2023年钠电池行业系列深度报告word：性能和应用有望与锂电互补2023年将迎量产元年.docx

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1、正文目录1钠离子电池：性价比突出，主流路线明晰41.1 钠电池性价比突出，目前处于痛点攻坚期41.2 电极材料技术分析：主流路线基本明晰51.3 成本：量产后将具有突出的材料成本优势92应用场景空间广阔，2025年全球需求98GWh113产业链布局加速，2023年将是量产元年123.1 电池环节产业布局：技术快速推进，2023年量产123.2 正极材料布局：以层状氧化物为主，预计2023-2025年量产153.3 负极材料布局：优选硬碳，部分公司已实现量产163.4 电解液环节布局：承袭锂电池电解液产线，主打六氟磷酸钠材料183.5 正负极集流体布局：铝箔单位需求量提升184投资分析建议195

2、风险提不21图表目录图1：钠离子电池工作原理4图2：钠离子电池的性能优势4图3：主要正极材料的结构图5图4：钠电池正极材料和锂电池正极材料的容量与电压的对比7图5：层状氧化物结构示意图.（a）P2型；（b）03型；（C）P3型7图6：中科海纳的钠电池正极材料（单位：mAhg,V）7图7：石墨、软碳和硬碳的微观结构8图8：硬碳材料性能提升策略9图9：不同钠盐的物化性能及在其硬碳体系中的电化学性能分析（单位：,V,%）9图10：中科海钠全产业链布局分工12图11：宁镌时代第一代钠离子电池与磷酸铁锂电池性能指标对比图13图12：佰思格产品性能与竞品的对比（单位：mAhg,%,万元/吨，V,次）16表

3、1：金属钠与金属锂的物化性质对比（单位：gmo1,nm,V,%,万元/吨，mAhg）4表2：钠离子电池与锂离子电池对比（单位：Whkg,mo11,V,C）5表3：主流三种钠电池正极材料的比较6表4：碳基负极的对比8表5：钠电池成本和磷酸铁锂电池成本测算（单位：吨/GWh,万平米/GWh,万元/吨，元/平方米，元/Wh,%）10表6：目前为止钠电池的产业化事件11表7：全球钠电池和主要材料的市场需求量测算（单位：GWh,%,吨/GWh,万平/GWh,万吨，亿平方米）11表8：钠离子电池环节企业布局14表9：钠离子电池正极材料企业布局15表10：贝特瑞钠电硬碳和软碳产品（单位：m,gcm3,m2g

4、,mAhg,%）17表11：钠离子电池负极材料企业布局17表12：钠离子电池电解液环节企业布局18表13：电池铝箔环节企业布局19表14：钠电池产业链企业可比公司估值表（单位：亿元，元/股，倍）201钠离子电池：性价比突出，主流路线明晰1.1 钠电池性价比突出,目前处于痛点攻坚期钠离子电池主要由正极材料负极材料、电解质和隔膜等关键部件组成。钠离子电池的工作原理和锂离子电池相似，都属于“摇椅式”。充电时钠离子从正极材料脱出后，经过电解质嵌入负极材料中。与此同时电子则从正极经由外电路运动到负极，以维系整个系统的电荷平衡。放电过程则与充电过程相反。其中钠离子电池正、负极材料体系为决定性因素，电解质主

5、要与正、负极材料体系进行选择匹配使用。与锂电池相比,钠电池的优势在于：1）资源丰富和低成本：相比锂离子的稀缺性，钠离子在地壳元素中的储能更丰富，因而成本低，可成为锂离子电池很好的补充，截至2023年11月数据，碳酸钠价格约为碳酸锂价格的1/200,此外钠电池的正负极均采用铝箔，可进一步降低成本；2）宽温性：在-40C80C的温度范围内均有较好的容量保持率；3）快充和倍率性好：相同浓度的钠离子电池电解液比锂离子电池电解液具有更高的离子电导率，同时钠离子在极性溶剂中具有更低的溶剂化能，使其在电解液中具有更快的动力学性质，具有更高的电导率；4）安全性：钠电池可在零电压下保存及运输，无运输安全风险，在

