鈉離子電池行業(yè)市場分析

鈉離子電池行業(yè)市場分析1儲(chǔ)能降本訴求驅(qū)動(dòng)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化加速1.1鋰資源儲(chǔ)量不足牽制我國電池行業(yè)發(fā)展我國鋰資源受海外牽制較大。全球鋰礦高度集中于智利、澳大利亞和阿根廷，2021年上述國家鋰資源儲(chǔ)量占全球72%。我國鋰資源儲(chǔ)量占全球7%，且由于開采難度大，成本高，下游需求大，鋰資源供應(yīng)進(jìn)口依賴度較高。當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)對(duì)于海外鋰礦投資頻頻受限，且近年全球鋰資源探明量的增速放緩，以鈉離子電池替代鋰電池在相對(duì)低端場景下的應(yīng)用，具備戰(zhàn)略意義。中國電池廠商供給全球市場。2022年1-11月，全球電動(dòng)汽車電池總裝車量為446GWh，同比增長74.7%。其中寧德時(shí)代和比亞迪合計(jì)占50.7%市場份額，中國廠商合計(jì)占60%以上市場份額；據(jù)InfoLink，2022年全球儲(chǔ)能電池出貨量總計(jì)142.7GWh，出貨Top5中中國廠商占據(jù)4席。中國鋰電池廠商在全球范圍內(nèi)的產(chǎn)能、制造、技術(shù)迭代和創(chuàng)新等方面均具備明顯競爭優(yōu)勢。國內(nèi)鋰資源儲(chǔ)量無法匹配鋰電產(chǎn)業(yè)的全球地位。7%的鋰資源儲(chǔ)能份額與60%以上的動(dòng)力電池市場份額之間難以匹配，在碳酸鋰價(jià)格高企的背景下，利潤更多留在上游鋰礦端，下游電池廠面臨較大成本壓力。根據(jù)我們的測算，假設(shè)中國150萬噸鋰資源儲(chǔ)量全部用以制造鋰電池，大約可生產(chǎn)13.6TWh鋰電池；根據(jù)IEA對(duì)于未來全球電動(dòng)車和儲(chǔ)能需求的展望，預(yù)計(jì)2030年全球電池累計(jì)需求在22TWh左右，2050年在126TWh左右。隨著各國對(duì)于外國企業(yè)開采本國鋰礦的限制提升，我們認(rèn)為僅憑借我國自身的鋰資源儲(chǔ)量或?qū)㈦y以支撐遠(yuǎn)期的鋰電產(chǎn)業(yè)全球市場地位，對(duì)于替代技術(shù)的探索對(duì)我國企業(yè)而言至關(guān)重要。鈉元素儲(chǔ)量豐富，降本潛力大。鈉元素的地殼儲(chǔ)量為鋰的1000倍以上，儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，成本低廉。據(jù)中科海鈉，鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化后，憑借更廉價(jià)的正極材料和集流體，整體材料成本有望較鋰電池降低30%-40%。1.2電池性能提升助推產(chǎn)業(yè)化加速鈉離子電池與鋰離子電池工作原理基本相同。鈉離子電池也是“搖椅式電池”的一種，利用堿金屬離子在正負(fù)極間可逆的定向遷移過程實(shí)現(xiàn)電池的充放電，充電時(shí)，Na+從正極材料中脫出，經(jīng)電解液的輸運(yùn)穿過隔膜嵌入負(fù)極材料，放電過程與之相反。充放電過程中相同數(shù)量的電子經(jīng)外電路傳遞，與Na+一起在正負(fù)極材料間遷移以維持電荷平衡。以NaxMO2為正極材料，硬碳為負(fù)極材料，則電極和電池反應(yīng)式可分別表示為：正極反應(yīng):NaxMO2?Nax-yMO2+yNa++ye-(1-1)負(fù)極反應(yīng):nC+yNa++ye-?NayCn(1-2)電池反應(yīng):NaxMO2+nC?Nax-yMO2+NayCn(1-3)電池結(jié)構(gòu)相似，產(chǎn)線易于改造。鈉離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液和集流體構(gòu)成，與鋰離子電池工作原理相似，結(jié)構(gòu)機(jī)理高度重合。鋰電池的隔膜、鋁箔和其他電池組件可以直接應(yīng)用在鈉電池中；用于鋰電池生產(chǎn)和檢測的設(shè)備可直接或略加改造后應(yīng)用在鈉電池產(chǎn)線，改造成本低，能夠相對(duì)快速開啟量產(chǎn)，彌補(bǔ)鋰電池供需緊張、上游原材料處于價(jià)格高位的問題。鈉離子電池能量密度有提升空間。相較于鋰離子電池，鈉離子電池能量密度稍低，原因有三點(diǎn)：1）鈉離子擁有更大的離子半徑，影響反應(yīng)過程中相的穩(wěn)定性、離子輸運(yùn)及擴(kuò)散較慢；2）鈉離子的質(zhì)荷比較大，降低材料的理論質(zhì)量比容量；3）鈉具有較高的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。鈉離子電池能量密度高于鉛酸電池，低于鋰離子電池。目前商業(yè)化鈉離子電池的能量密度在90~160Wh/kg，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的50~70Wh/kg，循環(huán)壽命相較于鉛酸電池具有明顯的優(yōu)勢，且環(huán)保性更佳，未來可能對(duì)鉛酸電池進(jìn)行全面的替代。與鋰離子電池相比，鈉電的能量密度已接近于磷酸鐵鋰電池120~180Wh/kg的水平，但與三元電池相比具有較大能量密度差距。從長期發(fā)展空間來看，鈉電的能量密度提升及降本均具有較大挖掘空間，未來在能量密度要求不高的應(yīng)用場景具備挑戰(zhàn)磷酸鐵鋰電池的潛力。鈉離子電池耐候性具有明顯優(yōu)勢。