底层逻辑：打破资源壁垒，储能关键材料自主可控
　　全球碳酸锂储量分布不均，我国储量仅占6%，而南美三国占比达58%，若联手掌握定价权，或存在一定的垄断控价可能，不利于全球新能源发展，相比之下钠元素的地壳含量达2.3%是锂元素的近千倍，不需要担心资源供应瓶颈，钠电池是实现能源材料自主可控的关键。
　　应用场景：替代铅蓄电池，小动力和储能多场景并进
　　钠电池优势：温度性能、倍率性能、安全性能更好。
　　铅酸替代：钠电池有更好的安全性，同时考虑全生命周期后成本更低，有望率先替代在二轮动力电池、启动启停电池、基站电池等领域替代铅酸电池。
　　A00纯电：适配A00纯电车型成本敏感度较高，且对能量密度要求不高的特点。
　　储能：钠电池高安全和低成本特性，有望与锂电池协同发展。
　　材料体系：钠电与锂电性质相似、原理相同，正负极变化大，铝箔有增量
　　正极：层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝（白）化合物以及聚阴离子型化合物三大路线。层状过渡金属氧化物是当前产业化的主流，综合性能最佳，能量密度最高。普鲁士蓝（白）化合物成本优势明显，理论性能优异，具有极大潜力，聚阴离子型化合物具有较好的循环性能。
　　负极：无定形碳更加适配钠离子电池，其中硬碳是当前产业化的主流，量产瓶颈主要在于前驱体需要考虑价格低廉、性能优异、一致性高等多方面因素。
　　隔膜：可复用锂电隔膜，但仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜。
　　电解液：电解质钠盐用NaPF6，溶剂、添加剂方案与锂电方案类似，可复用工艺。
　　集流体：钠电正负极均可用铝箔，成本优势明显。
　　产业链梳理：建议关注电池环节—【宁德时代】、【比亚迪】、【传艺科技】、【维科技术】、【鹏辉能源】、【多氟多】、【中科海钠】；正极材料环节—【美联新材】、【容百科技】；负极材料环节—【贝特瑞】、【杉杉股份】、【元力股份】、【圣泉集】。
　　风险提示：钠离子电池进展不及预期；下游需求不及预期；相关政策调控风险。

研究报告全文：行业研究证券研究报告电力设备及新能源2023年10月09日电力设备及新能源行业深度研究报告钠离子电池突破关键资源瓶颈性能优势推荐维持显著底层逻辑打破资源壁垒储能关键材料自主可控华创证券研究所全球碳酸锂储量分布不均我国储量仅占6而南美三国占比达58若联手掌握定价权或存在一定的垄断控价可能不利于全球新能源发展相比之证券分析师黄麟下钠元素的地壳含量达23是锂元素的近千倍不需要担心资源供应瓶颈邮箱huanglin1hcyjscom钠电池是实现能源材料自主可控的关键执业编号S0360522080001证券分析师何家金应用场景替代铅蓄电池小动力和储能多场景并进邮箱hejiajinhcyjscom钠电池优势温度性能倍率性能安全性能更好执业编号S0360523010001铅酸替代钠电池有更好的安全性同时考虑全生命周期后成本更低有望率先替代在二轮动力电池启动启停电池基站电池等领域替代铅酸电池行业基本数据A00纯电适配A00纯电车型成本敏感度较高且对能量密度要求不高的特占比点股票家数只296004储能钠电池高安全和低成本特性有望与锂电池协同发展总市值亿元5177040573流通市值亿元4265634612材料体系钠电与锂电性质相似原理相同正负极变化大铝箔有增量相对指数表现正极层状过渡金属氧化物普鲁士蓝白化合物以及聚阴离子型化合物1M6M12M三大路线层状过渡金属氧化物是当前产业化的主流综合性能最佳能量绝对表现-31-158-200密度最高普鲁士蓝白化合物成本优势明显理论性能优异具有极大相对表现-14-80-164潜力聚阴离子型化合物具有较好的循环性能2022-10-102023-09-28负极无定形碳更加适配钠离子电池其中硬碳是当前产业化的主流量产13瓶颈主要在于前驱体需要考虑价格低廉性能优异一致性高等多方面因素2隔膜可复用锂电隔膜但仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜-8-19221022122302230523072309