钠离子电池具有资源丰富、成本低的优势：与锂处于同一主族具有相似物理化学性质的钠资源非常丰富，完全不受资源和地域的限制，所以钠离子电池能够完美解决资源“卡脖子”问题。由于钠离子电池正极材料不需要用到价格较高的锂盐作为原材料，加之阴阳极集流体均可使用价格较低的铝箔，因此钠离子电池材料成本低于锂离子电池材料成本的30%以上。即使当碳酸锂价格跌至10万元/吨时，钠离子电池相对磷酸铁锂电池仍有15%左右的成本优势。
　　倍率性能、高低温性能优于磷酸铁锂：钠离子的溶剂化能比锂离子更低，即具有更好的界面离子扩散能力；同时，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率，因此，钠离子电池的倍率性能更好，功率输出和接受能力更强，已公开的钠离子电池具备3C及以上充放电倍率，在规模储能调频和新能车上均能得到很好的应用。钠离子电池高低温性能较磷酸铁锂更优异，在-20℃低温下容量保持率达到90%以上，高温80℃可以循环充放使用，这将提升新能车在高温和低温环境下的续航里程达成率，降低储能系统的一次投入成本和运行成本。
　　层状氧化物+硬碳是当前主流方案：按正极材料分，钠离子电池主要有层状氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物体系。层状氧化物结构类似于锂离子电池的三元材料，其因技术转化容易、能量密度高、倍率性能较好而成为当前产业化进展最快的钠离子电池体系。普鲁士体系原材料成本低廉、能量密度高且理论寿命优于层状氧化物，因此被认为是最有潜力的钠离子电池体系，但是结晶水、氰化物毒性问题是需要在规模化应用前解决的重大问题。聚阴离子正极的循环性能较好，且工作电压高，但能量密度较低，导电性、倍率性能较差，需要使用碳包覆或掺杂提高电子电导率。负极材料方面，硬碳材料具备储钠比容量较高、储钠电压较低、循环性能较好等诸多性能优势，同时具备碳源丰富、低成本、无毒环保等优势，是当前首选的钠离子电池负极材料。
　　钠离子电池在乘用车和储能应用前景大，市场规模有望超1800亿元：通过AB电池技术，搭载钠离子电池的电动车续航能到达到300~500km，且成本较锂离子电池更低，有望在中低端电动车上广泛应用。同样得益于成本优势，聚阴离子体系的钠离子电池有较好的循环寿命，在储能领域有较大的应用市场。根据我们的测算，2027年全球钠电池乘用车、电动两轮车、储能电池、电动工具装机量分别有望达到29.75、26.15、343.28、8.66GWh，按照储能电池0.45元/wh、其他电池0.5元/wh的价格进行计算，总市场有望超1800亿元。
　　投资建议：根据各公司的产业化进展来看，2023年将会是各大企业实现钠离子电池量产及规模化应用的元年，有望先后在二轮车、乘用车、储能领域实现逐步渗透。建议重点关注电池及正负极材料环节。推荐关注钠离子电池环节布局领先的企业：【宁德时代】、【鹏辉能源】、【孚能科技】、【传艺科技】、【维科技术】；钠电正极材料：【振华新材】、【容百科技】、【当升科技】、【德创环保】、【美联新材】、【七彩化学】；钠电负极材料：【贝特瑞】、【杉杉股份】、【圣泉集团】、【元力股份】等。
　　风险提示：新技术验证和测试进展不及预期；新能源汽车销量及储能装机量不及预期；原材料大幅上涨；行业相关公司产能建设不及预期；行业竞争加剧。
　　

研究报告全文：证券研究报告行业深度新能源电池钠离子电池成本驱动部分性能占优新能源电池新技术之三2023年03月15日2021A2022E2023E重点股票评级EPS元PE倍EPS元PE倍EPS元PE倍评级领先大市宁德时代65269331258359318812403买入评级变动维持鹏辉能源买入0401515613544413501714资料来源iFinD财信证券行业涨跌幅比较新能源电池沪深300投资要点25钠离子电池具有资源丰富成本低的优势与锂处于同一主族具有相15似物理化学性质的钠资源非常丰富完全不受资源和地域的限制所5-5以钠离子电池能够完美解决资源卡脖子问题由于钠离子电池正-15极材料不需要用到价格较高的锂盐作为原材料加之阴阳极集流体均-25可使用价格较低的铝箔因此钠离子电池材料成本低于锂离子电池材2022-032022-062022-092022-12料成本的30以上即使当碳酸锂价格跌至10万元吨时钠离子电1M3M12M池相对磷酸铁锂电池仍有15左右的成本优势新能源电池-1002-584-2385倍率性能高低温性能优于磷酸铁锂钠离子的溶剂化能比锂离子更沪深300-383099-747低即具有更好的界面离子扩散能力同时相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率因此钠离子电池的倍率性能更好周策分析师功率输出和接受能力更强已公开的钠离子电池具备3C及以上充放执业证书编号S0530519020001zhouce67hnchasingcom电倍率在规模储能调频和新能车上均能得到很好的应用钠离子电杨鑫研究助理池高低温性能较磷酸铁锂更优异在-20低温下容量保持率达到90yangxin