钠电：如何从“0-1”迈向“1-N”（二）-钠电究竟适配哪些需求场景？-光大证券.pdf-solarbe文库

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敬请参阅最后一页特别声明 -1- 证券研究报告 2022 年 12 月 1 日行业研究钠电究竟适配哪些需求场景钠电如何从“0-1”迈向“1-N”（二）电力设备新能源锂价高企叠加地缘政治因素，钠离子电池迎来发展窗口期锂资源约束成本上升，促使下游寻找技术替代品，钠离子电池由于资源限制程度更低，规模化量产后价格更加低廉，是锂离子电池的有力补充。三元、铁锂、钠离子电池由于正极价格差异以及其他原材料的变化，成本依次降低，其中规模量产后钠离子电池在目前碳酸锂价格 56 万元/吨的情况下，相比磷酸铁锂电池有 0.25 元/Wh 的成本优势，是对磷酸铁锂电池应用领域的重要补充，有望在铅酸技术要求较高和磷酸铁锂技术要求偏低的部分场景大量应用，但是循环回收问题后续需要持续关注。预计钠离子的电池市场 2026 年达到 88GWh，对应 484 亿元产值规模钠电池本质上是替代磷酸铁锂电池在价格更加敏感的应用场景。对于部分性能要求偏低的磷酸铁锂应用场景而言，钠离子电池性能基本能够满足要求，成本是其核心考察指标。储能侧重于循环寿命、可靠性，对能量密度要求较低，其中大储使用 LCOE（平准化度电成本）评判成本高低，钠离子电池虽成本低，但循环性能低，并没有优势；户储/UPS/5G 基站对标磷酸铁锂电池价格，侧重购置成本，循环寿命要求相对较低，钠离子电池可以进入并形成一定渗透；两轮车成本对标铅酸电池，有较强的消费属性，对性能要求不高，考虑投资成本与产业化进度，钠离子电池有望占据较大份额；乘用车成本对标低端磷酸铁锂电池，同时对电池的可靠性、循环寿命、能量密度要求较高，钠离子电池在成本敏感度较高的 A00/A0 级车有望快速渗透。锂电巨头长期竞争力强，跨界新贵有望快速量产依托于传统锂电产业链，一方面宁德时代、孚能科技、振华新材、容百科技等锂电企业工艺经验深厚，客户合作紧密，上下游配合良好；另一方面，华阳股份、传艺科技、钠创新能源等依托于院士教授等的技术专利，快速切入赛道。目前各家规划进展较快，预计 2023 年形成小批量量产出货，2024 年产业将迎来规模化大幅降本时刻。总体而言由于钠离子电池产业化时间较晚，各家技术差距不大，在一些品质要求不高的如两轮车、低速车等场景，新势力有望率先实现量产。但是长期来讲，由于锂电巨头对于工艺细节、客户需求、产业链把控等经验更加深厚，规模化降本速度更快，将获得长期的竞争优势。投资建议目前钠离子电池仍然处于从 0 到 1 的过程中，应用场景有限，但是我们认为随着技术的发展以及锂价可能长期处于高位，钠离子电池应用场景可能会逐渐扩大。在目前产业化进度下，两轮车、A00/A0 乘用车和户储/UPS/5G 基站市场钠电有望实现对磷酸电池和铅酸电池的快速替代，大型储能领域由于钠离子电池循环寿命较短，体积能量密度较低，短期无法对磷酸铁锂电池形成强有力的冲击。2023 年是钠离子电池量产的元年，而到 2026 年，整个产业链产值有望达到 484 亿元，2023-2026 CAGR 为 174。建议关注电池环节宁德时代，华阳股份，传艺科技，维科技术，孚能科技，鹏辉能源；正极环节容百科技，当升科技，振华新材；负极环节贝特瑞，杉杉股份，翔丰华；电解液天赐材料，多氟多。风险分析疫情导致产业链需求不及预期风险；技术路线变化风险；原材料价格波动风险；行业壁垒较低，市场竞争加剧风险。买入（维持）作者分析师殷中枢执业证书编号S0930518040004 010-58452063 yinzsebscn.com 分析师陈无忌执业证书编号S0930522070001 021-52523696 chenwujiebscn.com 联系人和霖 021-52523853 helinebscn.com 联系人吕昊 021-52523817 lvhaoebscn.com 行业与沪深 300 指数对比图 - 4 0 - 2 8 - 1 5 - 3 10 1 1 /2 1 0 2 /2 2 0 5 /2 2 0 8 /2 2 电力设备新能源沪深 300 资料来源Wind 要点敬请参阅最后一页特别声明 -2- 证券研究报告电力设备新能源投资聚焦钠离子电池作为锂离子电池的重要补充，在锂价处于高位时期受到了各厂家追捧。