电解液电解质钠盐用NaPF6溶剂添加剂方案与锂电方案类似可复用工艺集流体钠电正负极均可用铝箔成本优势明显电力设备及新能源沪深300相关研究报告产业链梳理建议关注电池环节宁德时代比亚迪传艺科技维光伏行业周报部分厂科技术鹏辉能源多氟多中科海钠正极材料环节美联新材20230925-20231001商暂停融资扩产行业供需格局或将改善容百科技负极材料环节贝特瑞杉杉股份元力股份圣泉2023-10-08集电动车行业跟踪报告2023年9月德国新能源风险提示钠离子电池进展不及预期下游需求不及预期相关政策调控风险汽车销量回落其余欧洲十一国季末冲量环比高增2023-10-07电力设备及新能源行业跟踪报告9月海南山东海风项目开标海风价格环比-752023-10-07证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号未经许可禁止转载电力设备及新能源行业深度研究报告投资主题报告亮点本文从资源市场空间材料体系等多角度详细分析了钠离子电池行业发展的前景并基于此分析了各环节投资价值本文先从发展钠离子电池的底层逻辑入手点明了发展钠电是摆脱当下锂资源稀缺困境的一种方案而后分析了钠离子电池拥有的性能具有多重优势并依此推断出其有望代替A00级新能源车动力电池市场铅酸电池市场以及储能电池市场最后以钠与锂的性质的异同为出发点探讨了钠电与锂电在原理上的相似性和材料体系的差异性投资逻辑1突破资源供应壁垒全球锂资源储量低且分布不均南美三国玻利维亚阿根廷智利的锂资源占比高达58而我国锂资源仅占全球6作为全球重要动力电池生产国和出口国我国锂资源供需缺口较大而钠资源储量更为丰富钠元素是地壳含量第六高的元素地壳丰度高达230是锂元素的数倍且全球各地分布均匀几乎没有被垄断控价的可能因此发展钠离子电池有利于突破资源供应壁垒2多重优势带来广阔空间钠离子电池具有卓越的温度性能倍率性能安全性能铅酸电池市场方面钠电池有更好的安全性同时考虑全生命周期后成本更低有望率先在二轮动力电池启动启停电池基站电池等领域替代铅酸电池A00纯电动车方面钠离子电池适配A00纯电车型成本敏感度较高且对能量密度要求不高的特点储能方面钠离子电池具有高安全和低成本特性有望与锂电池协同发展证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号未经许可禁止转载电力设备及新能源行业深度研究报告目录一底层逻辑突破储能材料的资源供应壁垒7一发展钠电的意义缓解锂资源稀缺的困境7二钠电应用场景多重优势带来广阔空间8一钠离子电池在性能上具有多重优势81高低温环境下均有优异的容量保持率92具有出众的倍率性能93极端条件下不易出现热失控安全性能好10二高性价比贴合多个应用场景市场空间广阔121A00级电动车可解决当下铁锂价格随原料成本波动较大的痛点122铅酸大市场钠电性能全方位超越铅酸市场替代可期133储能高安全性优秀的高低温性能以及长循环寿命与储能适配性高16三材料体系选择与锂电体系求同存异17一钠锂性质相似使得电池原理相似17二物理化学性质的内在差异影响表观性能171正极三大主流路线各有特色层状氧化物为产业化主流182负极硬碳脱颖而出瓶颈在于前驱体193集流体正负极均可用铝箔成本优势明显214隔膜可复用锂电隔膜仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜215电解液与锂离子电池有相通之处21三总结22四产业链梳理23一宁德时代300750SZ23二比亚迪002594SZ24三传艺科技002866SZ24四维科技术600152SH25五鹏辉能源300438SZ25六多氟多002407SZ26七中科海钠26八美联新材300586SZ27九容百科技688005SH27十贝特瑞835185BJ28十一杉杉股份600884SH28十二元力股份002866SZ29证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号3电力设备及新能源行业深度研究报告十三圣泉集团605589SH29十四德创环保603177SH30五风险提示31证