鈉離子電池的工作溫度范圍在-40℃~80℃，目前商業(yè)化產(chǎn)品可以做到-20℃容量保持率88%的水平，相較于鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池60%~70%的容量保持率具有明顯優(yōu)勢，在氣候寒冷地區(qū)展現(xiàn)出良好的應(yīng)用場景。倍率性能好。鈉離子的溶劑化能顯著低于鋰離子，從而在電解液中具有更快的動(dòng)力學(xué)，離子界面擴(kuò)散能力更強(qiáng)；同時(shí)鈉離子的斯托克斯半徑更小，相同濃度的電解液中離子電導(dǎo)率更高；高電導(dǎo)率及優(yōu)秀的離子界面擴(kuò)散能力賦予鈉離子電池出色的倍率性能，具備較好的快充潛力，在儲(chǔ)能調(diào)頻等高功率場景具有較大應(yīng)用潛力。電芯安全性能優(yōu)異。鈉電池?zé)崾Э販囟雀哂阡囯x子電池，電芯層面的安全性有所提升，其原因在于鈉離子電池內(nèi)阻稍高于鋰離子電池，在安全性實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的瞬發(fā)熱量少、電芯溫升有限且目前商業(yè)化應(yīng)用的鈉電正極材料的熱穩(wěn)定性高于三元鋰材料，在過充、過放、短路、針刺等電芯安全測試中均未發(fā)生起火爆炸現(xiàn)象。實(shí)際運(yùn)行安全性有待觀察，對(duì)于普魯士藍(lán)正極材料在熱失控情況下釋放氫氰酸、氰氣等有毒氣體的問題尚需技術(shù)攻關(guān)。2材料體系初定推動(dòng)量產(chǎn)在即2.1正極：層狀氧化物有望率先破局正極材料體系是鈉離子電池研究和產(chǎn)業(yè)化的焦點(diǎn)。鈉離子電池正極材料主要包括氧化物類、聚陰離子類、普魯士藍(lán)類、有機(jī)物類。其中層狀氧化物結(jié)構(gòu)類似鋰電三元材料，比容量相對(duì)較高、綜合性能好，在動(dòng)力、儲(chǔ)能領(lǐng)域擁有較好的應(yīng)用場景；聚陰離子類正極材料晶體結(jié)構(gòu)與磷酸鐵鋰相似，穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)使其具有較長的循環(huán)壽命，適合應(yīng)用于儲(chǔ)能場景；普魯士藍(lán)類正極材料，低成本化潛力最大，合成溫度低，但對(duì)于結(jié)晶水的控制較難，影響其電化學(xué)性能，材料熱失控情況下會(huì)釋放氫氰酸、氰氣等有毒氣體；有機(jī)類正極材料一般具有多電子反應(yīng)的特點(diǎn)，從而具有較高的比容量，目前處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未商業(yè)化應(yīng)用。層狀過渡金屬氧化物層狀過渡金屬氧化物是當(dāng)前最接近規(guī)?；慨a(chǎn)的正極體系。當(dāng)氧化物中鈉含量較高時(shí)(x≥0.5)一般以層狀結(jié)構(gòu)為主，當(dāng)鈉含量較低時(shí)(x＜0.5)主要以隧道結(jié)構(gòu)的氧化物為主。其中層狀結(jié)構(gòu)氧化物是研究最早的一類嵌入型化合物，具有較高的能量密度以及易制備的特點(diǎn)，現(xiàn)階段可逆比容量高達(dá)100-145mAh/g，是當(dāng)前最接近規(guī)?；慨a(chǎn)鈉電體系。隧道型氧化物是將不規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特“S”形通道連接形成的，晶體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，循環(huán)壽命及倍率性能優(yōu)異，對(duì)水氧穩(wěn)定，但是其初始鈉含量過低限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。層狀過渡金屬氧化物結(jié)構(gòu)通式為NaxMO2（M=Co,Mn,Fe,Cr,Ni等）。晶體結(jié)構(gòu)中過渡金屬元素M與周圍六個(gè)氧形成的MO6八面體，鈉離子位于過渡金屬層之間，形成MO6八面體層與NaO6堿金屬層交替排布的層狀結(jié)構(gòu)。按照鈉離子配位構(gòu)型不同分為O3、O2、P3和P2等不同結(jié)構(gòu)，最常見的是O3和P2兩種結(jié)構(gòu)，在特定合成條件下也可以得到P3結(jié)構(gòu)。鈉離子電池對(duì)于過渡金屬元素的選擇更加廣泛：在鎳、鈷、錳以外，鈦、釩、鉻、鐵和銅等元素均可以與鈉離子形成層狀結(jié)構(gòu)并具有電化學(xué)活性，通過多元陽離子取代可以減少脫嵌過程中的相變問題，進(jìn)而提升材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而延長循環(huán)壽命，由此，層狀氧化物正極材料又分為一元材料和多元材料。鈉離子電池層狀氧化物正極材料合成工藝與鋰電三元材料類似。層狀氧化物最常用的合成方法是固相反應(yīng)法，該方法操作簡單、易于控制、具有較短的工藝流程短，更易于工業(yè)化生產(chǎn)，主要步驟包括前驅(qū)體混合、燒結(jié)、摻雜，對(duì)于制備環(huán)境無特殊要求，可兼容鋰電三元材料生產(chǎn)線。中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、孚能科技、蔚藍(lán)鋰芯、傳藝科技、湖南立方、Faradion(英國)等公司選擇層狀金屬氧化物路線，其中銅系和鎳系相對(duì)主流，電芯能量密度可達(dá)140Wh/kg以上。