13hnchasingcom以上高温80可以循环充放使用这将提升新能车在高温和低温环境下的续航里程达成率降低储能系统的一次投入成本和运行成本相关报告1新能源电池行业点评中科海钠发布三款钠离层状氧化物硬碳是当前主流方案按正极材料分钠离子电池主要有子电池钠电池样车亮相2023-02-25层状氧化物普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物体系层状氧化2新能源电池行业2月份月报电池产销量环比物结构类似于锂离子电池的三元材料其因技术转化容易能量密度大幅下滑原材料价格持续下跌2023-02-20高倍率性能较好而成为当前产业化进展最快的钠离子电池体系普3国内1月动力电池产量环比下降463美国鲁士体系原材料成本低廉能量密度高且理论寿命优于层状氧化物动力电池市场有望打开2023-02-15因此被认为是最有潜力的钠离子电池体系但是结晶水氰化物毒性问题是需要在规模化应用前解决的重大问题聚阴离子正极的循环性能较好且工作电压高但能量密度较低导电性倍率性能较差需要使用碳包覆或掺杂提高电子电导率负极材料方面硬碳材料具备储钠比容量较高储钠电压较低循环性能较好等诸多性能优势同时具备碳源丰富低成本无毒环保等优势是当前首选的钠离子电池负极材料钠离子电池在乘用车和储能应用前景大市场规模有望超1800亿元通过AB电池技术搭载钠离子电池的电动车续航能到达到300500km且成本较锂离子电池更低有望在中低端电动车上广泛此报告仅供内部客户参考请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告应用同样得益于成本优势聚阴离子体系的钠离子电池有较好的循环寿命在储能领域有较大的应用市场根据我们的测算2027年全球钠电池乘用车电动两轮车储能电池电动工具装机量分别有望达到2975261534328866GWh按照储能电池045元wh其他电池05元wh的价格进行计算总市场有望超1800亿元投资建议根据各公司的产业化进展来看2023年将会是各大企业实现钠离子电池量产及规模化应用的元年有望先后在二轮车乘用车储能领域实现逐步渗透建议重点关注电池及正负极材料环节推荐关注钠离子电池环节布局领先的企业宁德时代鹏辉能源孚能科技传艺科技维科技术钠电正极材料振华新材容百科技当升科技德创环保美联新材七彩化学钠电负极材料贝特瑞杉杉股份圣泉集团元力股份等风险提示新技术验证和测试进展不及预期新能源汽车销量及储能装机量不及预期原材料大幅上涨行业相关公司产能建设不及预期行业竞争加剧此报告仅供内部客户参考-2-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告内容目录1钠离子电池低成本性能与锂电池优势互补411钠离子电池工作原理与锂电池同为摇椅式电池412因何而生解决锂资源卡脖子问题413钠离子电池优势成本低低温性能与倍率性能较好6131钠离子电池成本较磷酸铁锂电池低307132倍率性能优于磷酸铁锂电池9133高低温性能优于磷酸铁锂电池92技术路线层状氧化物硬碳是当前主流方案1021正极材料层状氧化物进展最快普鲁士白蓝潜力最大10211层状氧化物铜铁锰系具备明显成本优势有望最先应用10212普鲁士蓝类潜力最大结晶水问题亟待解决12213聚阴离子型循环寿命具有优势未来在储能领域有广阔应用空间1422负极材料硬碳为主流路线153市场规模乘用车储能市场空间广阔164投资建议185风险提示19图表目录图1钠离子电池工作原理4图2国内新能车销量情况5图3国内动力电池月度装车量5图4全球锂资源储量分布不均2021年6图5碳酸锂价格曲线6图6地壳不同元素含量占比6图7碳酸钠和碳酸锂价格对比7图8铜铝价格对比8图9钠离子电池较锂离子电池具有明显的成本优势8图10层状过渡金属氧化物结构示意图11图11普鲁士蓝类晶体结构图14图12各类聚阴离子材料晶体结构14图13宁德时代AB电池技术17表1钠离子电池与锂离子电池对比7表2钠离子电池成本测算以铜铁锰层状氧化物方形电池为例9表3钠离子电池体系分类及优缺点10表4Na09Cu022Fe030Mn048O2正极材料成本测算基于38的价格采用干法工艺12表5NaNi13Fe13Mn13O2正极材料成本测算基于38的价格测算采用干法工艺12表6普鲁士蓝类生产工艺对比13表7常见聚阴离子型化合物的主要特征参数及电化学性能15表8钠电池负极材料对比15表9硬碳前驱体对比16表11钠离子电池市场空间测算17此报告仅供内部客户参考-3-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告1钠离子电池低成本性能与锂电池优势互补11钠离子电池工作原理与锂电池同为摇椅式电池钠离子电池的结构及工作原理与锂离子电池相同钠离子电池的构成主要包括正极负极隔离膜电解液和集流体正负极之间由隔离膜隔开以防止内短路电解液通过浸润正负极以确保离子导通集流体则起到收集和传输电子的作用充电时Na从正极活性物质中脱出通过电解液穿过隔膜嵌入到负极中使正极处于高电势的贫钠态负极处于低电势的富钠态放电过程则刚好与之