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号4电力设备及新能源行业深度研究报告图表目录图表12021年全球锂资源分布7图表2地壳中不同元素丰度7图表3碳酸锂价格走势8图表4OPEC与非OPEC产油量千桶天8图表5原油价格走势图8图表6钠电锂电与铅酸电池性能对比9图表7钠电左锂电中与铅酸电池右不同温度下放电曲线9图表8钠锂溶剂化离子大小对比10图表9钠锂在不同溶剂中溶剂化能对比KJmol10图表10钠电三元铁锂以及铅酸电池快充性能对比10图表11锂离子电池的多重副反应导致热失控11图表12钠离子电池安全测试结果11图表13钠离子电池应用场景12图表14不同车型电池成本占比2023年3月13图表15各续航里程A00级车产量分布13图表16磷酸铁锂电池成本随原料成本居高不下13图表17A00级车电池能量密度分布13图表18铅酸电池三大应用领域及其特点14图表19电动车新国标各项标准14图表20钠离子电池在-40至80之间可以正常工作15图表21汽车启停电池一般位于发动机舱附近15图表22通信基站结构示意图15图表23不同截止电压下的过放电循环曲线15图表24储能四大应用领域及其特点16图表25钠离子电池与磷酸铁锂电池性能对比16图表26锂离子电池工作原理17图表27钠离子电池工作原理17图表28钠锂原子半径对比18图表29钠锂离子性质对比18图表30三大正极材料特色18图表31三大正极材料优缺点对比19图表32石墨在锂电钠电钾电中的充放电曲线19图表33无定形碳左与石墨右结构对比19证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号5电力设备及新能源行业深度研究报告图表34硬碳与软碳优缺点对比20图表35锂离子电池左与钠离子电池右成本结构20图表36前驱体选择对无定形碳微观结构的影响20图表37钠离子电池正负极集流体均可用铝箔21图表38锂离子电池隔膜微观结构图21图表39钠离子电池PE隔膜微观结构图21图表40钠离子电池电解液三大组成部分及其特点22图表41钠离子电池溶剂与溶质优缺点对比22图表42宁德时代发展历程23图表43宁德时代第一代钠电与铁锂性能对比23图表44钠锂混搭AB电池系统解决方案23图表45比亚迪发展历程24图表46传艺科技发展历程24图表47传艺科技钠电一体化布局进展24图表48维科技术发展历程25图表49维科技术产业布局25图表50鹏辉能源发展历程25图表51多氟多发展历程26图表52多氟多主要产品26图表53中科海钠三款新产品性能指标27图表54首辆搭载钠电的A00级车27图表55美联新材发展历程27图表56美联新材色母粒产品27图表57容百科技发展历程28图表58容百科技七大核心技术能力28图表59贝特瑞发展历程28图表60杉杉股份发展历程29图表61元力股份发展历程29图表62物理化学一体化活性炭生产工艺流程图29图表63圣泉集团发展历程30图表64生物质精炼技术领先全球30图表65德创环保发展历程30图表66合资公司华钠新能源超高能量密度正极产品30证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号6电力设备及新能源行业深度研究报告一底层逻辑突破储能材料的资源供应壁垒一发展钠电的意义缓解锂资源稀缺的困境全球锂资源储量分布不均我国资源自供有较大的供给缺口南美三国玻利维亚阿根廷智利的锂资源占比高达58而我国锂资源仅占全球6因此为支撑我国作为全球重要动力电池生产国和出口国的地位需大量进口锂资源同时我国锂资源保障存在安全隐患一旦西方国家限制锂资源出口锂资源的过度紧缺将有可能影响到我国动力电池产业发展相比之下钠资源储量高且分布均匀无资源稀缺问题钠元素是地壳含量第六高的元素地壳丰度高达230是锂元素的数倍且全球各地分布均匀我国可实现自主可控图表12021年全球锂资源分布图表2地壳中不同元素丰度资料来源USGS华创证券资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权南美锂三角欲效仿OPEC成立锂佩克掌握锂定价权智利锂矿国有化战