聚陰離子類化合物聚陰離子化合物正極能量密度低，循環(huán)壽命優(yōu)異。鈉基聚陰離子化合物正極具有穩(wěn)定材料的晶體結(jié)構(gòu)，因此化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性較高，在倍率性能和循環(huán)壽命上具有突出優(yōu)勢，但導(dǎo)電率需提升，能量密度存在短板。與磷酸鐵鋰相似，由聚陰離子多面體和過渡金屬離子多面體形成具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的化合物，化學(xué)式為NaxMy(XaOb)zZw，M為過渡金屬或堿金屬等陽離子以Fe、Co、Ni等為代表，X為較高電負(fù)性元素如磷或硫，Z為氟或氫氧根等陰離子，常見的聚陰離子類正極材料主要包括磷酸鹽、焦磷酸鹽、硫酸鹽等。磷酸鹽體系中具有代表性的兩種材料為橄欖石結(jié)構(gòu)的NaFePO4和NASICON型結(jié)構(gòu)Na3V2(PO4)3。對(duì)于NaFePO4而言，橄欖石相只能在480℃以下穩(wěn)定存在，高于此溫度后其晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為不具備電化學(xué)活性的磷鐵鈉礦相。目前橄欖石型NaFePO4的制備主要通過離子交換法，由橄欖石型LiFePO4脫鋰后經(jīng)電化學(xué)鈉化合成。Na3V2(PO4)3是具有NASICON型結(jié)構(gòu)鈉電正極材料，因其晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在倍率性能及循環(huán)壽命方面表現(xiàn)優(yōu)異，但比容量低于橄欖石結(jié)構(gòu)材料。此外，釩元素價(jià)格較貴且存在毒性，降釩或無釩材料的開發(fā)是此類材料的發(fā)展方向。焦磷酸鹽：焦磷酸鹽熱穩(wěn)定性較高，化學(xué)式為Na2MP2O7（M=Fe,Co,Mn,Cu)，其結(jié)晶體結(jié)構(gòu)包括三斜晶型、四方晶型、正交晶型和單斜晶型幾種，多樣性的晶體結(jié)構(gòu)似的該材料吸引了廣泛的關(guān)注，但是該系列材料在比容量及動(dòng)力學(xué)性能上普遍存在短板，尚未得到商業(yè)化應(yīng)用。硫酸鹽：硫酸鹽類材料大部分來源于礦物，其通式可以寫成Na2M(SO4)2·2H2O。該材料電壓較高，但SO42-基團(tuán)熱力學(xué)穩(wěn)定性非較差，在400℃下分解產(chǎn)生SO2，此外，該材料易受環(huán)境中水分影響其循環(huán)壽命，理論容量也相對(duì)較低。目前聚焦于聚陰離子類正極材料路線的企業(yè)相對(duì)有限。鵬輝能源采用磷酸釩鈉類正極材料，鈉創(chuàng)新能源布局磷酸釩鈉及磷酸錳釩鈉體系，眾鈉能源則選擇硫酸鐵鈉方案，此外，法國Naiades采用氟磷酸釩鈉作為正極材料。普魯士藍(lán)類化合物普魯士類正極材料降本潛力大。普魯士類正極材料的化學(xué)式可表示為NaxM1[M2(CN)6]（0＜X＜2），M1為Fe、Mn或Ni等元素，M2為Fe或Mn，根據(jù)Na+含量不同，x＜1稱為普魯士藍(lán)，x≥1稱為普魯士白。該材料有較高的工作電勢（2.7~3.8Vvs.Na+/Na)；利用Mn3+/Mn2+和Fe3+/Fe2+氧化還原電對(duì)，最多可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Na+的可逆脫出/嵌入，對(duì)應(yīng)理論容量可達(dá)170mAh/g；具有穩(wěn)定的三維框架結(jié)構(gòu)及三維離子通道有利于Na+的快速脫出/嵌入；合成工藝簡單、成本低廉。結(jié)晶水影響其電化學(xué)性能。普魯士藍(lán)類正極材料采用共沉淀法制備，制備過程中晶體結(jié)構(gòu)存在結(jié)晶水，結(jié)晶水的存在容易占據(jù)原本用于儲(chǔ)鈉的活性點(diǎn)位，并且可能堵塞鈉離子疏運(yùn)通道，結(jié)晶水進(jìn)入電解液后可能造成電池短路。在其影響下材料存在容量利用率低、效率低、倍率差和循環(huán)不穩(wěn)定等問題，并且在熱失控情況下會(huì)釋放氫氰酸、氰氣等有毒氣體。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度方面，寧德時(shí)代2021年發(fā)布第一代鈉離子電池產(chǎn)品，在普魯士藍(lán)/硬碳體系下實(shí)現(xiàn)能量密度160Wh/kg，其規(guī)劃第二代鈉離子電池電芯單體能量密度將突破200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度將達(dá)到160Wh/kg；國內(nèi)多家企業(yè)對(duì)于此路線均在攻關(guān)結(jié)晶水問題；美國公司NatronEnergy使用普魯士藍(lán)體系實(shí)現(xiàn)鈉離子電池能量密度140Wh/kg。2.2負(fù)極：無定形碳為主流路線理想的鈉離子電池負(fù)極材料應(yīng)具有較低的氧化還原電勢（需高于鈉的沉積電勢以避免析鈉）、平穩(wěn)的電壓輸出平臺(tái)、較高的首周庫侖效率、豐富的儲(chǔ)納位點(diǎn)以保證高比容量、在鈉離子嵌/脫過程中能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)以確保良好的循環(huán)性能、較高的電子和離子電導(dǎo)率以滿足快充的需求。主要包括碳基負(fù)極材料、鈦基負(fù)極材料、合金負(fù)極材料、有機(jī)類負(fù)極材料、其他負(fù)極材料。