報(bào)告出品/作者：華安證券、尹沿技、王強(qiáng)峰、劉天文

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1 鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化在即

1.1 鈉離子電池技術(shù)不斷成熟，大規(guī)模量產(chǎn)在即

鈉離子電池基本原理與鋰離子電池類似，被稱作“搖椅式電池”。鈉離子電池的結(jié)
構(gòu)和工作原理基本與鋰離子電池相同，鈉離子電池也主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液和集流體組成，正負(fù)極之間由隔膜隔開以防止短路，電解液負(fù)責(zé)充放電的時(shí)候離子在正負(fù)極之間的傳導(dǎo)，集流體則起到收集和傳輸電子的作用。鈉離子電池的工作原理為：充電時(shí)，Na+從正極脫出，經(jīng)過電解液傳導(dǎo)進(jìn)入到負(fù)極，使正極處于高電勢的貧鈉態(tài)，負(fù)極處于低電勢的富鈉態(tài)。同時(shí)，有相同帶電量的電子通過外電路從負(fù)極流入到正極以保持電荷的平衡。放電過程則與充電過程完全相反，Na+從負(fù)極脫嵌，經(jīng)由電解液穿過隔膜重回正極材料中，電子則通過外電路從正極流回到負(fù)極。由于鈉離子電池的充放電過程完全對稱，均是由鈉離子和電子在正負(fù)極之間的傳導(dǎo)而完成，因此鈉離子電池同鋰離子電池一樣被稱作“搖椅式電池”。

鈉離子電池技術(shù)不斷成熟，大規(guī)模量產(chǎn)在即。鈉離子電池起源于 1976 年，Whittingham 報(bào)導(dǎo)了 TiS2的可逆嵌鋰機(jī)制，并制作了 Li||TiS2 電池，Na+在 TiS2 中的可逆脫嵌機(jī)制也被發(fā)現(xiàn)。到 19 世紀(jì) 80 年代，Delmas 和 Goodenough 相繼發(fā)現(xiàn)了層狀氧化物材料 NaMeO2 (Me = Co,Ni,Cr,Mn,or Fe)可作為鈉離子電池正極材料，此發(fā)現(xiàn)奠定了鈉離子電池的商業(yè)化基礎(chǔ)。隨后，Stevens 和 Dahn 發(fā)現(xiàn)硬碳材料具有優(yōu)秀的鈉離子脫嵌性能，該研究成為鈉離子電池領(lǐng)城的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。至此，鈉離子電池兩大關(guān)鍵材料得到確定，也為后續(xù)鈉離子電池商業(yè)化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。2015 年，全球首顆 18650圓柱型鈉離子電池誕生，該電芯能量密度達(dá)到 90Wh/kg，循環(huán)壽命超過 2000 次，再一次推進(jìn)了鈉離子的商業(yè)化進(jìn)程。隨后，我國在鈉離子電池領(lǐng)域取得了十足的進(jìn)步，2021 年，中科海納推出了全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲充智能微網(wǎng)系統(tǒng)，并成功投入運(yùn)行；隨后，寧德時(shí)代推出能量密度達(dá)到 160Wh/kg，15 分鐘可充滿 80%的電量，-20℃可放出 90%電量的鈉離子電池。至此，鈉離子電池即將邁入到商業(yè)化階段，大規(guī)模量產(chǎn)在即。

碳酸鋰價(jià)格高企，鋰電池成本居高不下推動鈉電池加速產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)安泰科披露的數(shù)據(jù)，截止至 2022.10.13，工業(yè)級碳酸鋰平均報(bào)價(jià)為 50 萬元/噸，電池級碳酸鋰平均報(bào)價(jià)為 52.5 萬元/噸，價(jià)格創(chuàng)歷史新高。在碳酸鋰價(jià)格高企的背景下，鋰電正極材料成本亦是水漲船高，價(jià)格也是保持持續(xù)上漲的態(tài)勢。根據(jù)安泰科披露的數(shù)據(jù)，截止至 2022.10.13，磷酸鐵鋰（動力型）平均報(bào)價(jià)為 16.32 萬元/噸，價(jià)格處于歷史高位。正極材料價(jià)格的上漲，勢必造成鋰離子電池的大幅上升。而且，從原料端來看，鈉離子電池原材料碳酸鈉的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰離子電池原材料碳酸鋰的價(jià)格。根據(jù) iFinD 數(shù)據(jù)，截止至 2022.10.13，碳酸鈉的價(jià)格僅 2791.67 元/噸，與碳酸鋰 52.5萬元/噸的價(jià)格相差甚遠(yuǎn)，鈉離子電池的原材料成本相對于鋰離子電池具有天然的優(yōu)勢，尤其是在碳酸鋰價(jià)格處于高位的情況更為顯著，鋰離子電池成本居高不下將推動鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速。