略或加速其落地玻利维亚阿根廷和智利的锂资源占全球总量58以盐湖锂矿为主成本优势明显若联手掌握定价权或存在一定的垄断控价可能则不利于全球新能源产业的发展如根据观察者网新闻当地时间2023年3月23日玻利维亚总统路易斯阿尔塞表示他计划与阿根廷智利和秘鲁合作制定一项政策以确保四国在主权条件下作为锂供应商的地位并保护该地区丰富的锂资源免受美国干涉又如根据界面新闻和每日经济新闻消息当地时间2023年4月20日智利总统加夫列尔博里奇提出智利政府拟将采用国家与私人部门合资的方式促进当地锂产业的发展所有想要参与到智利锂行业的本国或外国私营公司都必须与国家锂业公司合作国家将在合资企业中持有控股权以本次智利宣布新的国家锂资源政策为标志拉美各国内部锂资源国有化进程不排除加速的可能性对于锂资源需求较大的国家和地区来说储能最关键原材料锂的自主可控迫在眉睫发展钠离子电池可降低对锂资源的依赖钠离子电池作为与锂离子电池技术原理相通性能相近的储能电池被提上日程在如此高的锂价下有较大的发展空间同时也有利于促使碳酸锂价格回归理性降低对外部锂资源的依赖证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号7电力设备及新能源行业深度研究报告图表3碳酸锂价格走势资料来源Wind华创证券同样作为能源的关键原材料石油资源为例OPEC对国际石油市场有很强的影响力组织成员国共控制约全球三分之二的石油贮备约共占世界石油蕴藏78以上的石油储量占全球产油量的40和出口量的50同时中东产油国的原油生产成本仍远远低于其他产油区的石油生产成本对于锂资源占比低且开采成本高的国家地区来说原材料的大幅波动对产业发展较为不利发展钠资源作为低成本替代十分重要图表4OPEC与非OPEC产油量千桶天图表5原油价格走势图美元桶资料来源Wind华创证券资料来源Wind华创证券二钠电应用场景多重优势带来广阔空间一钠离子电池在性能上具有多重优势钠离子电池相对于磷酸铁锂电池和三元锂电池性能各有优劣钠离子电池在量产后具备原料成本优势高低温环境下更好的容量保持率优异的倍率性能以及卓越的安全性能但能量密度较低循环寿命有待提升有望在特定场景实现部分替代钠离子电池性能相对于铅酸电池实现了全方位超越有望在规模化降本后实现替代证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号8电力设备及新能源行业深度研究报告图表6钠电锂电与铅酸电池性能对比钠离子电池磷酸铁锂电池三元锂电池铅酸电池能量密度100-150Whkg120-200Whkg200-350Whkg30-50Whkg循环寿命2000次以上3000次以上3000次以上300-500次平均工作电压28-35V3-45V3-45V20V高温性能优较差差差低温性能优差较差差快充性能优较优较优差安全性能高较高较高高耐过放电性能可放电至0V差差差单位原料成本碳酸03元Wh产业成熟后046元Wh053元Wh040元Wh锂价格20万吨时资料来源钠离子电池从基础研究到工程化探索容晓晖等DeepTech华创证券1高低温环境下均有优异的容量保持率钠离子电池在-40至80之间可正常工作具备良好的宽温特性高温放电55和80容量超过额定容量100低温-40放电容量超过70额定容量且可实现在低温-20下01C充电其充电效率接近100低温性能超磷酸铁锂电池和铅酸电池在-20的温度下钠离子电池的容量保持率高达90而磷酸铁锂电池和铅酸电池仅能达到70和48图表7钠电左锂电中与铅酸电池右不同温度下放电曲线资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权极地超低温环境下磷酸铁锂电池容量估计殷艳花等华创证券2具有出众的倍率性能相较锂离子钠离子的斯托克斯直径更小且在极性溶剂中溶剂化能更低使得钠离子电池电解液具有更高电导率斯托克斯直径是指在同一流体中与颗粒的密度和沉降速度相等的圆球的直径直径越小离子移动速度越快其所在电解液导电率越高溶剂化能是离子在电极表面脱离溶剂分子的能垒较低的溶剂化能使得钠离子在电极表面更容易脱去溶剂分子界面离子扩散能力更佳离子在电解液中具有更快的动力学性质