录目录钠电池成本优势显著,主打两轮车钠电池成本优势显著

    119、,主打两轮车/A00/A00级级/储能市场储能市场正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主正极以层状氧化物为主,负极以硬碳材料为主54承接锂电成熟产业链,细分标的产业化进程加速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投资建议及风险提示55表:公司估值表(截至2022年9月20日)数据来源:Wind,东吴证券研究所测算 投资建议:鉴于锂资源价格仍处于高位,同时钠离子电池具有高性价比,有望切入两轮车/A00级/储能市场,我们推荐:1)电池:首推宁德时代(23年有望形成钠电池基本产业链),关注华阳股份(深入绑定中科海钠)、鹏辉能源(入股佰思格保障负极供应)、欣旺达(具备独家补钠技

    120、术);2)集流体:关注鼎胜新材(钠电池铝箔用量翻倍);3)正极:推荐振华新材(单晶层状正极性能优异)、容百科技(23年有望实现万吨产出)、当升科技;4)负极:推荐贝特瑞(硬碳产品性能优异)、璞泰来、杉杉股份;5)其他材料:隔膜推荐恩捷股份、星源材质,电解液推荐天赐材料(具备六氟磷酸钠量产能力)、新宙邦(吨级六氟磷酸钠产品量产交付),关注多氟多(六氟磷酸钠量产进度领先),添加剂推荐天奈科技(碳纳米管龙头)。投资建议证券代码名称总市值(亿元)股价归母净利润(亿元)PE评级总股本来源2022E2023E2024E2022E2023E2024E(亿股)300750.SZ宁德时代10,275421280

    121、.5 480.2 651.7 372116买入24.40 东吴研究所002812.SZ恩捷股份1,62318250.1 71.4 96.8 322317买入8.92 东吴研究所300568.SZ星源材质266218.5 14.2 20.4 311913买入12.81 东吴研究所688005.SH容百科技4219320.2 28.5 40.5 211510买入4.51 东吴研究所688707.SH振华新材2225012.3 15.2 20.0 181511买入4.43 东吴研究所300073.SZ当升科技3647222.6 27.4 33.2 161311买入5.07 东吴研究所603659.S

    122、H璞泰来8426131.1 45.1 63.6 271913买入13.91 东吴研究所600884.SH杉杉股份5372433.6 43.2 54.1 161210买入22.38 东吴研究所835185.BJ贝特瑞3775223.1 32.8 43.6 16119买入7.28 东吴研究所002709.SZ天赐材料9064760.5 75.8 99.0 15129买入19.27 东吴研究所300037.SZ新宙邦3024119.9 26.4 37.4 15118买入7.42 东吴研究所688116.SH天奈科技2711175.8 10.5 18.2 472615买入2.32 东吴研究所56 1)

    123、锂资源价格下降,钠电池成本优势下降。因下游需求高涨,且锂资源多在国外分布,目前氢氧化锂、碳酸锂价格仍处于高位,钠资源成本优势较为显著,若未来锂资源价格大幅下降,钠电池性价比将有所下降,叠加循环寿命不及磷酸铁锂,或将发展受阻。2)研发进度不及预期。钠离子电池研发重点在于正极材料,若未来研发不及预期,量产进度或将放缓。正极材料目前仍处于技术突破中,正极材料较大程度上决定电池性能,若研发进度不及预期,量产进度或将放缓。3)产品销量低于预期。我们认为钠电池主要应用场景在低速车和储能,若在两种领域销量不及预期,钠电池产业或将减速扩产进度。风险提示免责声明免责声明东吴证券股份有限公司经中国证券监督管理委员

    124、会批准,已具备证券投资咨询业务资格。本研究报告仅供东吴证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,本公司不对任何人因使用本报告中的内容所导致的损失负任何责任。在法律许可的情况下,东吴证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易,还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。市场有风险,投资需谨慎。本报告是基于本公司分析师认为可靠且已公开的信息,本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性,也不保证文中观点或陈述不会发生任何变更,在不同时期,本公司可发出与本报

    125、告所载资料、意见及推测不一致的报告。本报告的版权归本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。如引用、刊发、转载,需征得东吴证券研究所同意,并注明出处为东吴证券研究所,且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。东吴证券投资评级标准:公司投资评级:买入:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘在15%以上;增持:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于5%与15%之间;中性:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于-5%与5%之间;减持:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于-15%与-5%之间;卖出:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘在-15%以下。行业投资评级:增持:预期未来6个月内,行业指数相对强于大盘5%以上;中性:预期未来6个月内,行业指数相对大盘-5%与5%;减持:预期未来6个月内,行业指数相对弱于大盘5%以上。东吴证券研究所苏州工业园区星阳街5号邮政编码:215021传真:(0512)62938527公司网址:http:/57东吴证券财富家园

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