钠离子电池：产业化元年在即、乘储能东风而起-东亚前海证券.pdf-solarbe文库

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请仔细阅读报告尾页的免责声明1 行业深度报告2022年11月02日钠离子电池产业化元年在即、乘储能东风而起核心观点钠电池技术基于锂电池，综合性能优异。钠电池是一种新型二次电池，其组成结构、工作原理以及生产工艺均与锂电池类似。相较于锂电池，钠电池具备较高的安全性、优异的低温性能以及显著的成本优势。在安全性方面，钠电池在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中均不会发生起火与爆炸。在低温性能方面，钠电池在-20℃下容量保持率大于88。在成本方面，钠电池单位能量原料成本为0.29元/Wh，其材料成本相较于锂电池下降了30-40。目前钠电池正极材料中层状氧化物较为成熟，负极以无定形碳为主。正极材料方面，钠电池正极材料主要包括层状金属氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝。其中层状金属氧化物具有可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技术容易转化等优点，成为目前主流的钠电池正极材料。普鲁士蓝和聚阴离子目前也正在研发过程中，其中聚阴离子具有较高的结构稳定性以及安全性等优势，普鲁士蓝具有能量密度高、成本低和循环稳定性好等优势。负极材料方面，无定形碳由于内部微晶结构的无序性和更大的层间距，更有利于钠离子的嵌入脱出，因此成为钠电池的首选负极材料，其按照石墨化难易程度可划分为软碳和硬碳，其中软碳成本更低，硬碳具有较高的储钠容量。国内企业积极入局钠电池领域，推动其产业化进程提速。目前国内初创钠电企业及锂电企业均积极布局钠电池产业链，包括正极材料、负极材料、电解液、钠电池等，推动钠电池产业化提速。以钠电池布局企业为例，目前国内已具备GWh钠电池量产能力的企业包括中科海钠、华阳股份和多氟多，其中中科海钠1GWh钠电池生产线于2022年7月在安徽投产；华阳股份1GWh钠离子电芯生产线于同年9月投产，目前正积极推进1GWh钠离子电池PACK生产线项目，预计于2022年内投产；多氟多控股子公司焦作新能源已具备1GWh钠电池产能。目前拥有在建钠电池生产线的企业包括宁德时代和传艺科技，其中宁德时代已启动钠离子电池产业化布局，预计于2023年将形成基本产业链；传艺科技年产4.5GWh钠电池各生产设备及装置安装调试进展顺利，中试生产即将投产运行。新型储能赛道迎发展机遇，钠电池未来市场空间广阔。钠电池主要应用于储能、电动两轮车和低速电动车领域。“十四五”时期，新能源发电并网带动新型储能行业快速发展，2021年我国新型储能累计装机规模为5.7GW，同比增长74.5。此外，关于加快推动新型储能发展的指导意见指出到2025年我国新型储能的装机规模达30GW以上。钠电池作为一种新型储能技术，未来有望受益于新型储能行业发展，我们预计到2026年钠电池在国内储能领域的市场规模或将达39.8亿元，成长空间广阔。投资建议钠电池具备优异的综合性能，相关企业积极入局推动其产业化提速，同时新型储能行业迎来发展机遇，未来钠电池成长空间广阔，相关生产企业或将受益，如宁德时代、华阳股份、鹏辉能源等。风险提示产业化进展不及预期、下游验证不及预期、市场竞争加剧等。评级推荐（维持）报告作者作者姓名李子卓资格证书S1710521020003电子邮箱lizzeasec.com.cn股价走势相关研究【化工】氢氟酸需求向好，行业有望持续景气_202210302022.10.30【新材料】电化学储能高歌猛进、储能电池迎发展机遇_202210302022.10.30【化工】萤石供需趋紧，行业景气上行_202210232022.10.23【新材料】锂电巨头接连斩获大单，储能赛道迎来高景气_202210232022.10.23【化工】磷化工2022年三季度业绩前瞻下游多点开花、行业景气仍在_202210202022.10.20 行业研究·化工·证券研究报告请仔细阅读报告尾页的免责声明2 化工正文目录1.概述二次电池新星、与锂电本同末异41.1.钠电vs锂电原理类似、性能差异.41.2.组成四大关键材料、发展趋势显现61.2.1.正极三大材料并驱、层状氧化物成熟61.2.2.负极无定形碳为主、硬碳趋势明显91.2.3.电解液溶剂接近锂电、溶质有所改变121.2.4.集流体两极均用铝箔、成本优势明显131.3.