在过往，钠离子电池主要应用潜力集中于两轮车，然而随着锂价高企，各个应用场景对成本的容忍有限，钠离子电池的市场空间进一步扩大，下游的需求驱动了钠离子电池技术的快速发展。我们的创新之处 1、市场对于钠离子电池在各个应用场景应用决策的关键点没有进行细致讨论，我们针对储能、两轮车、新能源汽车等应用领域进行了讨论，指出了核心决策点。 2、不同于市场对于钠离子电池在储能领域的应用乐观态度，我们认为在储能领域，大型储能将在较长时间内不会使用钠离子电池，而家用储能将较快进行应用。 3、我们定量分析了钠离子电池在新能源车领域的应用及其将会给车厂带来的收益，指出了钠离子电池在 A00/A0 级市场将会快速应用。股价上涨的催化因素 1、钠离子电池产业链降本速度超预期。 2、锂价持续位于高位，且在 2025 年之前无法跌到合理的区间，促进产业加速发展钠离子电池技术。 3、钠离子电池寿命进一步提升，生产工艺与设备进一步改进。投资观点目前钠离子电池仍然处于从 0 到 1 的过程中，应用场景有限，但是随着技术的发展以及锂价可能长期处于高位，钠离子电池应用场景可能会逐渐扩大。在目前产业化进度下，两轮车、A00/A0 乘用车和户储/UPS/5G 基站市场上钠电有望实现对磷酸电池和铅酸电池的快速替代，大型储能领域由于钠离子电池循环寿命较短，体积能量密度较低，短期无法对磷酸铁锂电池形成强有力的冲击。 2023 年是钠离子电池量产的元年，而到 2026 年，整个产业链产值有望达到 484 亿元，2023-2026 年 CAGR 为 174。建议关注电池环节宁德时代，华阳股份，传艺科技，维科技术，孚能科技，鹏辉能源；正极环节容百科技，当升科技，振华新材；负极环节贝特瑞，杉杉股份，翔丰华；电解液天赐材料，多氟多。敬请参阅最后一页特别声明 -3- 证券研究报告电力设备新能源目录 1、锂涨钠启钠电发展难得的窗口期 6 1.1、锂价具有周期性，钠电更应关注产品定位 . 6 1.2、从构效关系对钠、锂电池性能进行比较 . 7 1.3、成本是优势，性能、成本决定综合性价比 . 11 2、钠电综合性价比如何匹配各应用场景 . 12 2.1、户储、基站、UPS领域，钠电率先攻城略地 12 2.2、看好钠电在两轮车应用，未来需考虑回收成本 15 2.3、 12万元以下电动车型将成为钠电主力替代区间 . 17 2.4、循环性能受限，谨慎看待钠电在大储应用 . 20 2.5、 2026年钠离子电池产值规模有望达484亿元 . 23 3、各公司竞相布局钠电池 26 3.1 振华新材布局层状氧化物材料，复刻三元大单晶优势 . 26 3.2 宁德时代普鲁士白入手，同步布局层状氧化物 28 3.3容百科技携手宁德时代开发普鲁士白，布局多款三元层状氧化物 . 29 3.4中科海钠院士团队推动产业化进程，携手华阳上下游协同发展 . 30 3.5华阳股份无烟煤龙头，入股中科海钠 . 31 3.6钠创新能源携手维科技术，加速产业化进程 32 3.7传艺科技转型钠离子电池，23年规模化量产 . 32 3.8鹏辉能源布局储能，推动钠离子电池发展 33 4、投资建议 . 33 5、风险分析 . 34 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 证券研究报告电力设备新能源图目录图1锂资源主要位于海外，中国锂资源储量仅占全球6 . 6 图2锂资源价格高企，推动企业开发钠离子电池 7 图3钠离子电池工作原理示意图 8 图4Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2正极构成 . 9 图5补锂/补钠的机理 . 10 图6NCM811锂电池电芯成本结构 . 11 图7磷酸铁锂电池电芯成本结构 11 图8铜铁锰基氧化物钠电池电芯成本结构 . 11 图9各化学体系成本构成对比 11 图10各应用场景对电池各项指标侧重点不一 12 图11ATL48V/6.5kWh户储电柜 . 13 图12宁德时代基站电池 . 14 图13宁德时代基站解决方案 . 14 图14宁德时代UPS电芯 14 图15宁德时代UPS解决方案 14 图16锂离子电池在两轮车领域销量增速放缓 15 图17锂离子电池在两轮车领域渗透率逐年爬升 15 图182021年两轮车成本构成 . 