6、短路时，自发热热量少，无起火/爆炸等隐患；5）生产：与锂离子电池具有类似的工作原理和材料构成，生产经验和设备可以部分兼容。表1：金属钠与金属锂的物化性质对比（单位：gmo1,nm,V,C,%万元/吨，mAhg）物化性质钠锂原子质量/gmo,236.94阳离子半径/nm0.1020.069标准电极电位/V（vsSHE）-2.71-3.04熔点/97.7180.5地壳元素储量/%2.64%0.006%价格/万元每吨约2.650-60理论容量/(ACoO2,mAhg,)235274优点成本低，安全性高电压高，比容量高资料来源：中国知网，生意社，上海有色网，浙商证券研究所*价格时间截至2023年I1月

7、，系碳酸盐产品钠离子电池技术实用化的痛点在于：I）钠离子质量比锂离子重电负性不及理,因而能量密度不及锂。同类电极材料钠离子电池的电压比锂离子电池低，因此钠离子电池比容量低，能量密度也低。2）钠黑子体积更大,难以脱嵌,循环性能较差。钠离子半径比锂离子大，因此导致钠离子在刚性结构中相对比较稳定，难以可逆脱嵌。即使可以发生脱嵌，钠离子嵌入脱出的动力学很慢，并且容易引起电极材料的结构产生不可逆的相变，从而降低了电池的循环性能。表2：钠离子电池与锂离子电池对比（单位：Wh/kg,mo11,V,C）锂离子电池钠离子电池正极材料三元材料镭酸俚磷酸铁锂层状氧化物聚阴离子普鲁士篮负极材料石墨无定形碳电解液1.0

8、mo1/11iPF6(feEC+DMC+EMC+DEC0.5mo1/1NaPF6&/EC+DMC+EMC+DEC+PC正、负极集流体正极铝箔,负极铜箔正负极均为铝箔隔膜PP/PEPP/PE（质量）能量密度200-300Whkg120Wh/kg160Whkg100-170Wh/kg80-130Whkg90-140Whkg工作电压3.7V4.1V3.4V2.5-3.53.0-4.02.5-3.5循环寿命8004003000-6000450050003000快充性能良好良好良好良好良好良好安全性较差中等中等中等中等中等高、低温性能-20eC-60C高温衰减严重不可逆低温性较差-40-8OC-40-5

9、5eC-20-40C成本高较低较高较低较低低1.2 资料来源：中国知网，高工锂电，春杨资讯，浙商证券研究所1.3 电极材料技术分析：主流路线基本明晰（1）正极材料：层状氧化物是主流方向针对钠离子电池的两个痛点,电极材料是改进其能量密度电压与循环性能的关键。只有研发出适于钠离子稳定脱嵌的正负极材料，才能推进钠离子电池的实用化。已有的正极材料主要包括层状氧化物材料、聚阴离子材料和普鲁士蓝/白类材料。其中，层状氧化物材料为目前钠离子电池的主流方向。图3：主要正极材料的结构图三种钠电正极材料性能各具优劣，分别对应不同的应用场景各家企业布局不同。(1)层状氧化物：与锂离子电池三元材料均为一种嵌入或插层型

10、化合物，二者生产工艺类型相同，且产线可以共用，工艺成熟度相对较高。在性能方面，层状氧化物具有比容量高、压实密度高等，结构利于储钠，但结构存在相变，导致循环性能和稳定性较差：此外，层状氧化物极易与空气中的水和二氧化碳等物质反应，在晶体结构表面形成副产物，未来应用场景偏向于动力和性能要求较高的领域。根据钠离子的配位环境和氧的堆积方式，层状氧化物可分为03、P3、P2、02等，其中03型材料和P2性材料的发展前景较好。03型材料(如NaNio2、NaFeO2,NaCro2等)具有更高的钠含量，能量密度更高，但由于钠离子迁移的扩散能垒高，故其循环寿命较差。P2型材料(如Na2Z3Nih3Mn2Z3O2