产业链工艺类似锂电、应用有望互补151.4.经济性低成本高性能，经济效益显著16 2.进展研究发展提速、量产爆发在即182.1.发展五十余年、进入提速阶段182.1.1.起步于上世纪，经历漫长研发182.1.2.国内首家成立、加速产业化进程192.2.企业加码布局、产业化元年将近212.2.1.国外多家企业布局、进展成果显著212.2.2.国内初创传统并驱，产业化爆发在即223.应用下游蓄势待发、市场空间广阔253.1.储能新能源发电并网，带动需求提升253.2.两轮电动车仍处于过渡期，有望迎换车高峰294.相关标的.304.1.宁德时代.304.2.华阳股份.34 4.3.鹏辉能源.375.风险提示.40图表目录图表1.钠离子电池组成结构及工作原理图4图表2.钠电池按照封装方式可划分为三类5图表3.钠电池、锂电池性能对比5图表4.钠电池正极材料分类6图表5.层状氧化物结构图7图表6. O2、O3、P2、P3结构图.7图表7.钠电池主要层状氧化物性能7图表8.聚阴离子晶体结构图8 图表9.常见聚阴离子材料性能8图表10.普鲁士蓝框架结构图9图表11.正在进行产业化验证的普鲁士白性能9图表12.钠电池负极材料应具备的要素9图表13.钠电池主要负极材料性能对比10图表14.碳基材料可划分为石墨类和无定形碳11图表15.硬碳储钠机锂12图表16.钠电池电解液酸酯类溶剂和醚类溶剂性能对比.13图表17.不同钠盐性质对比13图表18.集流体具有汇集电流的作用14图表19.钠电池正负极集流体均采用铝箔14 请仔细阅读报告尾页的免责声明3 化工图表20.钠电池生产工艺15图表21.钠电池位于产业链中游16图表22.钠资源和锂资源地壳丰度对比17图表23.碳酸锂价格位于历史高位17图表24.钠电池成本和锂电池成本构成对比17图表25.钠电池综合性能优异18图表26.钠电池发展历程19图表27.中科海钠专利20图表28.中科海钠主要钠电池产品21图表29. 2020年全球钠电池产业化布局22图表30.钠电池正极材料企业布局情况23图表31.钠电池负极材料企业布局情况23图表32.钠电池电解液企业布局情况24 图表33.钠电池企业入局情况25图表34. 2016-2022年1-8月国内风电发电新增装机容量.26图表35. 2016-2022年1-8月国内光伏发电新增装机容量.26图表36. 2021年中国几种新型储能市场装机规模占比.26图表37. 2016-2021年全球电化学储能累计装机规模27图表38. 2016-2020年中国电化学储能累计装机规模27图表39.“十四五”以来国内新型储能政策28图表40.目前主要电化学储能技术关键参数对比28图表41.两轮电动车新国标与旧国标对比29图表42. 2012-2022E中国两轮电动车销量29图表43.铅酸电池、钠电池、锂电池应用于电动两轮车优劣势对比.30图表44. 2017-2022H1宁德时代在全球动力电池装机量市占率.31图表45. 2021年宁德时代产销情况31图表46. 2015-2021年宁德时代电池产量31 图表47. 2018-2022H1宁德时代营收情况.32图表48. 2017-2022H1宁德时代营收结构.32图表49. 2018-2022H1宁德时代毛利情况.32图表50. 2018-2022H1宁德时代分产品毛利率.32图表51. 2018-2022H1宁德时代归母净利润和同比.33图表52. 2018-2022H1宁德时代净利率.33图表53. 2017-2022H1宁德时代研发投入.33图表54. 2017-2022H1宁德时代研发费用率.33图表55.钠离子电池和磷酸铁锂电池各有优势34图表56.截至2021年末华阳股份主要煤矿情况34图表57.华阳股份布局新能源产业历程35图表58. 2017-2022H1华阳股份营业收入.35图表59. 2017-2022H1华阳股份归母净利润.35图表60. 2017-2022H1华阳股份营业收入结构.36 图表61. 2017-2022H1华阳股份毛利润结构.36图表62. 2017-2022H1华阳股份煤炭业务营业收入结构.36图表63. 2017-2022H1华阳股份煤炭业务毛利润结构.36图表64.华阳股份与中科海钠合作股权关系（截至2022年9月底）.37图表65.截至2022H1鹏辉能源主营业务情况.38图表66. 2019-2022H1鹏辉能源锂电池产能稳步扩张.38图表67. 2022H1鹏辉能源营业收入同比增长65.5839图表68. 2022H1鹏辉能源归母净利润同比增长105.9539图表69. 