16 图19两轮车上锂离子电池与铅酸电池成本变化对比 . 17 图20乘用车分价格带市场份额变化. 17 图21新能源车分价格带市场份额变化 . 17 图22五菱宏光miniev电池包构造 . 18 图23海辰新能源3.58MWh工商业储能集装箱 20 图24成本计算方法示意图 . 22 图25振华新材营业收入 . 27 图26振华新材归母净利润及增速 27 图27振华新材利润率情况 . 27 图28振华新材期间费用率情况 27 图29宁德时代钠离子相关专利发展历程 . 28 图30宁德时代钠离子电池与磷酸铁锂电池对比 29 图31宁德时代AB电池 . 29 图32容百科技钠离子电池相关专利. 29 图33中科海钠专利布局 . 31 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 证券研究报告电力设备新能源表目录表1钠离子和锂离子关键指标对比 8 表2钠离子电池正极材料体系对比 10 表3补钠的各种方案 10 表4各场景成本评价要素与核心影响因素 . 12 表5户储对电池的要求较低 . 13 表6基站电池电芯 14 表7UPS电池电芯和电柜参数 . 14 表8钠离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池在两轮车上性能对比 . 16 表9A00级车五菱宏光miniev三元与铁锂版本整备质量一致 18 表10典型A0级车三元与铁锂版本性能差距不大 18 表11不同化学体系电池占整车售价比例 . 19 表12车企A00/A0级车部分车型停止接单 . 19 表13大储对电池的循环寿命要求更高 . 20 表14锂离子电池与钠离子电池参数对比 . 20 表15中科海钠钠离子电池pack规格 . 21 表16各情况下磷酸铁锂电池与钠电池储能应用假设 . 22 表17磷酸铁锂电池与钠电池在产业化初期以及规模化后储能LCOE对比 23 表18钠离子电池应用空间测算 25 表19容百科技钠离子电池参数 30 表20华阳股份钠离子电池布局 32 表21钠电产业链公司估值对比 33 表22各公司钠电池进度情况 . 34 敬请参阅最后一页特别声明 -6- 证券研究报告电力设备新能源 1、锂涨钠启钠电发展难得的窗口期 1.1、锂价具有周期性，钠电更应关注产品定位锂需求快速增长和潜在地缘政治问题推升锂资源自主可控的重要性，钠电是选项之一。锂矿主要分布在澳洲、南美地区，根据美国地质勘探局 2021 年报告，我国锂资源储量仅占全球 6，且开采成本较高，我国作为锂电生产大国，上游锂矿、锂盐对外依存度过高。地缘政治问题日益复杂，锂矿作为重要的战略资源，得到各国重视。四川锂矿、盐湖锂、锂云母、锂电回收等都是保障锂资源自主可控的重要途径；而钠电与锂电原理相近，对锂零依赖，亦是重要选项之一。图 1锂资源主要位于海外，中国锂资源储量仅占全球 6 41. 06 14. 34 13. 20 6. 31 4. 44 2. 88 2. 83 1. 89 1. 35 0. 62 11 . 09 0. 00 5. 00 10. 00 15. 00 20. 00 25. 00 30. 00 35 . 00 40. 00 45. 00 0 1, 000 2, 000 3, 00 0 4, 000 5, 000 6, 000 智利澳大利亚阿根廷中国美国加拿大刚果（金）津巴布韦墨西哥西班牙其他储量（万吨全球占比资料来源中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告，光大证券研究所，单位万吨 2021 年以来，锂资源的供需紧张导致其大幅涨价，锂电池成本持续上升。 2020 年开始，随着全球新能源车市场的快速兴起，快速推升了动力电池中锂的需求，同时上游锂矿开采缓慢且存在一定不确定性，锂价迎来快速上涨。根据 Wind 数据，与 2021 年 1 月 1 日价格相比，目前（2022 年 11 月 22 日）碳酸锂价格上涨 1070，氢氧化锂价格上涨 1120，价格均达到 56 万元/吨以上。