其中碳基負(fù)極材料的無定形碳路線技術(shù)成熟度較高，展現(xiàn)出了優(yōu)秀的電化學(xué)性能，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快。目前布局鈉電負(fù)極材料的企業(yè)主要有傳統(tǒng)鋰電公司及新進(jìn)入者，主要聚焦于硬碳負(fù)極材料路線，目前大都處于中小試階段。在碳源方面多為生物質(zhì)、樹脂類路線，材料來源較為廣泛，木質(zhì)素、木屑、竹屑、椰子殼或堅(jiān)果殼等均可作為前驅(qū)體來源。碳基負(fù)極材料無定形碳是目前最具商業(yè)化應(yīng)用潛力的鈉電負(fù)極材料。碳基負(fù)極材料可以分為石墨類材料、納米碳材料以及無定型碳材料。石墨材料是目前主流的鋰離子電池負(fù)極材料，但是由于鈉離子與石墨層之間的相互作用較弱于鋰離子，難以形成穩(wěn)定的插層化合物，因此不適合作為鈉離子電池的負(fù)極材料。納米碳材料以石墨烯及碳納米管為代表，以表面吸附原理儲(chǔ)鈉，電化學(xué)性質(zhì)欠佳，目前不適合商業(yè)化應(yīng)用。無定形碳在鈉離子電池中展現(xiàn)了較高的理論容量、循環(huán)壽命及較低儲(chǔ)鈉電位，商業(yè)化潛力較大。無定形碳由彎曲的石墨層狀結(jié)構(gòu)隨機(jī)平移、旋轉(zhuǎn)、堆垛而成，在微觀結(jié)構(gòu)上具有較高的混亂度。在2800℃以上可以石墨化消除無序結(jié)構(gòu)的稱為軟碳，軟碳晶體結(jié)構(gòu)類似于石墨，但有序程度較低，晶體結(jié)構(gòu)中存在短程有序的石墨微晶，可以插層的方式儲(chǔ)鈉，在2800℃以上難以完全石墨化的稱為硬碳，硬碳的微觀結(jié)構(gòu)高度無序，在鈉離子電池領(lǐng)域展現(xiàn)出較為優(yōu)秀的電化學(xué)性能，預(yù)計(jì)會(huì)成為主流路線。硬碳材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得其具有較高的儲(chǔ)鈉位點(diǎn)，具有較高的可逆比容量及較低電位。在硬碳的微觀結(jié)構(gòu)中，石墨片層的層間距大且存在較多空洞及缺陷位點(diǎn)，鈉離子可以通過石墨片層插層、填孔、在與電解液基礎(chǔ)的表面形成電容型吸附、在內(nèi)部的缺陷位點(diǎn)形成贗電容型吸附等多種方式嵌入，因此具有較高的可逆比容量。軟碳因具有缺陷少、結(jié)晶度高、電導(dǎo)率高的特點(diǎn)。軟碳又稱易石墨化碳，微觀結(jié)構(gòu)與石墨類似，存在短程有序的石墨化微晶結(jié)構(gòu)，相較于硬碳具有更加規(guī)整的碳層排布，因?yàn)槠潆妼?dǎo)率較高故擁有較好的倍率性能，但是儲(chǔ)鈉量低于硬碳。硬碳前驅(qū)體的來源較為廣泛，主要包括生物質(zhì)類、樹脂類、化工原料類等，生物質(zhì)前驅(qū)體具有廣泛的來源和較高的性價(jià)比，在鈉離子電池領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用場景。軟碳前驅(qū)體主要來源于石油化工原料，如無煙煤、瀝青、石油焦等。鈦基負(fù)極材料鈦基材料具有穩(wěn)定層狀結(jié)構(gòu)，是一種典型的嵌入型負(fù)極材料。四價(jià)鈦元素在空氣中可以穩(wěn)定存在，在不同晶體結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出不同的儲(chǔ)鈉電位。然而這種材料普遍存在電子電導(dǎo)率差，需大劑量的導(dǎo)電劑配合，過多的導(dǎo)電劑降低了電池的首周庫倫效率及循環(huán)穩(wěn)定，降低了電池的能量密度及循環(huán)穩(wěn)定性。合金負(fù)極材料與鋰電池中的硅負(fù)極材料相似，鈉也可以與多種金屬如錫、銻、銦(Sn、Sb、In）形成合金，合金類材料以具有較高的儲(chǔ)鈉比容量及相對(duì)較低的反應(yīng)電勢，但是也存在著硅基材料在鋰電池中應(yīng)用的困境，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)較差及脫嵌鈉前后巨大的體積變化，循環(huán)過程中材料粉化嚴(yán)重，循環(huán)壽命較差，實(shí)際應(yīng)用較為困難。有機(jī)類負(fù)極材料有機(jī)類負(fù)極材料在自然界中含量豐富，具有較低的制備成本，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為靈活，可實(shí)現(xiàn)多電子反應(yīng)，但大部分有機(jī)負(fù)極材料的本征電子電導(dǎo)率低，對(duì)于導(dǎo)電劑添加量有較高需求，影響電池的首次庫倫效率及循環(huán)穩(wěn)定性，因此目前暫未有商業(yè)化應(yīng)用，處于實(shí)驗(yàn)室理論研究階段。2.3其他材料：基本可復(fù)用鋰電池技術(shù)電解液：電解液是連接正負(fù)極離子傳導(dǎo)的媒介，起到在正負(fù)極間傳輸離子的作用，是電池的重要組成部分，電解液影響電池的倍率、循環(huán)壽命、安全性和自放電。電解液主要由溶劑、電解質(zhì)（溶質(zhì)）和添加劑構(gòu)成，三者共同決定了電解液的性質(zhì)。目前滿足需求的鈉離子電池電解質(zhì)主要是六氟磷酸鈉(NaPF6)，但是存在化學(xué)穩(wěn)定性較差、易水解、遇痕量水生成HF會(huì)導(dǎo)致正極材料金屬溶出從而導(dǎo)致正極材料性能衰減的問題。溶劑與鋰電池類似，多采用酯類有機(jī)溶劑。