2017-2022H1鹏辉能源分产品营业收入结构.39图表70. 2017-2022H1鹏辉能源分产品毛利润结构.39图表71. 2018-2022H1鹏辉能源研发投入.40 请仔细阅读报告尾页的免责声明4 化工1.概述二次电池新星、与锂电本同末异1.1.钠电vs锂电原理类似、性能差异钠电池组成结构、工作原理与锂电池相似。钠电池是一种新型二次电池，其组成结构与锂电池相似，主要包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。钠电池主要通过Na在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现充放电过程。在充电时，Na 从正极材料脱出，经过电解液和隔膜嵌入到负极材料，此时，外电路中电子从负极流向正极。钠电池放电过程与充电过程相反。锂电池则是通过Li在电池正负极之间来回的脱出和嵌入来实现上述过程，因此两者工作原理相似，均被称为“摇椅式电池”。图表1.钠离子电池组成结构及工作原理图资料来源钠离子电池阻燃电解液研究（喻妍），东亚前海证券研究所与锂电相似，按照封装方式钠电池可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。钠电池封装方式也与锂电池类似，可划分为圆柱、软包装和方形硬壳三类。其中圆柱电池的封装材质为圆柱铝壳或钢壳，目前常见的圆柱锂电池型号包括18650、21700、17490等，不同型号的电池因其内部装配结构的不同在性能上有所差异；软包电池的封装材质为铝塑膜，其在安全性、重量、电池设计的灵活性等方面具有一定的优势，但其成本较高，且一致性较差；方形硬壳电池的封装材质为方形铝壳或钢壳，其具有比能量较高、重量较轻的特性，但其生产工艺难以统一，一般根据产品尺寸进行定制化生产。请仔细阅读报告尾页的免责声明5 化工图表2.钠电池按照封装方式可划分为三类分类封装材质电池结构圆柱钠电池圆柱铝壳或钢壳软包电池铝塑膜方形硬壳电池方形铝壳或钢壳资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析（周权），东亚前海证券研究所由于钠和锂在物理化学性质上的差异，钠电池性能同锂电池也存在一定差异。钠电池在成本、低温性能、安全性方面优于锂电池。其中钠电池单位能量原料成本为0.29元/Wh，低于锂电池的0.43元/Wh；且其在-20℃下容量保持率大于88，而锂电池小于70。但钠电池在能量密度以及循环寿命方面低于锂电池。钠电池的质量能量密度、体积能量密度分别为100150Wh/kg、180280Wh/L，均低于锂电池。此外，钠电池的循环寿命大于2000次，而锂电池的循环寿命大于3000次。图表3.钠电池、锂电池性能对比指标钠电池锂电池质量能量密度（Wh/kg）100150 120180体积能量密度（Wh/L）180280 200350单位能量原料成本元/Wh 0.29 0.43循环寿命（次）2000以上3000以上平均工作电压（V）3.2 3.2-20℃容量保持率88以上小于70耐过放电可放电至0V差安全性优较好环保性优优资料来源钠离子电池从基础研究到工程化探索（容晓晖，陆雅翔等），东亚前海证券研究所注单位能量原料成本仅考虑原料成本（正极、负极、电解液、隔膜和其他装配物件）请仔细阅读报告尾页的免责声明6 化工1.2.组成四大关键材料、发展趋势显现1.2.1.正极三大材料并驱、层状氧化物成熟层状氧化物、聚阴离子和普鲁士蓝（白）为目前主要正极材料。电池正极材料一般需要具备比容量高、资源丰富、结构稳定以及工作电压高等特点，合适的正极材料可显著提高电池的比能量。目前钠电池正极材料主要包括过度金属氧化物、聚阴离子、普鲁士蓝（白），其中过度金属氧化物按照结构不同又可划分为层状氧化物和三维隧道氧化物，当钠含量较高时（x0.5），氧化物一般以层状结构为主。由于三维隧道氧化物材料存在首周充电比容量较低的问题，因此目前以层状氧化物为主。图表4.钠电池正极材料分类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（孙媛媛等），东亚前海证券研究所层状氧化物技术较为成熟，具有比容量较高、倍率性能好等优点。钠电池正极材料层状氧化物与锂电池三元材料体系相似，因此二者生产路线较为类似。层状氧化物具有可逆比容量高、能量密度高、倍率性能高、技术易转化等优点，致使其成为目前主流的钠电池正极材料，生产技术较为成熟，但其仍存在容易吸湿、循环性能稍差等不足。请仔细阅读报告尾页的免责声明7 化工图表5.