敬请参阅最后一页特别声明 -7- 证券研究报告电力设备新能源图 2锂资源价格高企，推动企业开发钠离子电池 0 10 20 30 40 50 60 华阳股份（元 /股）维科技术（元 /股）价格碳酸锂 99 . 5 电国产（万元 /吨）价格氢氧化锂 56. 5 国产（万元 /吨）锂价高企，各公司推动钠离子电池发展资料来源Wind，光大证券研究所整理，统计时间截至 20221122 锂价居高不下，钠电作为替代品应运而生。由于钠价远低于锂价，而且钠的分布比锂更为广泛，使得钠电的经济性高于锂电。但是，由于技术原因，钠电在低温性能、倍率性能有一定优势，而在能量密度、循环性能有一定劣势。因此，钠电的应用场景将有所不同。（1）在不考虑回收的情况下，钠电性能优于铅酸电池；（2）在磷酸铁锂低端应用场景，钠电性能劣势不明显。在两轮电动车领域，钠电将有一席之地；在对锂电池性能要求不高的领域，如户储，钠电也可以形成部分替代；电动四轮车领域对成本较为敏感，钠电可以快速进入；A00/A0 级车、低速四轮车等市场用户对成本更加敏感，所以亟需满足技术要求的低成本方案。钠电当前处于产业化初期，其性能仍在不断进化、成本也在不断下降之中，而钠电相对于锂电的替代范围，也将随着钠电相对于锂电的性价比不同而随之变化，需要密切跟踪。 1.2、从构效关系对钠、锂电池性能进行比较钠离子电池与锂离子电池的工作原理类似，为嵌脱式电池。充电时，Na从正极脱嵌，进入负极；放电时，Na从负极回到正极，外电路电子从负极进入正极，将 Na还原为 Na。敬请参阅最后一页特别声明 -8- 证券研究报告电力设备新能源图 3钠离子电池工作原理示意图资料来源中科海钠官网钠离子相对原子质量 22.99，远大于锂的 6.94。单位质量或体积下，材料中能够迁移的离子更少，且在迁移的过程中对材料晶格、反应界面的稳定性造成影响；但钠盐具有较好的导电性能，在液相中传导更快，不易发生枝晶。由于钠与锂在原子半径上差异较大，映射到在产品性能和材料选型上也有许多差异材料构型选择更多（1）由于钠离子与过渡金属元素离子的半径差异较大，在高温下更容易与过渡金属分离形成层状结构，使其层状氧化物的堆积方式具有多样化。含锂层状氧化物多为 O 型结构，而含钠层状氧化物具有丰富的 P 型和 O 型材料种类。（2）很多在含锂层状氧化物正极中没有电化学活性的过渡金属元素在含钠层状氧化物中具有活性，如 Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 等元素均具有活性且表现出高度可逆性。更好的倍率性能（1）钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，低浓度的钠盐电解液具有较高的离子电导率，可以使用低盐浓度电解液；（2）在锂离子电池中具有优异储能能力的石墨却由于热力学原因几乎不具备储钠能力，所以选择硬碳、软碳等作为负极，使得功率性能得到提升；更好的安全性能（1） Na 与 Al 不发生混排，正极集流体可以用廉价的 Al 箔材，使得其无过放电问题；（2）可以设计双极性（bi-polar电池，即在同一张铝箱两侧分别涂布正极和负极材料，将极片在固体电解质的隔离下进行周期性堆叠，以进一步提升能量密度；较低的能量密度和循环寿命（1）钠离子原子半径较大，同时负极选择硬碳/软碳，克容量较低，整体体积与质量能量密度较低；（2）正极选取兼顾能量密度下的层状氧化物材料，相比磷酸铁锂循环性能较差；（3）电压平台更低，pack 中串联数量更多，导致系统能量密度较低。表 1钠离子和锂离子关键指标对比指标钠锂相对原子质量 22.99 6.94 离子半径/ Å 1.02 0.76 敬请参阅最后一页特别声明 -9- 证券研究报告电力设备新能源电负性 0.93 0.98 质量比容量（mAh/q） 1165 3861 体积比容量（mAh/ml） 1131 2062 碳酸丙烯酯中斯托克斯半径/ Å 4.6 4.8 标准电极电位/V -2.71 -3.04 地壳丰度 2.30 0.0017 资料来源胡勇胜钠离子电池科学与技术，光大证券研究所整理层状氧化物钠离子电池目前进展较快，各公司主要通过两方面进行解决循环寿命的问题，一方面通过掺杂发展更加稳定的体系，另一方面研发补钠技术补充循环过程中钠离子的损耗。采用元素掺杂或者引入缺陷以稀释具有姜·泰勒畸变的过渡金属离子。