隔膜：鈉離子電池中應(yīng)用的隔膜與鋰離子電池隔膜體系相似，廣泛應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域的PE/PP隔膜基本都可以移植在鈉離子電池中使用。集流體：在鋰離子電池中正極集流體通常選用鋁箔，負(fù)極側(cè)通常選用銅箔，因?yàn)樵诘碗妱菹落嚂?huì)和鋁發(fā)生合金化反應(yīng)，腐蝕集流體。但是在低電勢下鈉與鋁不發(fā)生合金化反應(yīng)，所以在鈉離子電池中其正負(fù)極兩側(cè)都可以選用成本鋁箔作為集流體，使得鈉離子電池在成本方面更具優(yōu)勢。導(dǎo)電劑：目前鈉離子電池中常用的導(dǎo)電劑材料主要是碳素材料，與鋰離子電池類似。主要包括乙炔黑、SuperP、導(dǎo)電石墨、科琴黑、碳納米管(CNT)、碳纖維和石墨烯等。3量產(chǎn)后鈉電池性價(jià)比有望大幅提升3.1當(dāng)前鈉離子電池成本較高核心原材料尚未大規(guī)模量產(chǎn)，電池物料成本偏高。當(dāng)前，鈉離子電池所需的正極、負(fù)極和電解液均未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，成本較高且產(chǎn)品性能、價(jià)格差異較大。我們通過參考百川盈孚數(shù)據(jù)、各公司公告、以及《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》中對(duì)于各類材料理論用量的指引搭建了鈉離子電池成本模型，按照層狀氧化物正極8萬元/噸，硬碳負(fù)極8.5萬元/噸，電解液15萬元/噸的價(jià)格估算，當(dāng)前鈉離子電池BOM成本約為0.67元/Wh，并不較磷酸鐵鋰電池具備優(yōu)勢。預(yù)計(jì)當(dāng)前生產(chǎn)成本顯著高于鋰電。參考《鈉離子電池科學(xué)與技術(shù)》中對(duì)于鈉離子電池生產(chǎn)初期的人工、設(shè)備折舊、能源消耗等成本的指引，我們假設(shè)當(dāng)前良品率為90%，測算得鈉離子電池成本合計(jì)0.93元/Wh，其中原材料以外成本大約較鋰電池高0.11元/Wh；上述成本在15%/20/%25%的毛利率下分別對(duì)應(yīng)售價(jià)為1.09/1.16/1.23元/Wh，與當(dāng)前磷酸鐵鋰電池價(jià)格基本持平。3.2核心原料供給提升有望支撐快速降本材料體系的不確定構(gòu)成了此前量產(chǎn)的瓶頸。鈉電正極材料體系眾多，互有優(yōu)劣，即使在層狀氧化物路線內(nèi)部又可進(jìn)一步劃分為銅鐵錳、鎳鐵錳、鎳錳鈦等多種體系；負(fù)極材料同樣存在碳基、鈦基、合金材料等多種路線選擇，碳基負(fù)極體系內(nèi)部又可細(xì)分為生物質(zhì)、無煙煤、瀝青、石墨等多種路線。材料體系的不確定，產(chǎn)品性能無法定型，構(gòu)成了此前量產(chǎn)的瓶頸。傳統(tǒng)正極材料廠商鈉電布局提速。目前行業(yè)內(nèi)基本確定了正極材料產(chǎn)業(yè)化初期的銅系和鎳系層狀金屬氧化物的路線，電芯能量密度可達(dá)140Wh/kg以上，同時(shí)層狀氧化物正極材料的生產(chǎn)與鋰電三元正極材料的生產(chǎn)相似，調(diào)整后的產(chǎn)線可兼容兩種材料的生產(chǎn)。當(dāng)前以容百科技、振華新材為代表的傳統(tǒng)正極材料廠商的鈉電正極進(jìn)展較快，隨著23-24年的初期產(chǎn)能建成，有望通過規(guī)?；a(chǎn)以及傳統(tǒng)廠商對(duì)于良品率更強(qiáng)的控制能力，顯著降低當(dāng)前鈉電正極材料的價(jià)格。負(fù)極材料制約因素有望逐漸打破。此前負(fù)極材料對(duì)于鈉電產(chǎn)業(yè)化也形成了制約，主要原因在于生產(chǎn)工藝適配性差、原材料批次一致性差、依賴日本進(jìn)口成本高企等。工藝適配性差的原因主要是此前原材料體系尚未確定，而目前各廠商初步確定了以生物質(zhì)類硬碳為主流的初期量產(chǎn)路線，生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化程度有望提高。不過生物質(zhì)材料的一致性較差，不同年份、產(chǎn)地、部位均會(huì)影響硬碳質(zhì)量；目前以樹脂和無煙煤混合硬碳為代表的產(chǎn)品加速研發(fā)，有望在產(chǎn)品性能、一致性、性價(jià)比和供應(yīng)穩(wěn)定等多方面獲得提升。另外隨著國內(nèi)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)推進(jìn)，同時(shí)國內(nèi)企業(yè)更加貼近終端客戶需求，國產(chǎn)硬碳性能與進(jìn)口產(chǎn)品的差距逐漸縮小，而成本優(yōu)勢較進(jìn)口產(chǎn)品十分明顯。多因素共振有望逐漸打破負(fù)極材料對(duì)鈉離子電池量產(chǎn)的制約。鈉電電解液產(chǎn)能規(guī)劃規(guī)模較大，價(jià)格有望快速下降。當(dāng)前鋰電電解液產(chǎn)能相對(duì)過剩，產(chǎn)品價(jià)格跌幅明顯，各大廠商對(duì)于鈉電電解液的布局比較積極。目前鈉電電解液缺少大規(guī)模產(chǎn)能，而根據(jù)我們不完全統(tǒng)計(jì)，若各廠商規(guī)劃產(chǎn)能全部建成，2023年底有望形成3.5萬噸鈉離子電池電解液和1.6萬噸六氟磷酸鈉產(chǎn)能，可供約20GWh鈉離子電池生產(chǎn)；并且考慮到鈉離子電池電解液的理論原料成本應(yīng)低于鋰電，我們預(yù)計(jì)鈉電電解液價(jià)格至2025年會(huì)出現(xiàn)快速下降的趨勢。