相反Na从负极脱出通过电解液穿过隔膜嵌入正极材料中使正极恢复到富钠态为保持电荷的平衡充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递与Na一起在正负极间迁移使正负极分别发生氧化和还原反应由上述电池工作原理可知钠离子可以在正极与负极之间可逆迁移正极和负极均由允许钠离子可逆地插入和脱出的插入型材料构成因此钠离子电池同锂离子电池一样被称作摇椅式电池图1钠离子电池工作原理资料来源钠离子电池储能技术及经济性分析储能科学与技术中科海钠官网财信证券若以NaxMO2作为正极材料硬碳作为负极材料则电极和电池的反应式可分别表示为-正极反应NaxMO2Nax-yMO2yNaye-负极反应nCyNayeNayCn电池反应NaxMO2nCNax-yMO2NayCn12因何而生解决锂资源卡脖子问题此报告仅供内部客户参考-4-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告锂资源在锂电池端的需求规模快速扩大锂是元素周期表中最轻及密度最小的固体元素也是自然界中标准电极电势最低电化学当量最大最轻的金属元素因此被认为是天生的电池金属具备长期需求刚性锂金属应用广泛锂资源经过加工得到碳酸锂氢氧化锂和氯化锂等锂化工产品后可广泛应用于动力电池消费电子新型的储能电池以及其他的传统应用领域随着便携电子设备和新能源电动汽车的飞速发展锂离子电池的生产制造达到了空前规模并且各大锂电池生产商都在不断的扩大其产能这必然导致锂资源大量消耗和价格上涨图2国内新能车销量情况图3国内动力电池月度装车量90400040803500357030003060GWh250025502000204015001530102010005105000000动力电池装车量0月月月月月月月月月月月月1239456781011122019年2020年2021年新能源汽车月销量万辆新能源汽车渗透率2022年2023年资料来源同花顺iFinD中汽协财信证券资料来源同花顺iFinD财信证券全球70锂资源分布在南美洲地区仅6在中国锂在地壳中的含量只有00065而且锂资源分布不均匀2021年全球已探明锂资源储量8900万吨全球储量2200万吨其中我国已探明锂资源量510万吨储量150万吨70的锂分布在南美洲地区仅6在中国中国锂市场目前主要依赖进口2021年我国碳酸锂产量为2982万吨增幅约为5947氢氧化锂产量1903万吨同比增幅约为105我国利用国内盐湖卤水6万吨锂云母精矿6万吨及锂辉石1万吨回收含锂废料3万吨生产的锂盐折合碳酸锂当量约16万吨锂原料对外的依存度约为65此外随着需求的快速扩大锂精矿和锂盐价格快速上涨严重影响到了动力电池及储能电池终端价格及渗透速度此报告仅供内部客户参考-5-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告图4全球锂资源储量分布不均2021年图5碳酸锂价格曲线澳大利亚中国70玻利维亚862460美国501040智利301120阿根廷21其他10200玻利维亚阿根廷其他智利2018-01-012019-05-162020-09-272022-02-09美国澳大利亚中国电池级碳酸锂价格万元吨资料来源USGS财信证券资料来源同花顺iFinD财信证券钠离子电池能够完美解决资源卡脖子问题与锂处于同一主族具有相似物理化学性质的钠资源非常丰富其在地壳中的丰度位于第6位更重要的是钠分布于全球各地完全不受资源和地域的限制所以钠离子电池相比锂离子电池有非常大的资源优势另一方面钠离子电池由于钠价格低廉而具有很大的潜在价格优势非常适合应用于低速电动车和大规模储能等领域图6地壳不同元素含量占比5045403530252015105236000650氧硅铝铁钙钠锂资料来源中科海钠官网中国地质局财信证券13钠离子电池优势成本低低温性能与倍率性能较好相比锂离子电池钠离子电池在资源可控性成本高低温性能与倍率性能上有较为明显的优势此外钠离子电池与锂离子电池生产工艺基本相同锂离子电池产线能够快速换型为钠离子电池产线实现规模化生产此报告仅供内部客户参考-6-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告表1钠离子电池与锂离子电池对比项目锂离子电池钠离子电池正极材料三元磷酸铁锂锰酸锂层状氧化物聚阴离子普鲁士蓝白负极材料石墨硅氧硅碳硬碳软碳电解液六氟磷酸锂有机溶剂六氟磷酸钠有机溶剂集流体正极铝箔负极铜箔正负极均可用铝箔隔离膜PPPEPPPE工作电压v32-3725-45重量能量密度Whkg140180磷酸铁锂100150体积能量密度WhL350磷酸铁锂250循环寿命次30006000磷酸铁锂3000快充性能一般磷酸铁锂良好安全性能中等良好高低温性能磷酸铁锂低温性能差-20容量保持率70非常好工作温度窗口-4080成本中等较低资料来源起点钠电财信证券131钠离子电池成本较磷酸铁锂电池低30正极材料成本低50以上由于钠离子电池正极材料不需要用到价格较高的锂盐价格约40-50万元吨作为原材料取而代之的是价格较低的碳酸