从而使得电解液具有更高电导率证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号9电力设备及新能源行业深度研究报告图表8钠锂溶剂化离子大小对比图表9钠锂在不同溶剂中溶剂化能对比KJmolECPC250208925021582002001528158215015010010050500011LiNaLiNa资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权华创证券优秀的电解液电导率使得钠离子电池具有出众的倍率性能宁德时代的第一代钠离子电池在常温下充电15分钟即可达到80的电量中科海钠制造的钠离子电池能够在12min充电至90充电速度高于锂离子电池和铅酸电池图表10钠电三元铁锂以及铅酸电池快充性能对比充电至80容量所需时间钠离子电池15min三元锂电池30min磷酸铁锂电池45min铅酸电池300min资料来源宁德时代官网分析测试百科网车主指南华创证券3极端条件下不易出现热失控安全性能好锂离子电池在多种滥用条件的触发下极易出现大量副反应导致热失控锂离子电池的安全事故主要由三大类滥用条件引起机械滥用挤压穿刺等电滥用短路过充电过放电等和热滥用过热等在各种滥用条件的触发下如果电池内部温度达到了起始分解温度各种副反应便会不断出现产生大量的热对电池的热失控起到促进作用证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号10电力设备及新能源行业深度研究报告图表11锂离子电池的多重副反应导致热失控资料来源车用锂离子电池热安全问题研究综述纪常伟等钠离子电池在所有安全项目测试中均未发现起火爆炸等锂电常出现的热失控现象安全性更好目前较为有效的安全评估项目主要包括过充放电外部短路高温老化等安全测试和挤压针刺火烧等滥用测试周权在高功率高安全钠离子电池研究及失效分析中对高功率NaCR26650P电池进行了安全和滥用测试没有观察到锂电常见的起火和爆炸现象表现了良好的安全稳定性图表12钠离子电池安全测试结果资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权华创证券证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号11电力设备及新能源行业深度研究报告二高性价比贴合多个应用场景市场空间广阔钠离子电池在几个方面多重优势使其获得了较高的性价比在多个场景都有较理想的应用其综合性能优于铅酸电池有望首先替代铅酸市场二轮小动力汽车启停以及通信基站同时随着循环性能进一步的提升以及规模化降本钠电后续有望实现对磷酸铁锂市场的A00级纯电动车场景以及储能场景的部分替代图表13钠离子电池应用场景资料来源华创证券整理1A00级电动车可解决当下铁锂价格随原料成本波动较大的痛点A00级电动车又叫微型车高性价比是其核心卖点车轴距在2m-23m之间车身长度在365m之内体积比较小可解决道路拥堵和车位缺乏等难题且价格仅在3-8万元经济实惠性价比极高宏光MINIEV奇瑞QQ冰淇淋长安奔奔等都是当前市面主流的A00级纯电动车A00级电动车对电池成本比较敏感目前市场上的A00级车价格区间一般在3-8万元之间主打低端市场客户对价格较为敏感电池占据了成本的很大比例电池成本的稳定性对A00级车的销量有着重要的影响A00级车定位日常代步车对电池能量密度要求较低绝大部分A00级车续航里程在250km以下仅有4的续航里程位于250-400km之间没有超过400km续航里程的A00级车由此看来A00级车标称续航里程很短并不要求电池具有很高的能量密度证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号12电力设备及新能源行业深度研究报告图表14不同车型电池成本占比2023年3月图表15各续航里程A00级车产量分布资料来源太平洋汽车华创证券资料来源高工锂电华创证券钠电的原材料价格相较磷酸铁锂电池更加稳定2022年碳酸锂价格突破50万元吨磷酸铁锂电池成本因此大幅增长导致A00级车涨价而钠离子电池所用原料主要