1.2 鈉離子電池成本優(yōu)勢顯著，有望在儲能等領(lǐng)域加速應(yīng)用

相比于鋰離子電池，鈉離子電池具備原材料、成本和部分性能優(yōu)勢。鈉離子電池是由鈉離子在正負(fù)極之間的嵌入、脫出實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，與鋰離子電池的工作原理基本相同，兩者的生產(chǎn)設(shè)備大多可兼容。鋰離子電池已經(jīng)于 1991 年成功商業(yè)化，目前被廣泛應(yīng)用于動力、儲能和消費(fèi)等領(lǐng)域，而鈉離子電池則持續(xù)處于研究中，產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較慢，直到近期產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程才得到加速。目前最新的研究成果發(fā)掘出了鈉離子電池相對于鋰離子電池的諸多優(yōu)勢，展示出了鈉離子電池的巨大開發(fā)潛力。鈉離子電池較鋰離子電池的優(yōu)勢具體如下：

（1）原材料優(yōu)勢：地殼中鈉儲量為 2.75%，儲量豐富，且分布均勻，成本低廉。而地殼中鋰儲量僅為 0.0065%，且分布極其不均勻，不同地區(qū)資源屬性差距較大。

（2）成本優(yōu)勢：鈉離子電池正極材料多選用價(jià)格低廉且儲備豐富的鐵、錳、銅等元素，負(fù)極可選用無煙煤前驅(qū)體，成本及材料來源相比鋰離子電池具備一定優(yōu)勢。而且鈉離子電池正極和負(fù)極的集流體均可使用廉價(jià)的鋁箔，成本較鋰離子電池所需的銅箔進(jìn)一步降低。據(jù)中科海鈉團(tuán)隊(duì)研究，產(chǎn)業(yè)化的鈉離子電池材料成本相較磷酸鐵鋰電池可降低 30%-40%。

（3）性能優(yōu)勢：倍率性能優(yōu)異：鈉離子的溶劑化能比鋰離子更低，即具有更好的界面離子擴(kuò)散能力，且鈉離子的斯托克斯直徑比鋰離子的小，相同濃度的電解液具有比鋰鹽電解液更高的離子電導(dǎo)率，或者更低濃度電解液可以達(dá)到同樣離子電導(dǎo)率，使得鈉離子電池具備更快的充電速度，如寧德時(shí)代的第一代鈉離子電池在常溫下充電 15 分鐘即可達(dá)到 80%的電量，充電速度約為鋰離子電池的兩倍；?低溫性能優(yōu)異：在低溫測試中，鈉離子電池（銅基氧化物/煤基碳體系）在-20 ℃的容量保持率在 88%以上，而鋰離子電池（磷酸鐵鋰/石墨體系）小于 70%；?安全性能優(yōu)異：在所有安全項(xiàng)目測試中，均未發(fā)現(xiàn)起火現(xiàn)象，安全性能更好，這是因?yàn)殁c離子電池內(nèi)阻相比鋰離子電池要稍微高一些，致使在短路等安全性實(shí)驗(yàn)中瞬間發(fā)熱量少、溫度較低。

鈉離子電池在能量密度、循環(huán)壽命方面較鋰離子電池存在不足。相較于鋰離子電池，目前阻礙鈉離子電池發(fā)展應(yīng)用的瓶頸主要集中在其能量密度、循環(huán)壽命等方面。能量密度方面，鈉離子電池在 100-150Wh/kg 之間，而鋰離子電池在 150-250Wh/kg 之間；循環(huán)壽命方面，鈉離子電池為 2000+次，而鋰離子電池為 3000+次。雖然鈉離子電池在能量密度、循環(huán)壽命等方面相對鋰離子電池存在先天性不足，但是由于鈉離子電池具備成本優(yōu)勢，而且在倍率性能、低溫性能和安全性能等領(lǐng)域優(yōu)于鋰離子電池，因此未來鈉離子電池有望應(yīng)用于儲能、低速電動車、電動船等對能量密度要求較低，但成本敏感性較強(qiáng)的領(lǐng)域。

鈉電有望在低速電車和儲能領(lǐng)域部分替代鋰電，保守估計(jì) 2026 年需求將達(dá)到123.7GWh。根據(jù)乘聯(lián)會披露的數(shù)據(jù)，我國低速電車領(lǐng)域，主要是 A00 級車，2021年銷量占比全年新能源汽車總銷量的 34%。而且未來隨著新能源汽車不斷往中低端車型滲透，A00 級車銷量有望持續(xù)上升。保守條件下，假設(shè)未來幾年全球 A00 級新能源車銷量占比為 30%，則到 2026 年全球 A00 級車銷量有望突破 1000 萬輛。假設(shè) A00 級新能源車單車帶電量為 15KWh，則 2026 年全球 A00 級新能源車電池總?cè)萘繛?153.2GWh，假設(shè)鈉離子電池滲透率 20%的情況下，2026 年鈉離子電池裝車量將達(dá)到 20.6GWh。儲能領(lǐng)域，根據(jù) EVTank 的數(shù)據(jù)，2026 年全球新增儲能電池規(guī)模將達(dá)到 316.8GWh，假設(shè)鈉離子電池滲透率 20%的情況下，2026 年儲能鈉離子電池需求量將達(dá)到 63.4GWh。除了低速電動車和儲能之外，鈉離子電池還能運(yùn)用于電動船和兩輪電動車，也可與鋰離子電池混用于更高帶電量的車型，因此未來鈉離子電池的實(shí)際需求量將遠(yuǎn)超測算值，市場空間廣闊。

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