钠价格约2700元吨因此钠离子电池的正极材料成本低于锂离子电池正极材料成本的50以上图7碳酸钠和碳酸锂价格对比7000006000005000004000003000002000001000000电池级碳酸锂价格元吨碳酸钠市场参考价元吨资料来源百川盈孚财信证券集流体成本低60由于铝在低电位下易于锂形成嵌锂反应因此锂离子电池的负极集流体通常采用价格较高的铜箔而钠离子电池不存在这个问题因此钠离子电池正负极集流体均可以采用成本较低的铝箔按照当前主流6m铜箔价格约为520元m2此报告仅供内部客户参考-7-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告主流的12m铝箔价格约为106元m2的情况来测算即使考虑钠离子电池能量密度较低而导致的单wh集流体用量增加钠离子电池的集流体成本也比离子电池的集流体成本低60以上图8铜铝价格对比80000700006000050000400003000020000100000铜价元吨铝价元吨资料来源同花顺iFinD财信证券电池成本低30以上根据中科海钠公开的数据显示采用铜铁锰体系和软碳的钠离子电池材料成本较传统磷酸铁锂电池下降3040具有明显的成本优势图9钠离子电池较锂离子电池具有明显的成本优势资料来源中科海钠官网财信证券当碳酸锂价格跌至10万元吨时钠离子电池相对磷酸铁锂电池仍有15左右的成本优势根据我们的测算采用铜铁锰层状氧化物体系的钠离子电池产业化初期电芯成本为065元Wh规模化生产之后电芯成本能降至044元Wh当碳酸锂价格在35万此报告仅供内部客户参考-8-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告元吨时磷酸铁锂电芯成本为066元wh产业化初期的钠离子电池与其基本相当但规模化生产后的钠离子电池成本比其低30以上当碳酸锂价格跌至10万元吨时磷酸铁锂电芯成本降为052元Wh而规模化生产后采用层状氧化物体系的钠离子电池较其仍有15的成本优势表2钠离子电池成本测算以铜铁锰层状氧化物方形电池为例用量初期单价万元规模化后单价万元初期成本元规模化后成本元原材料类型tGWh吨吨WhWh正极材料30005280150084无定形碳12004300480036正极粘结剂80404000320032负极粘结剂4820200009600096正极导电剂8018180014400144负极导电剂111818000198000198正极铝箔3202929000928000928负极铝箔351292900101790010179电解液1600750112008隔膜万m222002152150047300473其他002002BOM成本04547390344739制造成本0201电池总成本06547390444739资料来源同花顺iFinD财信证券132倍率性能优于磷酸铁锂电池钠离子的溶剂化能比锂离子更低即具有更好的界面离子扩散能力同时钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率更高的离子扩散能力和更高的离子电导率意味着钠离子电池的倍率性能更好功率输出和接受能力更强已公开的钠离子电池具备3C及以上充放电倍率在规模储能调频和新能车上均能得到很好的应用133高低温性能优于磷酸铁锂电池根据目前市场公开的高低温测试结果钠离子电池高低温性能更优异在-40低温下可以放出70以上容量在-20低温下容量保持率达到90以上高温80可以循环充放使用这将提升新能车在高温和低温环境下的续航里程达成率有效提高用户的使用体验和帮助消除里程焦虑应用在储能时这将在储能系统层面降低空调系统的功率配额也可以降低温度控制系统的在线时间进而降低储能系统的一次投入成本和运行成本此报告仅供内部客户参考-9-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告2技术路线层状氧化物硬碳是当前主流方案21正极材料层状氧化物进展最快普鲁士白蓝潜力最大目前三种正极材料为主流方向各有优缺点与锂离子电池类似按正极材料分钠离子电池主要有层状氧化物普鲁士蓝类化合物和聚阴离子型化合物体系层状氧化物结构类似于锂离子电池的三元材料其因技术转化容易能量密度高倍率性能较好而成为当前产业化进展最快的钠离子电池体系但是层状氧化物也存在容易吸水或者与水-氧气或二氧化碳发生反应进而影响结构的稳定性和电化学性能的问题因此层状氧化物不能长期存放在空气中这对电池的生产和后续保存提出了较高的要求普鲁士体系原材料成本低廉能量密度高且理论寿命优于层状氧化物因此被认为是最有潜力的钠离子电池体系但是结晶水氰化物毒性问题是需要在规模化应用前解决的重大问题聚阴离子正极的循环性能较好且工作电压高但能量密度较低导电性倍率性能较差需要使用碳包覆或掺杂提高电子电导率表3钠离子电池体系分类及优缺点项目层状氧化物体系普鲁士蓝化合物体系聚阴离子型结构电压v3130-3530-35压实密度gcm33216-克容量mAhg13015090-120循环性能次1000-3000受结晶水影响1000次5000-10000热