层状氧化物结构图资料来源钠离子电池储能技术及经济性分析（张平，康利斌等），东亚前海证券研究所按照Na的配位类型和氧的堆垛方式可将层状氧化物划分为O2、O3、P2、P3，其中O3和P2更为常见。O3过度金属一般以Fe、Mn、Ni为主，其电极材料比容量可达140mA·h/g，与硬碳组成电芯的能量密度约为123W·h/kg。P2的过度金属一般为Fe、Mn、Ni，具有较好的结构稳定性以及较高的容量保持率，其电极材料比容量约为100mA·h/g，与硬碳组成电芯的能量密度约为114W·h/kg。图表6. O2、O3、P2、P3结构图图表7.钠电池主要层状氧化物性能层状氧化物O3 P2分子式NaMO 2 Na0.67MO2比容量（mA·h/g）可达140约100平均电压（V）2.9 3.4电芯能量密度（W·h/kg）123 114资料来源钠离子电池正极材料研究进展（方永进等），东亚前海证券研究所资料来源钠离子电池机遇与挑战（曹余良），东亚前海证券研究所聚阴离子具有较高的结构稳定性以及安全性。聚阴离子的特性与其组成结构相关。聚阴离子化合物组成单元一般包括四面体阴离子XO4-/XO4-衍生物和多面体MeO x，其中四面体阴离子可保证结构在金属氧化还原过程中的稳定性，且其内部的X-O键可提高晶格中氧的稳定性，进而确保材料具备较高的安全性。此外，钠电池聚阴离子型材料具有工作电压高、热稳定性好、循环好等优点，其不足之处在于可逆比容量低、部分含有毒元素等。请仔细阅读报告尾页的免责声明8 化工图表8.聚阴离子晶体结构图资料来源聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展（施志聪，杨勇等），东亚前海证券研究所常见的聚阴离子材料包括NaFePO4、Na4Fe3PO42P2O7、Na3V2PO43、Na3V2PO42F3等。NaFePO4为橄榄石型，可通过化学或者电化学转换法制成，其比容量约为140 mA·h/g，与硬碳组成电芯的能量密度约为120 W·h/kg，其在高温下结构不稳定。Na4Fe3PO42P2O7采用焦磷酸根取代磷酸根，可通过固相法合成，具有较长的循环性能，其比容量约为120 mA·h/g，与硬碳组成电芯的能量密度约为114 W·h/kg。Na3V2PO43和Na3V2PO42F3均为NASICON结构，结构稳定性较高、循环稳定性可达几千次且易于合成，比容量均为110 mA·h/g，其中Na 3V2PO43与硬碳组成电芯的能量密度约为123 W·h/kg，Na3V2PO42F3与硬碳组成电芯的能量密度约为130 W·h/kg，其不足之处在于采用了价格较高的V元素。图表9.常见聚阴离子材料性能分子式比容量（mA·h/g）平均电压（V）电芯能量密度（W·h/kg）NaFePO4 140 2.8 120Na 4Fe3PO42P2O7 120 3 114Na3V2PO43 110 3.4 123Na3V2PO42F3 3.6 130资料来源钠离子电池机遇与挑战（曹余良），东亚前海证券研究所普鲁士蓝具有能量密度高、成本低等优势。普鲁士蓝具有较大的隧道结构，有助于钠电池在充放电过程中Na的脱出和嵌入，其优势在于工作电压可调、可逆比容量高、能量密度高、合成温度低等，不足之处在于存在结晶水影响循环性能。根据钠离子电池机遇与挑战一文中分析，目前进行产业化验证的普鲁士白材料包括Na 2FeFeCN6和Na2MnFeCN6，请仔细阅读报告尾页的免责声明9 化工两者具有循环稳定性好、比容量高、成本低等优势，比容量均可达140mA·h/g。其中Na2FeFeCN6与硬碳组成电芯的能量密度约为128 W·h/kg，Na2MnFeCN6与硬碳组成电芯的能量密度约为146 W·h/kg。图表10.普鲁士蓝框架结构图图表11.正在进行产业化验证的普鲁士白性能指标普鲁士白分子式Na 2FeFeCN6 Na2MnFeCN6比容量（mA·h/g）140平均电压（V）3 3.4电芯能量密度（W·h/kg）128 146资料来源锰基普鲁士蓝钠离子电池正极材料研究进展（裘吕超，梅简等），东亚前海证券研究所资料来源钠离子电池机遇与挑战（曹余良），东亚前海证券研究所1.2.2.负极无定形碳为主、硬碳趋势明显负极材料是决定钠电池比能量的关键因素之一。正负极材料性能决定电池的比能量，因此合适的负极材料也有利于提高钠电池的比能量。依据锂电池负极材料的特性，得出具有应用前景的负极材料应具备以下特性。