纳离子电池行业深度报告---整理分析

钠电池技术进步明显，23年开始产业化元年

分析概况：

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。

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。

◆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。

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）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.

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。

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》，东吴证券研究所

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、NatronEnergy；聚阴离子化合物优点为循环寿命高、理论工作电压高、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、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＜x≤1）。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（x＜0.5），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

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°C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，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。

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。



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。

添加剂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

◆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。

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。