稳定性一般好好可逆比容量高成本低廉工作电压高能量密度高可逆比容量高热稳定性好优点倍率性能高理论循环寿命长循环好技术转化容易合成温度低空气稳定性好可逆比容量低容易吸湿易形成结晶水影响电池寿命不足部分含有毒元素循环性能稍差制备涉及有毒氰化物倍率性能差资料来源钠离子电池储能技术及经济性分析储能科学与技术中科海钠官网财信证券211层状氧化物铜铁锰系具备明显成本优势有望最先应用此报告仅供内部客户参考-10-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告钠离子层状过渡金属氧化物一般形式用NaxMO2表示其中M指过渡金属元素包括MnFeCuNiCo等金属元素x为钠的化学计量数小于等于1过渡金属元素与周围六个氧形成的MO6八面体结构组成过渡金属层Na位于过渡金属层之间形成MO6多面体层与NaO6碱金属层交替排布的层状结构过渡金属氧化物又可分为层状和隧道状两种当钠含量较低时x05主要以隧道型结构为主当钠含量较高时一般以层状结构为主Na位于层间形成MO2层钠层交替排布的层状结构根据Na所处位置的不同可分为O2O3P2和P3四种结构O表示Na在八面体的位置P表示Na在棱镜的位置数字表示最小氧原子的密堆积重复周期目前主流层状氧化物类型为O3和P2相与O3相比P2具有更宽的钠离子传输通道和较低的钠离子迁移能垒表现出更优异的循环稳定性和倍率性能通常O3的初始Na含量要比P2的高所以在组装成全电池后O3正极的容量会优于P2图10层状过渡金属氧化物结构示意图资料来源钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展财信证券铜铁锰系较镍铁锰系正极材料具备明显成本优势两者成本均低于磷酸铁锂正极当前各大企业布局的层状氧化物正极路线有较大差异主要为以中科海纳为代表的无镍的Na-Cu-Fe-Mn系及振华新材及浙江钠创为代表的含镍的Na-Ni-Mn-Fe系等我们以Na09Cu022Fe030Mn048O2及NaNi13Fe13Mn13O2为例对其物料成本和制造成本进行了测算前者单吨物料成本为183万元后者单吨成本为509万元以碳酸锂价格35万元吨测算磷酸铁锂正极物料成本为10万元吨Na09Cu022Fe030Mn048O2物料成本仅为NaNi13Fe13Mn13O2的36主要原因是其没用到价格较为高昂的Ni元素作为原材料若以单GWh钠电正极材料用量为3000吨进行计算则Na09Cu022Fe030Mn048O2成本为0093元WhNaNi13Fe13Mn13O2成本为0190元Wh此报告仅供内部客户参考-11-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告表4Na09Cu022Fe030Mn048O2正极材料成本测算基于38的价格采用干法工艺单位用量主要原材料市场价元吨成本元吨吨吨Na2CO30432761118723CuO016540008640Fe2O3022100002200MnO2038164006232正极材料BOM成本1825923能耗8100人工及其他费用2000设备折旧2500单GWh正极材料需求量吨3000单Wh成本009257769资料来源百川盈孚生意社同花顺iFinD财信证券表5NaNi13Fe13Mn13O2正极材料成本测算基于38的价格测算采用干法工艺单位用量主要原材料市场价元吨成本元吨吨吨Na2CO30482761132528NiO02219500042900Fe2O3024100002400MnO2026164004264正极材料BOM成本5088928能耗8100人工及其他费用2000设备折旧2500单GWh正极材料需求量吨3000单Wh成本元019046784资料来源百川盈孚生意社同花顺iFinD财信证券212普鲁士蓝类潜力最大结晶水问题亟待解决普鲁士蓝类化合物是潜力最大的钠离子电池正极材料普鲁士蓝类材料的结构通式是NaxM1M2CN61-yyzH2O其中M1和M2是过渡金属代表FeCN6缺陷x的范围为0x2y的范围为0y1其理论充放电比容量可达到170mAhg高于层状氧化物材料120-150mAhg和聚阴离子化合物120mAhg这主要是得益于其特殊的结构和氧化还原位点普鲁士蓝离子电导率与循环性能优异结构上普鲁士蓝类化合物通常呈面心立方结构过渡金属离子和Fe2离子分别与CN-中的N和C原子配位形成内部为正八面体组成的三维刚性框架结构该结构具有开放的离子扩散通道和宽敞的间隙空间可为Na在晶格中进行脱嵌带来便利可以实现钠离子的快速扩散以及较小的晶格畸变表现为该类材料高的离子扩散系数10-9cm2s-10-8cm2s因此普鲁士蓝类材料的理论循环稳此报告仅供内部客户参考-12-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告定性高循环寿命长普鲁士蓝比容量高氧化还原位点上由于普鲁士蓝类化合物一般有两个不同的氧化还原活性中心分别为Fe2Fe3和M2M3离子对这两个氧化还原活性中心可独立完整的实现氧化还原过程因此普鲁士蓝类化合物