首先具备较高的储钠比容量；其次其脱嵌过程中结构变化要尽可能小，确保其具有良好的循环稳定性；然后负极材料应与电解液具备良好的兼容性，不发生副反应；之后负极材料应具备较高的离子迁移率、电子导电率、较好的化学稳定性、热力学稳定性；最后应具备环保性和经济性。图表12.钠电池负极材料应具备的要素资料来源钠离子电池碳负极材料的制备及储钠性能研究（李旭升），东亚前海证券研究所请仔细阅读报告尾页的免责声明10 化工碳基材料、钛基化合物、合金材料是目前主要的负极材料。这些材料的储钠性能都表现良好，但非碳基材料在循环过程中均表现出体积膨胀、稳定性差、导电性差等问题，因此在实际中应用较少。而碳基材料具有研发技术成熟、来源广泛、价格低廉、结构多样等优点，故成为钠电池负极材料的首选，也是最有可能实现产业化并应用的材料。图表13.钠电池主要负极材料性能对比材料分类优点缺点碳基类材料研发技术成熟比容量低、倍率性能差钛基化合物结构性能好、倍率性能好比容量低合金材料理论比容量高循环性能差资料来源钠离子电池碳负极材料的制备及储钠性能研究（李旭升），东亚前海证券研究所碳基材料可划分为石墨类和无定型碳，以无定形碳为主。石墨类材料是一种具有规则层状结构的碳基材料，是锂电池的主要负极材料，其作用机理是通过锂离子的嵌入/脱出过程来实现储锂过程。但由于钠离子难以嵌入石墨层中与其形成稳定的插层化合物，导致其作为钠离子电池负极材料时储钠性能并不出色。无定形碳由于内部微晶结构的无序性和更大的层间距，更有利于钠离子的嵌入脱出，因此成为钠电池的首选负极材料。按照石墨化难易程度，无定形碳又可划分为软碳和硬碳。温度在2800℃以上时可以石墨化的碳材料称为软碳，在2800℃以上不能石墨化的碳材料为硬碳。硬碳内部的碳微晶排布比软碳更加的无序，并且含有微纳孔。软碳材料在1000mA/g下循环100圈后保持率接近100，在1000mA/g电流下释放出114mAh/g电容。硬碳材料在30mA/g电流下循环100圈后保持305mAh/g电容，在300mA/g电流下释放出180mAh/g电容量。请仔细阅读报告尾页的免责声明11 化工图表14.碳基材料可划分为石墨类和无定形碳分类负极材料碳层间距nm比表面积m2/g）循环性能倍率性能石墨类石墨0.43 30.22 100mA/g下2000圈后保持率73.92 20mA/g，28.4mAh/g200mA/g，91mAh/g石墨烯0.365-0.371 330.9 200mA/g下250圈后保持率93.3mAh/g 40mA/g，174.3mAh/g1000mA/g，95.6mAh/g 无定形碳软碳0.356 20.2 20mA/g、200mA/g、1000mA/g下分别循环10圈、50圈和100圈后保持率接近100 1000mA/g，114mAh/g硬碳0.41 38 30mA/g下100圈后保持率305mAh/g 150mA/g，275mAh/g300mA/g，180mAh/g资料来源钠离子电池负极材料的研究与发展（赵虔，郑乔天等），东亚前海证券研究所相较于软碳，硬碳具有较高的储钠容量。在高温下，软碳的内部碳层之间的距离以及微晶尺寸会发生更加明显、迅速的变化，导致其内部层间距下降，进而降低了它的储钠性能。硬碳即便经过高温处理，也难以出现石墨化的现象，因此表现出更强的储钠能力，用作负极可提高钠电池的能量密度。硬碳储钠机理主要有四种“插层-填孔”机理、“吸附-插层”机理、“吸附-填孔”机理和“吸附-插层-吸附”机理。 “插层-填孔”机理钠离子嵌入平行排列的碳层的过程位于充放电曲线高电压段，随着嵌入离子的增加，电压逐渐降低。钠离子在纳米级石墨微晶乱层堆垛形成的微孔中的填充过程位于充放电曲线的水平段，电压无明显变化。“吸附-插层”机理充放电曲线基本无水平阶段，斜坡区域容量呈现缓慢下降的趋势，表明斜坡区的储钠容量与钠离子在碳层缺陷位点处的吸附有关。“吸附-填孔”机理该机理中，硬碳储钠过程不存在插层行为，钠离子在碳层表面、边缘或缺陷位置的吸附发生在充放电曲线的高电压区，钠离子在纳米孔隙中的填充发生在充放电曲线的低电压区。 “吸附-插层-吸附”机理钠离子在碳层缺陷部位的化学吸附产生1.0V-0.2V平台容量；钠离子在石墨烯片层间的嵌入产生0.2V-0.05V平台容量；硬碳中的孔隙表面对钠离子的吸附产生小于0.05V的平台容量。请仔细阅读报告尾页的免责声明12 化工图表15.硬碳储钠机锂资料来源钠离子电池无定形碳负极材料研究（孟庆施），东亚前海证券研究所1.2.3.