預(yù)計(jì)23年和25年鈉離子電池成本有望分別降至0.85/0.62元/Wh。我們預(yù)計(jì)隨著正極、負(fù)極和電解液的規(guī)?；a(chǎn)，成本有望明顯下降；而大量廠商的涌入預(yù)計(jì)也將顯著提升供給，材料價(jià)格較當(dāng)前市場不成熟的階段有較大的下行空間。并且隨著生產(chǎn)良品率的提升，人工、折舊等原料以外成本向鋰電生產(chǎn)靠近，我們預(yù)計(jì)2023年鈉離子電池成本有望降至0.73元/Wh，在15%的毛利率下對(duì)應(yīng)售價(jià)為0.85元/Wh；預(yù)計(jì)2025年鈉離子電池成本有望降至0.53元/Wh，在15%的毛利率下對(duì)應(yīng)售價(jià)為0.62元/Wh。3.3高價(jià)碳酸鋰顯著提高鈉電價(jià)格空間碳酸鋰價(jià)格高位震蕩。2022年3月電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格突破50萬元/噸以來，至今維持高位，帶動(dòng)鋰電池價(jià)格持續(xù)攀升；目前電池級(jí)碳酸鋰報(bào)價(jià)50-55萬元/噸左右，磷酸鐵鋰電芯價(jià)格約0.96元/Wh，磷酸鐵鋰PACK價(jià)格約1.15元/Wh。即使鋰價(jià)下行，鈉離子電池仍具備較大的價(jià)格空間。根據(jù)我們的測算，假設(shè)每GWh磷酸鐵鋰電池的生產(chǎn)需要650噸碳酸鋰，且其他成本維持穩(wěn)定，預(yù)計(jì)碳酸鋰價(jià)格分別降至40/30/20/10萬元/噸時(shí)，對(duì)應(yīng)的磷酸鐵鋰電池Pack價(jià)格分別為1.1/0.91/0.81/0.72元/Wh。假設(shè)將鈉離子電池價(jià)格較磷酸鐵鋰電池低20%視為具備價(jià)格優(yōu)勢，則結(jié)合我們此前的測算，若2023年碳酸鋰價(jià)格維持45萬元/噸以上，則年底首批量產(chǎn)的鈉離子電池可較鋰電池具備明顯價(jià)格優(yōu)勢；即使碳酸鋰價(jià)格低至25萬元/噸，鈉電價(jià)格仍有望低于鋰電。而2025年碳酸鋰價(jià)格在15萬元/噸以上，鈉電價(jià)格即有望具備明顯優(yōu)勢。4三大應(yīng)用場景有望快速擴(kuò)大市場空間兩輪電動(dòng)車、儲(chǔ)能、A級(jí)以下乘用車為鈉離子電池主要潛在市場。兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域?qū)τ谳p量化、長續(xù)航的需求催生了近年來鋰電池對(duì)鉛酸電池的替代，不過隨著鋰價(jià)的大幅上漲，需要通過換裝鈉離子電池實(shí)現(xiàn)降本并加速對(duì)鉛酸電池的替代。鈉離子電池的廉價(jià)、耐低溫、安全等特點(diǎn)帶來儲(chǔ)能領(lǐng)域的較大空間；同時(shí)由于儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)τ谀芰棵芏鹊囊笙鄬?duì)較低，而對(duì)循環(huán)壽命的要求較高，與聚陰離子型鈉電池的特性比較契合。A級(jí)以下乘用車由于對(duì)于續(xù)航里程的需求較低，而對(duì)成本的敏感性較強(qiáng)，同樣適合應(yīng)用鈉離子電池；而鈉電和鋰電的混用技術(shù)有望進(jìn)一步覆蓋續(xù)航500公里以下的車型需求。4.1兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域有望率先放量兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域有望成為鈉離子電池最先落地的應(yīng)用場景。小牛電動(dòng)此前宣布計(jì)劃于2023年推出首款鈉離子電池產(chǎn)品；星恒電源發(fā)布了用于兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域的鈉離子電池，計(jì)劃產(chǎn)品于23年3月上市；傳藝科技公告顯示，23年以來陸續(xù)給兩輪車和儲(chǔ)能領(lǐng)域的客戶送樣鈉離子電池。新國標(biāo)頒布以來鋰電滲透率快速提升。2021年我國兩輪電動(dòng)車中鋰電產(chǎn)品銷量占比23.4%，鉛酸電池產(chǎn)品占比76.6%。2019年電動(dòng)自行車新國標(biāo)以來，由于要求整車質(zhì)量小于55kg，而傳統(tǒng)鉛酸電池組相對(duì)笨重，可占整車限重的60%以上，因此能量密度更高的鋰電池滲透率快速提升。不過當(dāng)前鋰價(jià)的高企抑制了兩輪電動(dòng)車領(lǐng)域的鋰電化進(jìn)展。鈉離子電池在兩輪車領(lǐng)域有望對(duì)鉛酸電池和鋰電池快速替代。鈉離子電池在循環(huán)壽命和能量密度等方面的性能顯著優(yōu)于鉛酸電池，當(dāng)前各廠商產(chǎn)品的性能參數(shù)已足以應(yīng)對(duì)電動(dòng)兩輪車領(lǐng)域的需求，并且我們預(yù)計(jì)23-24年量產(chǎn)產(chǎn)品的價(jià)格有望明顯低于鋰電池，因此對(duì)于鉛酸電池和鋰電池均有較大的替代空間。4.2大型儲(chǔ)能的應(yīng)用需待循環(huán)壽命提升鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域開始示范性應(yīng)用。