11、Na2Z3Fep2Mniz2O2等)循环寿命较好、空气稳定性较高，但比容量略低。布局企业包括中科海纳、宁德时代、钠创新能源和Faradian等。(2)聚阴离子：具有稳定的框架结构，使得该类材料具有优越的热稳定性、循环寿命和安全性，但大质量的阴离子基团较多，导致材料的导电性和比容量较差，且能量密度较低，适宜在混动车、不间断电源等领域应用。常见的聚阴离子材料有硫酸铁钠、磷酸铁钠、磷酸机钠、氟磷酸钿钠、焦磷酸盐等。其中硫酸根比磷酸根电负性强、工作电压更高，且硫酸盐系材料具有低成本的优势，但其易吸潮分解使得材料的循环寿命比较差。机基聚阴离子材料具有较高的工作电压(3.43.8V)和较高的理论比容量，但

12、由于帆成本较高且具有毒性，削弱了其作为钠离子电池材料的性价比优势。布局企业包括众钠能源、钠创新能源和NaiadeS等。(3)普鲁士蓝类：发展较晚，成本最低，能量密度较高，开放三维结构利于钠离子脱嵌,安全性、倍率性好，但制备过程中难以控制配位水，导电性和循环寿命较低，合成条件苛刻，且鼠化物具有潜在毒性，目前主要的制备方法是共沉淀法和水热法，更适用于大规模推广的场景，例如储能电站。布局企业包括宁德时代、星空钠电和NatronEnergy等。表3：主流三种钠电池正极材料的比较I正极材料优点缺点应用方向企业布局I层状氧化物材料理论容量较高：结构利于储钠电平台较低，结构和热稳定性较差：制备较为困难动力和

13、性能要求较高的领域宁德时代使用银基层状氧化物方案；中科海钠选用铜铁钛氧化物方案；钠创新能源选用铁酸钠基氧化物方案；海外企业中，Faradian采用集基层状氧化物方案。聚阴离子材料良好的热稳定性、结构稳定性：较高的电压平台理论容量较低，电导电率低，无法大电流下冲放电混动车、不间断电源，低速车、家用或集装箱储能众钠能源采用低成本的硫酸铁钠作为解决方案，钠创新能源在积极研发磷酸钿钠、磷酸钛机钠等材料体系。海外企业中，Naiades和Tiamat均采用了氨磷酸钿钠作为正极材料。国内电池企业中，宁德时代推出普鲁士白材料用普鲁士蓝类材料低成本、低环境影响；高电化学性能合成条件苛刻储能电站于钠离子电池中，星

14、空钠电也提出铁基普鲁士蓝材料用做电池负极。海外企业中，NaironEnergy和AImS均在进行积极布局。资料来源：中国知网，鑫稷资讯，浙商证券研究所图4：钠电池正极材料和锂电池正极材料的容量与电压的对比图5：层状氧化物结构示意图（a）P2型；（b）O3型；（c）P3型?Wo2.25xo03typeCABCABcA资料来源：中国知网，浙商证券研究所资料来源：中国知网，浙商证券研究所层状氧化物是目前研发进展最快的正极材料,有望率先实现量产。中科海纳作为聚焦层状氧化物正极材料的代表公司，在技术研发方面进展迅速。层状氧化物的研发主要需要克服复杂结构演变、不可逆相转变、传输动力学差、空气稳定性差等关键科学问题。中科海钠在国际上首次发现心u氧化还原电对在含钠层状氧化物中高度可逆。基于此，公司设计和制备出低成本、环境友好的Na-Cu-Fe-Mn-M-O层状氧化物正极材料（铜铁钵皆为廉价金属），该正极材料的专利已经在中国、日本、美国、欧盟获得授权。图6：中科海纳的钠电池正极材料（单位：mAhg,V）正极：CU基层状氧化物层状氧化物路线核心专利壁垒脱离Ni、CO贵金属，性价比高资料来源：中科海纳，浙商证券研究所*注：纵坐标是电压，横坐标是比容量（mAhg）（2）负极材料的改进：软碳、硬碳优劣不一碳基材料中首选无定形碳材料。目前可以作电池负极材料的碳基类材料主要包括石墨类碳材料