层状氧化物中往往引入过渡金属以提高性能，然而过渡金属离子溶解是锂离子电池以及钠离子电池中常见的问题，一般具有姜泰勒效应的 Ni、Mn 等过渡金属相比 Co 更容易发生溶解，溶解后的过渡金属离子会迁移到负极并在负极侧沉积，不但会造成负极侧固定电解质中间相solid electrolyte interface,SEI膜厚度增加，减少活性 Na，增加电池内阻，还会持续催化电解液分解，降低了电池的循环寿命。西安交通大学王鹏飞教授和肖冰教授联合中国科学院化学研究所郭玉国研究员通过基于选定的多种金属离子的协同作用，为 P2 型正极设计了一种有效的策略以提高性能。四价钛（Ti4）提供高氧化还原电位，惰性二价镁（Mg2）稳定结构，一价锂（ Li ）平滑电化学曲线。制备的 P2- Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2电极具有 134mAhg-1的可逆容量、3.57V 的工作电压、优异的循环稳定性（200 次循环后容量保持率为 82）和优异的倍率性能（4C 条件下为 110mAhg-1）。图 4Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2正极构成资料来源Zhiwei Cheng, et al Mitigatingthe Large-Volume Phase Transition of P2-Type Cathodes by Synergetic Effect of Multiple Ions for Improved Sodium-IonBatteries （a-c）Na23LiMgNi9Mn19Ti2O64 的晶体结构；（d）六方晶体的晶格向量与六方晶格在（0001）面的晶格取向关系；（e）五种化合物的具体组成。中科海钠胡永胜通过开发铜铁锰层状氧化物将循环寿命提升到 6000 周以上。胡勇胜等在 Cu 基的 P2-Na2/3[Cu1/3Mn2/3]O2和 P2-Na7/9[Cu2/9Fe1/9Mn2/3]O2的基础上，通过调整元素比例，设计合成了 O3-Na0.9,[Cu0.22Fe0.3Mn0.48]O2，在 2.54.05V 可以实现 100mA·h/g 的可逆比容量，平均工作电压可达 3.2V，并且具有优异的循环稳定性。值得一提的是，Cu2不但可以提供电荷补偿 Cu3/Cu2,还可以有效提高材料的空气稳定性，是目前为数不多的具有空气和水稳定性的钠离子层状正极材料之一。在该材料中加入 Ni 可以进一步提高其比容量，O3-Na[Cu1/9Ni2/9Fe1/3Mn1/3]O2在 2.04.0V 具有 127mAh/g 的可逆比容量，平均工作电压约为 3.1V。敬请参阅最后一页特别声明 -10- 证券研究报告电力设备新能源表 2钠离子电池正极材料体系对比正极材料体系普鲁士白类镍铁锰层状氧化物铜铁锰层状氧化物平均电压 3.2 V 2.9 v 3.2 V 循环寿命 1200 周98 1000 周92 6000 周80 比能量 120 W·h/kg 100120 W·h/kg 150 W·-h/kg 环保特性前驱体 NaCN剧毒无毒无毒成本低高低资料来源胡永胜钠离子电池科学与技术通过补钠技术可以提高钠离子电池的能量密度以及循环寿命。2020 年，Liu Xiaoxiao 等通过简单的硬碳负极喷涂 Naph-Na 溶液，可以补充 60mAh/g 的克容量，同时 Na0.9[Cu0.22Fe0.30Mn0.48]O2||硬碳体系的全电池可以从 141Wh/kg 提升到 240Wh/kg。另一方面，同补锂技术类似，补钠能够提升循环寿命。但是对于主流的层状氧化物钠离子电池，由于结构相比于磷酸铁锂橄榄石结构不太稳定，同样补钠/补锂之后循环寿命仍然有所差距。