22年10月，中國能建中標(biāo)三峽能源安徽阜陽市300MW/600MWh儲(chǔ)能項(xiàng)目，其中包括30MW/60MWh鈉離子電池儲(chǔ)能單元，是當(dāng)前國內(nèi)最大規(guī)模的鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，相較此前投運(yùn)的中科海鈉1MWh鈉離子電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目而言規(guī)模大幅提升。廣西、深圳、山西、河南等地的能源領(lǐng)域規(guī)劃性文件中提及開展鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用示范。低能量密度可能導(dǎo)致早期鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投資高于鋰電。我們通過建立儲(chǔ)能電站的盈利模型分析鈉離子電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)性。假設(shè)鈉離子電池和磷酸鐵鋰電池的成本分別為0.85元/Wh和0.95元/Wh；由于能量密度的劣勢，同等規(guī)模的鈉電系統(tǒng)需要更多預(yù)制艙，預(yù)計(jì)電池以外的設(shè)備成本會(huì)高于鋰電；假設(shè)鈉電和鋰電的循環(huán)壽命分別為3500次和5000次，而鈉電在放電深度上可具備優(yōu)勢；假設(shè)儲(chǔ)能電站每年運(yùn)行350天，每天一充一放，主要通過現(xiàn)貨市場套利、容量補(bǔ)償和共享儲(chǔ)能租金獲得收入。5000次以上的循環(huán)壽命和較鋰電低15%的價(jià)格，是鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目具備經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵。鈉離子電池在大型儲(chǔ)能項(xiàng)目，在上述假設(shè)條件下，我們測算得鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的IRR為3.63%，而鋰電池儲(chǔ)能IRR為7.15%。我們對(duì)鈉離子電池價(jià)格、循環(huán)壽命和能量密度進(jìn)行了敏感性分析，認(rèn)為影響儲(chǔ)能項(xiàng)目收益率的最主要因素在于循環(huán)壽命；當(dāng)循環(huán)壽命為4000次，能量密度為130Wh/kg時(shí)，預(yù)計(jì)鈉離子電池價(jià)格降至0.55元/Wh可獲得高于鋰電的儲(chǔ)能項(xiàng)目收益率；當(dāng)循環(huán)壽命提升至5000次，能量密度保持不變，0.8元/Wh的電池價(jià)格即有望獲得優(yōu)于鋰電的收益率。鈉電在用戶側(cè)儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心和基站儲(chǔ)能等中小型儲(chǔ)能領(lǐng)域有望率先滲透。大型電力儲(chǔ)能項(xiàng)目對(duì)于項(xiàng)目收益率的要求較高，且隨著電網(wǎng)波動(dòng)性較大、調(diào)頻需求的提升，對(duì)于電池循環(huán)壽命的要求預(yù)計(jì)會(huì)提升。不過在戶用儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心和通信儲(chǔ)能等調(diào)用次數(shù)較低、項(xiàng)目規(guī)模較小的領(lǐng)域，鈉離子電池循環(huán)壽命和能量密度低的缺點(diǎn)或被縮小，而更高的安全性、耐低溫等優(yōu)勢或被放大，率先得到應(yīng)用。4.3鈉鋰混搭打開乘用車應(yīng)用空間鈉離子電池有望滲透A級(jí)以下電動(dòng)車市場。A0和A00級(jí)電動(dòng)車對(duì)于續(xù)航里程要求較低，對(duì)于電池能量密度的要求可放低，且對(duì)電池價(jià)格的敏感性更高，提供了鈉離子電池的市場機(jī)會(huì)。2022年1-10月，A級(jí)以下電動(dòng)車占據(jù)了我國電動(dòng)車銷量40.6%的市場份額，市場空間較大。寧德時(shí)代提出AB電池解決方案，可以實(shí)現(xiàn)鈉離子電池與鋰離子電池的集成混合共用。將兩種電池集成到同一個(gè)電池包中，按照特定的比例和排列進(jìn)行混搭，串聯(lián)、并聯(lián)、集成，通過BMS的精準(zhǔn)算法，進(jìn)行不同電池的均衡控制，實(shí)現(xiàn)二者電池性能的取長補(bǔ)短。既彌補(bǔ)了鈉離子電池在現(xiàn)階段的能量密度短板，也發(fā)揮了它高功率、低溫性能的優(yōu)勢。這樣的鈉鋰電池系統(tǒng)，就能夠應(yīng)用于更多復(fù)雜場景。鈉鋰混搭有望滿足續(xù)航500公里的車型需求，覆蓋65%的純電乘用車市場。2022年11月，寧德時(shí)代研究院副院長黃起森在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展論壇上表示，此前市場觀點(diǎn)認(rèn)為鈉離子電池普遍只能滿足續(xù)航400公里以下的車型需求；不過通過鈉鋰混搭的AB電池結(jié)構(gòu)，鈉離子電池可以滿足續(xù)航500公里的車型需求，有望覆蓋純電動(dòng)乘用車65%左右的市場。4.4鈉離子電池需求有望快速擴(kuò)大預(yù)計(jì)鈉離子電池在兩輪車、儲(chǔ)能和A級(jí)以下乘用車領(lǐng)域率先放量。