为碳酸钠供应充足价格波动风险较小钠电的能量密度完全可以满足A00级车的续航里程要求由中汽数据统计约86A00级新能源车动力电池的能量密度位于100-160Whkg的区间钠电池性能满足需求成本更有竞争力图表16磷酸铁锂电池成本随原料成本居高不下图表17A00级车电池能量密度分布资料来源Wind华创证券资料来源中汽数据华创证券2铅酸大市场钠电性能全方位超越铅酸市场替代可期铅酸蓄电池三大主要用途二轮小动力电池汽车启停电池以及通信基站备用电池经测算2022年市场总需求约为560GWh其中用于汽车启停占比最大约为57320GWh二轮小动力与基站备用电池占比分别约为24128GWh和635GWh二轮小动力电池主要指电动二轮车电动三轮车以及海外油改电摩托的动力电池其具有较高的成本敏感性同时轻量化的趋势使其对电池能量密度有一定的追求汽车启停电池汽车启停电源需要具有快速充放电能力良好的高低温性能等特点汽车每次重新打火时都要电池带动发电机对电池充放电倍率性能要求很高同时由于启停电池面临发动机舱的高温和北方冬季低温的环境需要其具有良好的高低温性能证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号13电力设备及新能源行业深度研究报告防止经常出现启停失灵的状况通信基站备用电池通信基站需要有极高可靠性基站的供电通过市电引入然后通过蓄电池UPS的逆变系统转换为48V的直流电源为通信设备供电当市电中断时电池组对基站不间断供电保证基站正常运行市电恢复时UPS电池停止供电恢复逆变功能要求开关电源系统配置具有高可靠性高安全性的电池保证其正常运行同时对备用电源的放电深度有要求经常停电会导致蓄电池长时间欠充影响循环寿命图表18铅酸电池三大应用领域及其特点资料来源专汽家园双登集团iconfront华创证券整理钠离子电池全生命周期成本更低在成本敏感性高的二轮小动力电池领域凸显优势当前钠离子电池成本约为070元Wh远高于铅酸电池成本03元Wh但钠离子电池循环寿命是铅酸电池循环寿命的四倍以上使得更换电池频率大幅降低大大降低了全生命周期成本成本方面力压铅酸电池钠离子电池能量密度更高具备更长续航和轻量化的优势钠离子电池能量密度为100-150Whkg远超铅酸电池是其能量密度的3倍左右在新国标电动自行车轻量化的要求和续航焦虑的背景下具有明显优势图表19电动车新国标各项标准资料来源中国政府网华创证券钠离子电池具有优异的高低温性能与启停电池应用极端环境温度相契合钠离子电池正常工作温度范围远比宽铅酸电池宽为-40到80即使面临发动机舱的高温和北方冬季低温的环境也能最大程度保证汽车启停的正常运行证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号14电力设备及新能源行业深度研究报告钠离子电池具有更长的循环寿命钠离子电池循环寿命是铅酸电池四倍以上更换电池频率大幅降低减少了车主对其是否正常运行的担忧以及额外的支出在一定程度上也提高了性价比图表20钠离子电池在-40至80之间可以正常工作图表21汽车启停电池一般位于发动机舱附近资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权资料来源中华网汽车钠离子电池具有高安全稳定性可有效应对室外恶劣环境的挑战室内基站存在机房租用难的问题因此目前很多基站采用室外一体化基站管理模式将BBURRU以及供电单元全部打包塞在室外的一个柜子里室外一体化基站容易受到各种外界因素的影响如温度湿度和大风天气等在这种恶劣的环境下小型空调钠离子电池可以有效的保证高低温下的充放电性能即使没有空调作为保障钠离子电池也能正常运行非常适合作为对可靠性安全性有很高要求通信基站的备用电池用来保障通信基站的正常运行钠离子电池过放性能优秀可应对通信基站经常停电的情况通信基站停电导致电池长时间欠充会影响到铅酸电池的循环寿命周权在高功率高安全钠离子电池研究及失效分析中测试了3个不同截止电压下的钠离子电池过放性能发现钠离子电池可过放至0V后容量还可以恢复正常可以进行过放电循环容量并无明显衰减问题可有效应对通信基站可能出现的停电问题图表22通信基站结构示意图图表