电解液溶剂接近锂电、溶质有所改变钠电池电解液与锂电池相似，主要包括溶剂、溶质和添加剂钠电池电解液溶剂主要包括碳酸酯类和醚类碳酸酯类溶剂可划分为链状碳酸酯和环状碳酸酯，其中链状碳酸酯溶剂主要包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯EMC、碳酸乙烯酯（DEC）；环状碳酸酯主要包括碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC。DMC具有粘度低、挥发性好、电化学稳定性好、介电常数较高的特点，成为主流的电解液溶剂。此外，EC在25℃下介电常数最高，达89.78，其一般与其他有机溶剂搭配使用，有利于提高电解液的熔点、沸点、粘度及离子导电率。酶类溶剂通常可划分为四类1,3-二氧戊环DOL、乙二醇二甲醚DME、二乙二醇二甲醚Diglyme和四乙二醇二甲醚Triglyme。其中DME和Diglyme的沸点和燃点相较DOL、Triglyme更高，介电常数也更高，因此它们具有更加优越的物化性能。在钠电池中，DME与Diglyme可产生溶剂化钠共插层效应以及Na优异的扩散动力学效应，因此更适合应用于钠电池中。请仔细阅读报告尾页的免责声明13 化工图表16.钠电池电解液酸酯类溶剂和醚类溶剂性能对比分类产品熔点（℃）沸点（℃）燃点（℃）粘度（25℃）介电常数（25℃）碳酸酯类溶剂DMC 4.6 91 18 0.59 3.107DEC -74.3 126 31 0.75 2.805EMC -53 110 / 0.65 2.958EC 36.4 248 160 2.1 89.78PC -48.8 242 132 2.53 64.92 醚类溶剂DOL -95 74 1.7 / /DME -58 84 0 0.46 7.18Diglyme -64 162 57 1.06 7.4Triglyme -46 216 111 3.39 7.53资料来源有机电解液在钠离子电池中的研究进展（张福明，王静等），东亚前海证券研究所钠电池中采用钠盐作为溶质，以六氟磷酸钠为主。钠盐根据阴离子的不同可分为含氟钠盐、含硼钠盐以及其他钠盐三类。其中含氟钠盐包括NaPF6、NaOTF、NaFSI、NaTFSI等；含硼钠盐包括NaBF4、NaBOB、NaDFOB等。目前钠电池电解液中通常采用的钠盐为NaPF6，其基于LiPF6生产工艺制成，重置成本较低，具备良好的导电性，其导电率为7.98mS/cm，是目前的主流钠盐。图表17.不同钠盐性质对比钠盐相对分子质量g/mol电导率mS/cmNaCIO4 122.4 6.4NaPF6 167.9 7.98NaOTf 172.1 /NaFSI 203.3 /NaTFSI 303.1 6.2NaBF4 109.8 /NaBOB 209.8 0.256NaDFOB 159.8 -7 资料来源钠离子电池有机电解液的性能优化研究（胡安准），东亚前海证券研究所此外，钠电池隔膜基本沿用锂电，主要包括PP膜和PE膜。良好的隔膜应具有丰富的孔洞结构、均匀的孔径分布、合适的厚度、达标的机械强度、合适的孔隙度、良好的热传导性和碘化学稳定性，有助于促进钠离子传导。PP膜、PE膜由于耐腐蚀性强、强度高等优点，被广泛应用锂电池中。由于钠电池技术与锂电池一脉相承，所以目前钠电池基本沿用锂电池隔膜。1.2.4.集流体两极均用铝箔、成本优势明显集流体具备汇集电流的作用，与电池能量密度密切相关。集流体实质请仔细阅读报告尾页的免责声明14 化工上是一种存在于锂离子电池的非活性材料，其主要用于汇集电池活性物质产生的电流，有利于对外形成较大的电流输出。集流体的厚度与电池的能量密度密切相关，集流体越薄，电池的能量密度越高。集流体是目前钠电池中不可或缺的组成部分，一个良好的集流体应该具有优良的电化学稳定性、高电导率、低密度以及适当的机械水平等。图表18.集流体具有汇集电流的作用资料来源Areview of current collectors for lithium-ion batteries（Zhu P，Gastol D等），东亚前海证券研究所钠电池正负极集流体均可采用铝箔，成本优势显著。由于钠离子较难与铝箔发生反应生成合金，且铝箔具有优良的电化学稳定性、热稳定性、导电性、机械性等特性，因此钠电池正负极集流体均可采用铝箔。铝箔价格远低于铜箔价格，具有显著的成本优势，有利于进一步降低钠电池材料成本。图表19.钠电池正负极集流体均采用铝箔资料来源钠离子电池储能技术及经济性分析（张平，康利斌等），东亚前海证券研究所请仔细阅读报告尾页的免责声明15 化工1.3.产业链工艺类似锂电、应用有望互补钠电池生产工艺路线与锂电池相似，设备兼容性较大。钠电池技术路线基于锂电池，两者生产工艺基本类似。钠电池生产工艺可划分为三个部分前端电极制造、后端装配、化成分选。