图 5补锂/补钠的机理资料来源Kangyu Zou，et alPrelithiation/Presodiation Techniques for Advanced Electrochemical Energy Storage Systems Concepts, Applications, and Perspectives，光大证券研究所整理表 3补钠的各种方案分类方法原理试剂劣势负极预钠化化学法用低电势的含钠化学试剂与负极材料发生化学反应进行补钠惰性钢粉钠块熔融钠钠-有机复合物溶液如联苯、萘）钠化试剂化学稳定性差，与极性溶剂和空气反应等电化学法负板与钠片装配电池，对其小电流放电，电解液中的钠离子会在负极还原，钠化负极钠片、隔膜、电解液、外壳等涉及电池预组装和拆卸，制备过程复杂正极补钠电化学法首周充电时，正极材料或正极添加剂中过量的钠不可逆迁移至负极，钠化负极正极富钠添加剂（如 NaN3正极富钠材料需解决富钠材料与正极活性物质一同配料和涂布的工艺资料来源胡勇胜钠离子电池科学与技术，光大证券研究所对于钠离子电池，循环性能、倍率性能、能量密度是不可能三角，目前研发进度较快的层状氧化物铜铁锰基，镍铁锰基体系循环寿命在 4000-5000 次。根据文献，层状氧化物体系兼顾倍率性能的产品循环能达到 5000 次。未来补钠技术如果成熟应用，可以进一步提高整体循环寿命，然而目前技术尚不成熟，后续发展仍需持续观察。敬请参阅最后一页特别声明 -11- 证券研究报告电力设备新能源 1.3、成本是优势，性能、成本决定综合性价比产业化初期钠离子电池成本不具有显著优势，上下游协同助力成本下降。在产业化初期，正负极、六氟磷酸钠电解液等原材料开发尚不成熟，钠离子电池成本较高，与磷酸铁锂电池相比并无竞争优势。在锂价下降到低位之前，通过产业链上下游合作进行快速降本将是决定钠离子电池后续能否大量应用的关键因素。规模化量产后，钠离子电池相比于锂离子电池的突出优势在于其成本。截至 2022 年 11 月 22 日，电池级碳酸锂价格在 56 万/吨，处于历史高位。根据我们测算，考虑钠离子电池各原材料规模化量产后，若按照 56 万元/吨的碳酸锂价格和 2700 元/吨的碳酸钠价格，而锂电其他材料按照 2022 年 11 月 13 日的基准测算，钠离子电池电芯成本相较磷酸铁锂电池绝对成本差距约 0.25 元 /Wh；而按照碳酸锂 25 万元/吨，锂电池其他原材料依然按照 2022 年 11 月 13 日价格水平，磷酸铁锂与钠电池绝对成本差距将缩减到 0.09 元/Wh。如果锂价长期处于高位，钠离子电池原材料价格的优越性将不断凸显。相比于锂离子电池，钠离子电池电芯中材料成本占比更低，人工和制造费用占比更高。在 NCM811 锂电池电芯成本构成中，电池材料占据整体成本的 93，磷酸铁锂电池电芯的材料成本占比 91，而在铜铁锰基氧化物钠离子电池电芯中，电池材料成本占比更低，约为 79，其中钠离子电池正极材料占比仅为 22。图 6NCM811 锂电池电芯成本结构图 7磷酸铁锂电池电芯成本结构资料来源光大证券研究所测算，元/Wh，材料价格截至 2022 年 11 月 13 日资料来源光大证券研究所测算，元/Wh，材料价格截至 2022 年 11 月 13 日图 8铜铁锰基氧化物钠电池电芯成本结构图 9各化学体系成本构成对比 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 N C M 811 磷酸铁锂铜铁锰层状氧化物钠电池正极负极隔膜电解液铝箔 /铜箔结构件其他辅料人工制造费用资料来源光大证券研究所测算，元/Wh，材料价格截至 2022 年 11 月 13 日资料来源光大证券研究所测算，截至 2022 年 11 月 13 日，其中主要成本差异来自于正极材料敬请参阅最后一页特别声明 -12- 证券研究报告电力设备新能源各应用场景对电池技术参数要求侧重点不同（1）储能应用侧重于循环寿命与可靠性，由于空间相对较大，运行工况简单，所以能量密度要求较低。其中大储对循环寿命以及可靠性要求较高，户储、 UPS、基站储能对这两个指标要求相对较低；（2）两轮车有较强的消费属性，整车替换周期为 2-3 年，对电池性能要求不高，钠电池可以作为铅酸电池的替换，但铅酸更易回收；（3）乘用车由于使用年限较长，空间有限，对电池的可靠性、循环寿命、能量密度要求较高。同时低端车受制于成本的压力，对电池的成本要求也较高。图 10各应用场景对电池各项指标侧重点不一能量密度价格循环寿命可靠性大储户储， U PS ，储能基站二轮车乘用车资料来源光大证券研究所绘制各应用场景的评价要素与核心影响因素也不同。