23不同截止电压下的过放电循环曲线资料来源滤波器公众号资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号15电力设备及新能源行业深度研究报告3储能高安全性优秀的高低温性能以及长循环寿命与储能适配性高高安全性优秀的高低温性能以及长循环寿命是多变的应用场景对储能电池的性能要求低成本是核心竞争力当前储能电池的应用领域主要有电力储能通信储能户用家储以及便携式储能四大类对安全性的追求主要体现在户用家储近年来家储锂电池多发的事故引起广泛的担忧因此电池的绝对安全稳定是家储长远发展的重要保障对高低温性能的追求主要体现在电力储能和通信储能北方许多地区温差较大需要电池有优秀的高低温性能来抵抗寿命的衰减对长循环寿命的追求主要体现在电力储能若频繁更替拆解电池需要投入大量人力和费用成本由此导致电站投入成本太高运行实际收益低全生命周期内投资回报率不足不利于推广因此长寿命电池对大型储能电站的推广十分重要图表24储能四大应用领域及其特点资料来源迈世机房监控湖南民生网第一财经国际能源网GGII华创证券整理钠离子电池的性能特点与储能领域适配性高钠离子电池的安全性能和循环寿命与磷酸铁锂电池相当但其高低温性能优于磷酸铁锂电池在北方冬季寒冷地区的电力储能和通信储能领域有较大优势能量密度虽略低但储能应用场景大多对其没有很高的要求同时钠离子电池拥有广阔的降本空间在成本敏感的储能领域优势凸显故钠离子电池有望部分取代磷酸铁锂在储能领域的市场图表25钠离子电池与磷酸铁锂电池性能对比资料来源宁德时代官网证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号16电力设备及新能源行业深度研究报告三材料体系选择与锂电体系求同存异一钠锂性质相似使得电池原理相似钠锂性质相似使得钠离子电池与锂离子电池充放电原理相似均是摇椅式二次电池钠和锂在元素周期表中属于同一主族因此他们具有相似的物化性质使得钠离子电池和锂离子电池基本工作过程相似充电时Na从正极脱出经电解液穿过隔膜嵌入负极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与之相反Na从负极脱出经由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图表26锂离子电池工作原理图表27钠离子电池工作原理资料来源锂离子电池的工作原理与关键材料韩啸资料来源钠离子电池产业化进展王瑞琦等二物理化学性质的内在差异影响表观性能钠离子与锂离子的核心差异在于离子半径钠离子半径大于锂离子半径使得电池的组成和性能存在较大的区别钠离子半径更大使得其很难从常规锂电的正负极脱嵌需要开发新的适合钠离子的正负极材料钠离子较大的半径导致单位体积所含离子量少充放电可转移电子数少使得钠离子电池能量密度低于锂离子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且钠离子的斯托克斯半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可以使用低浓度电解液达到同样离子电导率降低成本的同时减少了黏度带来的影响锂与铝在低电位会发生化合锂离子电池不能用铝箔作为负极集流体而钠不会与铝发生合金化反应因此钠离子电池正负极均可使用铝箔作为集流体证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号17电力设备及新能源行业深度研究报告图表28钠锂原子半径对比图表29钠锂离子性质对比资料来源喔优化学叮咚响资料来源钠离子电池标准制定的必要性周权等华创证券1正极三大主流路线各有特色层状氧化物为产业化主流目前钠离子电池正极材料分为层状过渡金属氧化物普鲁士蓝白化合物以及聚阴离子型化合物三大主要路线分别以能量密度高成本低以及循环寿命长为特色图表30三大正极材料特色资料来源华创证券整理层状过渡金属氧化物是当前产业化的主流综合性能最佳能量密度最高同时具有优异的倍率性能稳定性稍差但无明显短板适合要求较高的动力电池领域且工艺与锂电三元相似可沿用其生产设备技术简单有望率先