我們認(rèn)為國內(nèi)廠商對(duì)于尋求鋰電替代品的需求迫切性高于海外，故在鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化初期的2023-2027年5年時(shí)間內(nèi)，主要市場或?qū)⒓性趪鴥?nèi)。我們假設(shè)鈉電在電動(dòng)兩輪車領(lǐng)域的滲透率在2025年快速提升至與當(dāng)前鋰電滲透率相當(dāng)?shù)?5%左右；假設(shè)在戶用及工商業(yè)儲(chǔ)能、5G基站、數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域2025年滲透率達(dá)到15%；大型儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用從2025年開始放量；假設(shè)A00級(jí)電動(dòng)車2025年滲透率達(dá)到10%，A0級(jí)電動(dòng)車通過鋰鈉各占50%混搭的形式應(yīng)用，假設(shè)2025年滲透率為10%。預(yù)計(jì)25年市場空間有望達(dá)到200億元，27年有望超過800億元。根據(jù)上述假設(shè)條件，我們測算得2025年國內(nèi)市場鈉離子電池需求量有望達(dá)到32.9GWh，對(duì)應(yīng)市場空間約203.7億元；預(yù)計(jì)2027年國內(nèi)市場鈉離子電池需求量有望達(dá)到137.3GWh，對(duì)應(yīng)市場空間約824億元；市場空間有望快速擴(kuò)大。5投資分析5.1傳藝科技：打造鈉電一體化布局公司2022年前三季度實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入15.19億元，同比增長8.5%，歸母凈利潤0.93億元，同比下降28.3%；扣非后歸母凈利潤1.30億元，同比增長19.8%；公司2022年前三季度綜合毛利率為24.6%，同比提升3.3pct，主營業(yè)務(wù)筆記本電腦鍵盤、觸控板和FPC等業(yè)務(wù)穩(wěn)健增長。鈉電產(chǎn)能建設(shè)進(jìn)展較快。公司鈉電池中試線已于2022年10月27日投產(chǎn)，各項(xiàng)生產(chǎn)順利，工藝持續(xù)優(yōu)化，產(chǎn)品18650號(hào)電池性能測試優(yōu)越；公司已完成一期4.5GWh的廠房建設(shè)，設(shè)備陸續(xù)安裝進(jìn)場，預(yù)計(jì)2023年上半年即可投產(chǎn)；公司預(yù)計(jì)2023年鈉離子電池出貨量可達(dá)2GWh-3GWh，主要面對(duì)儲(chǔ)能和兩輪電動(dòng)車用戶，當(dāng)前送樣反饋較好。前瞻布局鈉電一體化。公司建立材料端和電池端兩大業(yè)務(wù)體系，著眼實(shí)現(xiàn)鈉電池產(chǎn)業(yè)一體化模式，有望降低材料成本和電池成本；公司目前已取得A00級(jí)車、小動(dòng)力車以及基站等領(lǐng)域客戶的訂單，產(chǎn)品可應(yīng)用于太陽能風(fēng)能等大型儲(chǔ)能領(lǐng)域；公司研發(fā)實(shí)力雄厚，四個(gè)團(tuán)隊(duì)70余人進(jìn)行鈉電研發(fā)，產(chǎn)品性能行業(yè)領(lǐng)先。5.2維科技術(shù)：攜手鈉創(chuàng)推進(jìn)鈉電池量產(chǎn)與浙江鈉創(chuàng)合作開拓鈉電池市場。2022年9月，維科技術(shù)與浙江鈉創(chuàng)簽訂《深度合作戰(zhàn)略框架協(xié)議》，維科技術(shù)將參與浙江鈉創(chuàng)A輪融資。浙江鈉創(chuàng)是鈉離子電池領(lǐng)域領(lǐng)先企業(yè)，深耕鈉電技術(shù)創(chuàng)新多年，在鈉電產(chǎn)業(yè)鏈核心材料和電芯制造方面取得了較大的成果，目前已投產(chǎn)年產(chǎn)4萬噸鈉離子正極材料項(xiàng)目，在未來的3-5年內(nèi)分期建設(shè)8萬噸正極材料和配套電解液生產(chǎn)線，這將對(duì)維科技術(shù)鈉電池生產(chǎn)提供材料供應(yīng)等方面的支持。規(guī)劃2GWh鈉離子電池產(chǎn)能。維科技術(shù)在鋰電池生產(chǎn)方面有多年經(jīng)驗(yàn)，考慮到鈉離子電池具有更好的市場前景，公司于2019年開始研究鈉電池，已建立了鈉電池工程研究中心，目前研發(fā)中心開發(fā)的鈉電池能量密度150Wh/kg，循環(huán)次數(shù)3000次以上。同時(shí)，維科技術(shù)將在江西維科產(chǎn)業(yè)園建設(shè)鈉電產(chǎn)業(yè)化基地，項(xiàng)目初期擬建2GWh鈉電池生產(chǎn)線，該項(xiàng)目將于2023年6月實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)，主要面向低速車和儲(chǔ)能市場。傳統(tǒng)鋰電業(yè)務(wù)穩(wěn)健發(fā)展。維科技術(shù)是國內(nèi)領(lǐng)先的3C數(shù)碼電池供應(yīng)商，2017-2022Q3營業(yè)收入平穩(wěn)增長，同時(shí)積極拓展小動(dòng)力和儲(chǔ)能領(lǐng)域市場，為鈉離子電池業(yè)務(wù)的開展提供客戶資源和技術(shù)儲(chǔ)備。現(xiàn)階段，公司鋰電產(chǎn)能利用率處于高位，有望為新業(yè)務(wù)的開拓貢獻(xiàn)穩(wěn)定現(xiàn)金流。5.3振華新材：鈉電正極產(chǎn)能加速擴(kuò)充業(yè)績高速增長，盈利能力提升。由于疫情停產(chǎn)停工、訂單延遲，2019、2020年公司呈虧損狀態(tài)。隨著疫