储能侧重于循环寿命、可靠性，对能量密度要求较低，其中大储使用 LCOE（平准化度电成本）评判成本高低，钠离子电池虽成本低，但循环性能低，并没有优势；户储/UPS/5G 基站对标磷酸铁锂电池价格，侧重购置成本，循环寿命要求相对较低；两轮车对标铅酸电池，有较强的消费属性，对性能要求不高；乘用车对标低端磷酸铁锂电池，同时对电池的可靠性、循环寿命、能量密度要求较高。表 4各场景成本评价要素与核心影响因素评价要素影响因素储能 LCOS（大储），磷酸铁锂电池价格（户储，USP，基站）购置成本，替换成本，循环寿命两轮车铅酸电池价格购置成本，产线投资新能源车低端磷酸铁锂价格购置成本资料来源光大证券研究所成本是钠电的核心优势，应用场景需综合考虑“性价比”。虽然目前 56 万/吨碳酸价格下，规模化量产的钠电池电芯成本相较磷酸铁锂电池降低 0.25 元 /Wh，但由于其回收成本较高，所以综合成本会有所提升。另外，若能量密度、循环性能达不到锂电池 60-70，则会影响钠电池应用的综合性价比。因此，目前来看，钠电池是锂电池的重要补充，应用场景需综合考虑成本、性能。 2、钠电综合性价比如何匹配各应用场景 2.1、户储、基站、UPS领域，钠电率先攻城略地户储对循环寿命以及性能要求较低，系统容量不大，安全性管控较易。To C 属性的户储容量为100kWh 级别，容量较小，对电池的循环寿命要求较低，一般要求为 6000 次左右，钠离子在产业化初期已经接近此要求。同时户储电芯数敬请参阅最后一页特别声明 -13- 证券研究报告电力设备新能源量较少，往往只有 2040 只电芯，容量为 100Ah 左右，整体系统电量仅相当于 1/10 台 BEV，一致性和安全性管控较易。图 11ATL48V/6.5kWh 户储电柜资料来源新能安官网，光大证券研究所整理表 5户储对电池的要求较低户储容量 50-100Ah 系统电量 6.5kWh 寿命 6000 次能量密度 150Wh/kg 倍率 0.5C 质保年限 10 年资料来源新能安官网，光大证券研究所整理在户储领域，电池性能、循环寿命要求较低，购置成本是核心评判指标。钠离子电池循环寿命能做到 4000-5000 次，在户储领域由于不一定满充满放，对电池循环寿命损伤较低，而且质保年限通常为 10 年，按每天充放电一次来算，钠离子电池能够满足此领域的要求。同时户储产品体积较小，钠离子电池体积能量密度较低的问题不会对成本和占地面积造成太大的影响。而户储用户更关心成本，所以钠离子电池购置成本就是核心评判指标。随着钠离子电池产业化的进行，我们认为钠离子电池有望在此应用场景对磷酸铁锂电池实现快速替代。基站电池和 UPS 都是作为备用电源来使用，对循环寿命的要求较低，而对抗浮充性能、电量衰减率和日历寿命要求较高。备用电源设备往往采用电网供电，只有当停电发生的时候才进行工作，由于看重成本，以前往往采用梯次利用的磷酸铁锂电池作为备用电源。随着性能要求提升，宁德时代在 5G 基站领域推出了 100Ah 的电芯。在 UPS 场景中，电压范围变化较大，宁德时代推出了 20Ah 的圆柱电池来适配不同的电压范围。钠离子电池循环寿命较长，有望满足此场景应用，因此类似于户储的应用逻辑，当规模化降本进行之后，有望在此领域快速进行替代。敬请参阅最后一页特别声明 -14- 证券研究报告电力设备新能源图 12宁德时代基站电池图 13宁德时代基站解决方案资料来源宁德时代官网资料来源宁德时代官网表 6基站电池电芯电芯参数材料 LFP 容量（Ah） 100 充放电倍率（P） 1 循环寿命（25℃，0.5C/0.5C70SOH） 6000 尺寸（L*W*H）（ mm） 160*49.9*116.0 资料来源宁德时代官网图 14宁德时代 UPS 电芯图 15宁德时代 UPS 解决方案资料来源宁德时代官网资料来源宁德时代官网表 7UPS 电池电芯和电柜参数项目电芯电箱电柜电箱数8/10/12 配置 4P16S 4P128S 4P160S 4P192s 尺寸[mm] 46*145[DL] 480*750*130[W*D*H] 600*900*2000[W*D*H] 重量[kg] 0.53 50 600 700 800 额定电压[V] 3.2 51.2 410 512 614 电压范围[V] 2.53.6 4057.6 320461 400576 480691 额定容量[Ah] 20 80 80 额定电量[kWh] 0.064 4.096 32.768 40.96 49.152 资料来源宁德时代官网敬请参阅最后一页特别声明 -15- 证券研究报告电力设备新能源 23 年是钠离子电池产业化元年，规模效应尚未显现，对锂电池冲击较小，而 24 年开始，各电池厂产能释放出来，规模效应有望显现，我们预计将会先行在户储/UPS/基站储能市场快速替代，之后渗透率进一步提升。