在充放电过程中能实现2个Na的可逆脱嵌其理论充放电比容量可达到170mAhg普鲁士蓝物料成本低于铜铁锰系层状氧化物普鲁士蓝最主要的原材料为氰化钠且未使用到价格昂贵的金属因此普鲁士蓝的物料成本较低仅为15-2万元吨与铜铁锰系层状氧化物的物料成本相当但普鲁士蓝的克容量可达到160mAhg而层状氧化物克容量仅为130mAhg因此普鲁士蓝的单wh成本较层状氧化物低20以上结晶水问题严重影响循环性能亟待解决普鲁士蓝类化合物正极材料制备工艺主要有共沉淀法水热合成法球磨法等共沉淀法是最主流的合成方法生产成本低合成工艺易调节但耗时久并容易产生晶格缺陷和结晶水共沉淀法制备过程普鲁士蓝4-过程中反应速率极快导致了成型的普鲁士蓝类材料中一般含有大量的FeCN6空位缺陷材料的结晶性能和可控性大大降低而且FeCN6空位缺陷的存在会导致材料的基础性能严重下降因为FeCN6空位缺陷会破坏Fe-CN-TM桥联结构的完整性阻碍电子沿材料框架的传导阻碍钠离子进入晶格降低其含量使之变为贫钠立方相结构还会在普鲁士蓝类材料的晶格中引入更多的结合水由于该空位在放电过程中会导致部分钠离子脱嵌失效进而减少钠离子活性位点降低材料的充放电容量倍率性能和循环寿命表6普鲁士蓝类生产工艺对比工艺优点缺点共沉淀法生产成本低结晶性好最常用的制备方法反应速度不可控结晶水问题水热法用于特定材料的合成对设备要求高球磨法简单异性可降低材料的结晶水减小球径固-固反应不充分容易混入杂质资料来源普鲁士蓝类化合物作为钠离子电池正极材料的研究进展财信证券结晶水解决方案多样化但业内暂未就可量产解决方案达成共识通过在材料层级电芯极片层级或者电芯密封前层级进行加热烘烤可以有效去除普鲁士蓝材料中的部分结晶水但成本和效率问题需要继续优化通过控制普鲁士蓝的沉淀反应例如在沉淀过程中逐渐增加柠檬酸钠的浓度可以减缓普鲁士蓝类材料的沉淀速度减少空位和结晶水的存在但结晶水的含量仍然会比较高无法彻底解决问题此外采用干法工艺也是解决思路之一但受限于材料结晶度问题暂无法取得较好的效果针对结晶水问题当前有很多解决思路但业内暂未就可量产解决方案达成共识此报告仅供内部客户参考-13-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告图11普鲁士蓝类晶体结构图资料来源钠离子电池正极材料研究进展财信证券213聚阴离子型循环寿命具有优势未来在储能领域有广阔应用空间聚阴离子循环寿命好安全性高聚阴离子化合物一般由阳离子和阴离子基团组成n-其中阴离子基团是一系列强共价键的XO4XSPSi等单元构成在大多数聚阴n-离子化合物中XO4不仅能保证碱金属离子在框架结构中的快速传导还能保证在金属氧化还原过程中材料结构的稳定因此聚阴离子化合物材料往往呈现出比层状氧化物更高的氧化还原电位和Na脱嵌过程中最小的结构重排这使得该类材料具备循环寿命长热稳定性强和安全性高等优点未来有望在储能领域规模应用根据聚阴离子基团种类的不同聚阴离子化合物主要分为正磷酸盐焦磷酸盐硫酸盐混合聚阴离子氟磷酸硫酸盐硅酸盐和钼酸盐等图12各类聚阴离子材料晶体结构资料来源钠离子电池电极材料研究进展财信证券此报告仅供内部客户参考-14-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告表7常见聚阴离子型化合物的主要特征参数及电化学性能正极材料名称工作电压V理论克容量mAhg理论能量密度Whkg电化学性能mAhgNa2FeSO423759134185005C581CNaFePO427154416125005C8505CNa2FePO4F30124372123102C76110CNa3V2PO433411840197905C62110CNa3V2PO42F339128500125501C105950CNa3V2PO42O2F381304948181C46220C资料来源钠离子电池正极材料氟磷酸钒钠研究进展财信证券22负极材料硬碳为主流路线碳基材料最为合适综合考虑到储钠比容量氧化还原电位原料来源广度等因素作为钠离子电池负极材料表现比较好的主要有碳基材料合金材料金属硫化物材料钛酸盐材料金属氧化物材料以及其他有机化合物材料等其中碳基储钠负极材料石墨石墨烯硬碳和软碳等由于具有嵌钠平台低容量高循环寿命长制备简单环境友好无毒等突出优势而其他材料受限于高昂成本以及相较碳材料难以获得钠离子电池负极材料仍以碳材料为主表8钠电池负极材料对比电势材料类型比容量mAhg优势劣势V倍率性能差大部分容量在储钠平台低容量高体积膨胀小接近金属钠的析出电位附近碳基负极材料53003循环寿命长成本低廉实现可能导致电极表面析出钠枝晶电子导电性好比容量高体积膨胀严重材料粉化合金类负极材料42008有效防止枝晶的产生循环性能差成本较高安全性好电压平台稳定廉价易电子导电性较差体积效应金属氧化物负极材料12005得严重循环稳定性差理论容量高结构稳定热金属硫化物负极材料37013力学稳定性好良好的导电原料昂贵穿梭效应严重性理论容量高嵌钠脱钠电势首次库伦效率低电化学原金属磷化物负极材料113204适当导电性较好膨胀较理有待研究小资料来源钠离子电池负极材