其中前端电极制造工序主要包括混料、涂布、辊压、模切等；后端装配工序主要包括叠片、焊接、真空干燥、注液等；化成分选工序主要包括预封、化成、二封、分容等。图表20.钠电池生产工艺资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析（周权），百川盈孚，东亚前海证券研究所钠电池在应用领域有望与锂电池互补。由于钠电池工作原理、组成结构与锂电池相似，因此其具备与锂电池相同的产业位置。钠电池的上游包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜，其正负极材料与锂电池有所区别。钠电池凭借其自身的特性可应用于储能领域、两轮电动车以及低速电动车领域，与锂电池在应用领域内形成互补。请仔细阅读报告尾页的免责声明16 化工图表21.钠电池位于产业链中游资料来源各公司公告，中科海纳官网，东亚前海证券研究所1.4.经济性低成本高性能，经济效益显著锂资源的稀缺性导致碳酸锂价格高企。锂属于稀有金属，根据中科海钠官网数据，锂资源的地壳含量仅为0.0065，且75分布在南美洲地区。锂资源的稀缺性以及分布不均匀导致碳酸锂价格高企，根据百川盈孚数据，截至2022年11月2日，碳酸锂市场均价报55.66万元/吨，较2021年初上涨9.34倍，目前仍处于历史高位。请仔细阅读报告尾页的免责声明17 化工图表22.钠资源和锂资源地壳丰度对比图表23.碳酸锂价格位于历史高位资料来源中科海钠官网，东亚前海证券研究所资料来源百川盈孚，东亚前海证券研究所丰富的钠资源使得钠电池相较于锂电池具备显著的成本优势。相较于锂资源，钠资源地壳含量达2.75，且分布均匀，因此钠的成本显著低于锂，有助于降低钠电池材料成本。此外，钠电池正负极集流体均可采用铝箔，铝箔的成本低于铜箔，进一步降低了钠电池的材料成本。根据中科海钠官网数据，钠电池材料成本相较于锂电池下降了30-40，具有显著的理论成本优势。图表24.钠电池成本和锂电池成本构成对比资料来源中科海钠官网，东亚前海证券研究所钠电池综合性能优异。在安全性方面，钠电池在过充、过放、短路、针刺、挤压等测试中均不会发生起火与爆炸，具备较高的安全性。在高低温性能方面，钠电池在高低温中的测试均表现出较好的容量保持率，具备优异的高低温性能。在电导率方面，由于NaStokes直径小于锂离子，因此较低浓度的电解液便可提供与锂电池相同离子的电导率。在溶剂化方面，由于Na比Li更容易脱离溶剂化，因此其具备更好的界面反应动力学。此外，由于钠电池与锂电池具备相似的技术路线与组成结构，因此其重置成本更低，有助于其产业化发展提速。请仔细阅读报告尾页的免责声明18 化工图表25.钠电池综合性能优异资料来源钠离子电池从基础研究到工程化探索（容晓晖等），东亚前海证券研究所钠电池凭借其成本及性能优势有望应用于大规模储能、两轮车、低速电动车领域。钠电池在性能以及成本方面更适用于两轮车、低速电动车以及大规模储能领域。性能方面，钠电池具有更优的宽温性能、安全性能，虽然其能量密度较低，但能够适配储能系统、两轮电动车以及低速电动车的标准要求。成本方面，钠电池具有材料成本优势，在其技术逐渐成熟之后，整体成本优势将逐渐显现，届时相较于锂电池和铅酸电池，钠电池将具有较高的性价比，未来有望广泛应用于大规模储能、两轮电动车、低速电动车等领域。2.进展研究发展提速、量产爆发在即2.1.发展五十余年、进入提速阶段 2.1.1.起步于上世纪，经历漫长研发钠电池研究起步于20世纪80年代，其发展历程大致可划分为三个阶段第一阶段为1980-2010年，处于实验室研发阶段。钠电池与锂电池在研发初始阶段近乎同步。但相较于锂电池，钠电池由于钠元素本身的性能导致其能量密度较低，且其正负极材料研发进度慢于锂电池。因此锂电池率先于1991年进入商业化阶段，而钠电池也迎来了充分的技术储备期，长时间处于实验室研发阶段。第二阶段为2011-2016年，开始出现钠电池示范产品。继2011年全球请仔细阅读报告尾页的免责声明19 化工首家钠离子电池公司Faradion在英国成立后，钠离子电池公司不断涌现，钠电池示范产品逐渐进入大众视野。2015年钠离子软包电池示范，2016年小批量试制钠离子软包电池和圆柱电池。第三阶段为2017年-至今，开始走向实用化应用阶段。2017年，国内首家钠离子电池公司中科海钠成立，同年国内实现了首辆钠离子电动自行车示范。2019年国内首座100kWh钠离子电池储能电站示范。2021年宁德时代发布第一代钠离子电池，同年全球首套1 MWh钠离子电池光储充智能微网系统正式投入运行。