其中户储涉及到海外认证，并受到欧洲能源价格等因素影响，较 UPS 和基站领域替代速度稍慢，我们预测 23-26 年渗透率 1/5/13/25。2018 年中国铁塔宣布停止采购铅酸电池，统一采购梯次锂电池，所以我们认为钠电池随着成本降低在 UPS 和基站领域有望快速替代，我们预测 23-26 年渗透率为 3/5/16/25。 2.2、看好钠电在两轮车应用，未来需考虑回收成本锂离子电池在两轮车市场渗透放缓，成本成为核心限制因素。自 2019 年两轮车新国标颁布实施以来，锂离子电池渗透率逐年攀升，然而两轮车售价较低，用户对成本极其敏感。2021 年开始，锂离子电池成本上升，在两轮车领域渗透放缓。图 16锂离子电池在两轮车领域销量增速放缓图 17锂离子电池在两轮车领域渗透率逐年爬升 3. 5 5. 6 10 . 7 13 . 1 60 91 22 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 20 1 8 20 1 9 20 2 0 20 2 1 两轮车锂电出货量 / G W h 锂电池出货增速 YOY 5. 40 7. 50 12. 70 14 . 70 20. 60 23. 40 27. 30 0. 00 5. 00 10. 00 15 . 00 20. 00 25. 00 30. 00 201 6 201 7 201 8 201 9 202 0 202 1 202 2e 资料来源EVTank，光大证券研究所整理资料来源艾瑞咨询中国两轮电动车行业白皮书，光大证券研究所整理两轮车市场目前仍然大量使用铅酸电池，锂离子电池渗透率突破 20后增速放缓。其核心原因在于消费者对于购置成本较为敏感。一只铅酸蓄电池约 450 元，寿命 2 年；一只锂离子电池约 1,000 元，寿命 4 年（电池价格约 0.9 元 /Wh，1.2kWh）。虽然在完整使用寿命周期下铅酸蓄电池和锂离子电池成本相差不大，但是考虑消费者心理和行为，消费者更习惯于购买更便宜的铅酸蓄电池。因此，在锂离子电池替换铅酸电池的大趋势下，电池厂和两轮车厂也往往更加倾向于选择成本更低的体系。目前两轮车市场锂离子电池中大量使用 LMO （锰酸锂）以及 LFP 电池。随着钠离子电池产业化推进，我们认为其将首先在两轮车领域进行应用，率先替代锂离子电池目前占据的高端两轮车市场，后续随着钠离子电池价格的不断下降，也将逐步向下蚕食铅酸电池的市场份额。 2021 年 7 月爱玛科技在经销商大会上亮相的全球首批钠离子电池驱动的双轮电动车将搭载由钠创新能源研发的钠离子电池，标志着钠离子电池两轮车应用从示范逐步走向量产。敬请参阅最后一页特别声明 -16- 证券研究报告电力设备新能源图 182021 年两轮车成本构成资料来源爱玛科技招股说明书，光大证券研究所注图为铅酸电池成本占比钠离子电池参数介于铅酸电池与磷酸铁锂电池之间。相比于铅酸电池，钠离子电池在能量密度上大幅提升，同时低温放电性能好，充电速度快，在技术上完全可以对铅酸电池进行替代。表 8钠离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池在两轮车上性能对比项目钠离子电池磷酸铁锂电池铅酸电池质量能量密度 100-200Wh/kg 120-200Wh/kg 30-50Wh/kg 体积能量密度 180-280Wh/L 300-450Wh/L 60-100Wh/L 工作电压 1.5V3.95V 2.0V3.8V 2.0V 循环次数 2000-4500次 4000-6000次低于1000 次低温性能 -20℃放电效率 90 -20℃放电效率7075 -20℃放电效率小于 60 充电速度 15 分钟 80以上 20-30 分钟 80 约1 小时 80，快充易损伤电池其他优势耐过放电性能好，安全性好倍率性能好无记忆效应成本低无记忆效应基本可完全回收大电流放电性能好高低温放电性能好浮充寿命及安全稳定性好其他缺点截止电压较低，BMS 不好监控