规模投产普鲁士蓝白化合物成本优势明显理论性能优异具有发展潜力其能量密度高倍率性能优秀结构稳定且成本低廉但其能量密度较低但合成过程中结晶水和空位缺陷问题使得材料实际电化学性能变差结构退化成为该路线的瓶颈聚阴离子型化合物具有突出的循环性能其稳定的结构赋予其高安全性和长循环寿命且成本较低不足之处在于能量密度较低证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号18电力设备及新能源行业深度研究报告图表31三大正极材料优缺点对比层状过渡金属氧化物普鲁士蓝白化合物聚阴离子型化合物结构能量密度高可逆比容量高能量密度高倍率性能好成本低循环性能好稳定性好工作电优点倍率性能好可逆比容量高压高导电性差库伦效率低结晶水能量密度低可逆比容量低部缺点稳定性较差难除掉分含有有毒元素资料来源储能前沿游济远等钠离子电池正极材料研究进展菅夏琰等钠离子电池层状氧化物正极材料研究进展潘雯丽等聚阴离子型钠离子电池正极材料的研究进展华创证券整理2负极硬碳脱颖而出瓶颈在于前驱体目前商业化锂电负极广泛使用的传统石墨无法用作钠离子电池的负极石墨层间距过小较大半径的钠离子嵌入石墨层间需要更大的能量无法在有效的电位窗口进行可逆脱嵌放电容量并不客观无定形碳在众多钠离子负极材料中脱颖而出成为产业化主流路线当前有代表性的负极材料主要有碳基材料金属化合物和合金类材料金属化合物和合金类材料理论比容量很高但在储钠过程中体积变化较大导电性差材料粉化严重需要制作复合材料来改善性能而碳基材料中的无定形碳主要是硬碳和软碳因其不具备石墨化的结构特征石墨微晶自由取向结构内部含有大量缺陷且层间距更大相比石墨有更好的储钠性能相比金属化合物和合金类材料有更好的循环性能是目前最可能实现产业化的钠电负极材料图表32石墨在锂电钠电钾电中的充放电曲线图表33无定形碳左与石墨右结构对比资料来源钠离子电池负极材料的构筑与电解液研究任伟成资料来源钠离子电池无定形碳负极材料研究孟庆施无定形碳以高温下是否石墨化可分为软碳和硬碳2500难以石墨化硬碳因其优异的性能成为当前钠电产业化的主流路线硬碳因其高的机械硬度而得名其扭曲的碳层结构增加了石墨化碳层之间的排斥力从而使其具有更大的层间距038nm且呈现出证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号19电力设备及新能源行业深度研究报告更多纳米孔为钠离子在硬碳中嵌入提供了更多的空间有利于结构的稳定从而使得其具有较高的储钠可逆比容量和优异的循环稳定性但其工艺复杂成本相对较高软碳又称易石墨化碳其碳层排列规整度高于硬碳具有更高的导电性和更好的倍率性能且工艺相对简单原料成本低但其较高的排列规整度和较低的表面缺陷成都也使得储钠能力弱于硬碳图表34硬碳与软碳优缺点对比硬碳软碳结构优点可逆比容量高成本较低与电解液相容性较好可逆比容量低输出电压较低无明显的缺点成本较高电压滞后空气敏感充放电平台电位资料来源粉体网粉体圈公众号华创证券负极成为钠离子电池实现产业化的瓶颈钠离子电池能否规模化量产取决于其能否成功降本目前主流负极是硬碳相对于锂电正极成本43占据主导的情况钠电正极成本占比26大大缩减且负极成本占比提升16使其在成本结构上重要性有所提升当前国内硬碳产业尚不成熟导致对日本公司进口产品的依赖从而使得成本居高不下解决硬碳量产的瓶颈之一在于找到价格低廉性能优异一致性高且供应稳定的前驱体原料硬碳通常是通过热解具有强交联结构的前驱体获得的在很高程度上保留了前驱体的结构特性因此只有前驱体具有高度一致性才有可能保障硬碳材料的一致性同时也需要平衡性能成本以及供应等多方面的问题以选出适合大规模生产的硬碳前驱体硬碳主流的工艺路线分别为生物质基树脂基和化石燃料基生物质基为主流路线综合性价比最高树脂基路线性能最佳但成本较高化石燃料基成本最低但产品性能差图表35锂离子电池左与钠离子电池右成本结构图表36前驱体选择对无定形碳微观结构的影响资料来源中科海钠官网华创证券资料来源钠离子电池无定形碳负极材料研究孟庆施证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可20091210号20