料的研究进展财信证券石墨负极不适用于钠离子电池当前无定形碳最为合适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和无定形碳硬碳和软碳材料由于钠离子的半径为0102nm远大于锂离子的半径0069nm因此钠离子在石墨层间的脱嵌过程更容易破坏石墨的结构因此石墨较不适合作为钠电负极的材料层间距较大的无定形碳材料因具此报告仅供内部客户参考-15-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告有较高的储钠容量较低的储钠电位和优异的循环稳定性成为最具应用前景的钠离子电池负极材料无定形碳材料中硬碳材料最符合钠离子电池需求硬碳材料的碳层排列规整度低于软碳材料其层间可以形成较多的微孔以方便钠离子的脱嵌硬碳材料具备储钠比容量较高储钠电压较低循环性能较好等诸多性能优势同时具备碳源丰富低成本无毒环保等优势与石墨电极相比在冷启动和快速充电模式方面也更具优势是当前首选的钠离子电池负极材料硬碳前驱体原材料来源丰富生物基综合性能占优硬碳材料的合成中前驱体一般为树脂生物质煤基和沥青等材料生物质基具有天然的多孔和层状结构可增加硬碳材料的结构缺陷层间距以及电导率有利于提高储钠性能并且物料来源广泛便于储存且环境友好主要问题在于含有较多杂质和灰分收率低且首周库伦效率较低需要先进行酸碱浸泡预处理除杂树脂基电化学性能最佳储钠容量高循环性能优产品均一度较好但原材料成本高昂产业化难度大沥青基前驱体成本低廉原料易获取性价比优势明显但制备出的硬碳材料性能一般且存在环境污染问题综合看来生物质基材料性能适中成本较低原料丰富是制备硬碳材料相对理想的前驱体表9硬碳前驱体对比前驱体价比容量价格Ah种类收率首效循环性能格元吨mAhg元生物质基300010-303808093100圈13-38树脂基1200040410849640圈14沥青基400050-603008993200圈38-45石墨基73001003729381100圈51无烟煤基1500902228190200圈133资料来源百川盈孚鑫椤锂电财信证券3市场规模乘用车储能市场空间广阔300km以下的低续航电动乘用车搭载钠离子电池钠离子电池尽管能量密度尤其是体积能量密度低于磷酸铁锂电池但其材料成本低于磷酸铁锂电池30因此在对成本敏感但对续航里程要求不高的低续航电动乘用车上有广阔的应用空间2022年11月29日宁德时代在钠离子电池产业链与标准发展论坛上表示钠电池可满足400公里续航里程车型2023年2月2续航3日中科海钠与思皓新能源打造的行业首台钠离子电池试验车思皓E10X花仙子公开亮相该款车型续航里程为252km电池容量为25KWh快充充电时间为15分钟至20分钟续航500km中等续航电动车搭载钠锂AB电池钠离子电池相比于磷酸铁锂电池在成本倍率性能高低温性能上有一定的优势而磷酸铁锂电池能量密度更有优势宁德时代开发的AB电池解决方案可以实现钠离子电池和锂离子电池的集成混合共用将钠离子电池和锂离子电池同时集成到一个电池包里面将两种电池按一定的比例和排此报告仅供内部客户参考-16-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告列进行混搭串联并联集成再通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制这样可以实现取长补短既弥补了现阶段钠离子电池在能量密度方面的短板也能发挥出他高功率低温性能的优势而钠锂AB电池方案有望使钠离子电池应用扩展到500公里续航车型面向65的车型市场聚阴离子体系钠离子电池应用于储能领域由于储能项目通常要同时考虑初始投资成本与度电成本因此储能电池对于直接影响度电成本的循环寿命有较高的要求在相同电池单价的情况下循环寿命越长则度电成本越低因此在循环寿命方面具有较大潜力的聚阴离子体系电池最为适合储能场景的应用图13宁德时代AB电池技术资料来源宁德时代官网财信证券2027年全球钠离子电池市场空间超1800亿根据下表的测算2027年全球钠电池乘用车电动两轮车储能电池电动工具装机量分别有望达到2975261534328866GWh按照储能电池045元wh其他电池05元wh的价格进行计算总市场有望超1800亿元表10钠离子电池市场空间测算2023E2024E2025E2026E2027E低能量密度电动乘用车中国乘用车销量万辆2100023257244202564126923新能源车渗透率36004500550058006000磷酸铁锂占比5050505050平均单车带电KWh4344454647总带电量GWh16252302302234203796国内钠电池渗透率11247国内钠电池装机量GWh082360137266海外乘用车销量万辆5147684590461176015289新能源车渗透率9971296167420002300磷酸铁锂占比2530353535此报告仅供内部客户参考-17-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告平均单车带电KWh473484495506517总带电量GWh61129262417636海外钠电池渗透率135海外钠电池装机量GWh031232全球钠电池装机量GWh082363149298单价元Wh0706050505钠电池对应市场空间亿元571383157471488电动两轮车国内电动两轮车销量万辆496154571600286603172634平均单车带电KWh072072072072072总带电量GWh357393432475523钠电池渗透率25153050钠电池装机量GWh072065143261单价元Wh0706050505钠电池对应市场空间亿元501183247131307储能电池国内储能电池需求GWh2933985788681302海外储能电池需求GWh15072302347246876327全球储能电池需求GWh18027040555547628钠电池渗透率25153045钠电池装机量GWh3613560816663433单价元Wh0605505045045钠电池对应市场空间亿元2167433038749815448电动工具电动工具装机量GWh197217239263289钠电池渗透率1351530钠电池装机量GWh0207123987单价元Wh0706050505钠电池对应市场空间亿元143960197433总计市场空间亿元33710383737915518676yoy208260145104资料来源同花顺iFinD财信证券4投资建议2023年是钠离子电池规模化应用元年有望与锂离子电池实现优势互补与锂电池相比钠电池具有资源丰富和低成本良好的高低温性能倍率性和安全性生产环节可与锂电池相通从而实现快速工业化等优势根据各公司的产业化进展来看2023年将会是各大企业实现钠离子电池量产及规模化应用的元年有望先后在二轮车乘用车储能领域实现逐步渗透重点关注电池及正负极材料环节推荐关注钠离子电池环节布局领先的企业宁德此报告仅供内部客户参考-18-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告时代鹏辉能源孚能科技传艺科技维科技术钠电正极材料振华新材容百科技当升科技德创环保美联新材七彩化学钠电负极材料贝特瑞杉杉股份圣泉集团元力股份等5风险提示1新技术验证和测试进展不及预期2新能源汽车销量及储能装机量不及预期3原材料大幅上涨4行业相关公司产能建设不及预期5行业竞争加剧此报告仅供内部客户参考-19-请务必阅读正文之后的免责条款部分行业研究报告投资评级系统说明以报告发布日后的612个月内所评股票行业涨跌幅相对于同期市场指数的涨跌幅度为基准类别投资评级评级说明买入投资收益率超越沪深300指数15以上增持投资收益率相对沪深300指数变动幅度为515股票投资评级持有投资收益率相对沪深300指数变动幅度为-105卖出投资收益率落后沪深300指数10以上领先大市行业指数涨跌幅超越沪深300指数5以上行业投资评级同步大市行业指数涨跌幅相对沪深300指数变动幅度为-55落后大市行业指数涨跌幅落后沪深300指数5以上免责声明本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格作者具有中国证券业协会注册分析师执业资格或相当的专业胜任能力本报告仅供财信证券股份有限公司客户及员工使用本公司不会因接收人收到本报告而视其为本公司当然客户本报告仅在相关法律许可的情况下发放并仅为提供信息而发送概不构成任何广告本报告信息来源于公开资料本公司对该信息的准确性完整性或可靠性不作任何保证本公司对已发报告无更新义务若报告中所含信息发生变化本公司可在不发出通知的情形下做出修改投资者应当自行关注相应的更新或修改本报告中所指投资及服务可能不适合个别客户不构成客户私人咨询建议任何情况下本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议在任何情况下本公司及本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任投资者务必注意其据此作出的任何投资决策与本公司及本公司员工或者关联机构无关市场有风险投资需谨慎投资者不应将本报告作为投资决策的惟一参考因素亦不应认为本报告可以取代自己的判断在决定投资前如有需要投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策本报告版权仅为本公司所有未经书面许可任何机构和个人包括本公司客户及员工不得以任何形式复制发表引用或传播本报告由财信证券研究发展中心对许可范围内人员统一发送任何人不得在公众媒体或其它渠道对外公开发布任何机构和个人包括本公司内部客户及员工对外散发本报告的则该机构和个人独自为此发送行为负责本公司保留对该机构和个人追究相应法律责任的权利财信证券研究发展中心网址stockhnchasingcom地址湖南省长沙市芙蓉中路二段80号顺天国际财富中心28层邮编410005电话0731-84403360传真0731-84403438此报告仅供内部客户参考-20-请务必阅读正文之后的免责条款部分