在不断探索中，钠离子电池的应用场景和发展思路逐步清晰明了，开启实用化应用的新篇章。图表26.钠电池发展历程资料来源钠离子电池从基础研究到工程化探索（容晓晖等），宁德时代官网，中国科学院物理研究所官网，东亚前海证券研究所2.1.2.国内首家成立、加速产业化进程2017年国内首家钠电池企业中科海钠成立，加速钠电池产业化进程。中科海钠于2017年注册成立，其依托于中国科学院物理研究所，基于长期的实验室研发成果，专注于新一代储能体系钠离子电池研发与生产。中科海钠聚焦低成本、长寿命、高安全、高能量密度的钠离子电池产品，其潜在应用覆盖低速电动车、规模储能、电动汽车、国家安全等领域。中科海钠的成立加速了钠电池商业化进程。中科海钠研发实力雄厚，研发成果突出。公司拥有国际领先的研究开发团队，以中科院物理所陈立泉院士、胡勇胜研究员为技术带头人，团队成员大多具有优异的学术背景或丰富的新能源行业从业经验。在研发成果方面，公司在钠离子电池研发和技术上不断突破，拥有15项钠离子电池核心专利，处于行业领先水平。目前公司钠电池的能量密度是铅酸电池的3倍左右，达到145 Wh/kg。请仔细阅读报告尾页的免责声明20 化工图表27.中科海钠专利申请号专利名称证书情况专利权人201110326377.2钠离子电池负极活性物质及其制备方法和应用已授权北京中科海钠科技有限责任公司201210107136.3碱金属二次电池及其用的负极活性物质、负极材料、负极和负极活性物质的制备方法已授权北京中科海钠科技有限责任公司201210176523.2碱金属二次电池及其用的负极活性物质、负极材料、负极和负极活性物质的制备方法已授权北京中科海钠科技有限责任公司 201210272123.1钠离子二次电池及其用的活性物质、正负极及活性物质的制备方法已授权北京中科海钠科技有限责任公司201410347935.7一种富钠P2层状氧化物材料及其制备方法和用途已授权北京中科海钠科技有限责任公司201510030075.9一种铜基富钠层状氧化物材料及其制备方法和用途已授权北京中科海钠科技有限责任公司201510708632.8一种钠离子二次电池负极材料及其制备方法和用途已授权北京中科海钠科技有限责任公司201710904851.2钠离子电池负极材料及其制备方法和应用已授权中国科学院物理研究所、北京中科海钠科技有限责任公司201410549896.9一种层状氧化物材料、制备方法、极片、二次电池和用途已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司201821648871.4一种软包电池加压化成设备的工装结构已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司 201821846108.2一种电池电芯组合支架已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司、北京中科海钠科技有限责任公司201821701121.9一种可多次注液钠离子电池已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司201922296540.X一种钠离子电池电芯已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司、北京中科海钠科技有限责任公司201922222259.1一种钠离子电池电芯已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司、北京中科海钠科技有限责任公司201922222257.2一种涂布机模头保护罩已授权溧阳中科海钠科技有限责任公司、北京中科海钠科技有限责任公司资料来源中科海钠官网，东亚前海证券研究所目前中科海钠已拥有圆柱和软包钠离子电池。中科海钠圆柱钠电池型号包括26650、32138。其中26650型号的钠电池容量为2300 mAh，工作温度为-2055℃，最大放电电流为9A；32138型号的钠电池容量为7500 mAh，工作温度为-2055℃，最大放电电流为24A。软包钠离子电池型号包括0880138和09114188，容量分别为6Ah和10Ah，两者工作温度均为-2055℃，前者最大放电电流为6A，后者最大放电电流为10A。请仔细阅读报告尾页的免责声明21 化工图表28.中科海钠主要钠电池产品产品类别产品类别圆柱钠离子电池软包钠离子电池型号26650 32138 0880138 09114188产品图片容量2300 m