(报告出品方/作者:华金证券,张文臣,顾华昊)

核心观点:

钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常接近,但电池材料方面存在一定差异。钠离子电池是利用钠离子在充放电时,在正极、负极 材料中反覆地嵌入、脱出,从而发生可逆的氧化还原反应,故其工作原理与锂离子电池相似。电池材料上的差异主要体现在正极、负 极和集流体方面。 正极主要有三种路线,层状氧化物有望最先规模化生产。层状氧化物比容量较高、压实密度高,但空气稳定性一般。钠电层状氧化物 与锂电三元正极的生产设备兼容,有望率先量产。普鲁士蓝/白化合物比容量高,价格低廉,但其结晶水的存在会影响电化学性能。聚 阴离子化合物稳定性好、循环性能好,工作电压高,但比容量较低、导电性差。

负极以硬碳为主,软碳为辅。硬碳作为钠电负极,其比容量较高,但由於其原料多为生物质,产率偏低,成本高。硬碳原料多样,其 中生物质原料制备硬碳为主流选择。软碳相对於硬碳在结构上更为有序,故储钠比容量较低,但采用煤、沥青等原料,其成本低。 钠电池材料成本相较於锂电池大幅下降。其材料成本降幅在30%-40%,其降本原因主要在於:1、金属钠地壳丰度高,价格远低於锂。2、 集流体不同。锂电负极集流体必须为铜箔,而钠电池正负极集流体可以均为更为便宜的铝箔。

钠离子电池需求有望快速增长。钠离子电池在原料成本、低温下的容量保持率、耐过放电性能优於磷酸铁锂电池,并且其各方面性能 均超越铅酸电池,有望应用於电动两轮车(替代铅酸电池)、A00级别电动车以及储能领域(替代磷酸铁锂电池)。据测算,全球钠离 子电池的需求量有望从2023年3.6GWh增长至2025年65.8GWh,成长空间巨大。

01、钠离子电池的构成

1.1、钠电工作原理与电池材料

钠离子电池和锂离子电池的工作原理非常接近,但电池材料方面存在一定差异。钠离子电池是利用钠离子在充放电时,在正极、负极 材料中反覆地嵌入、脱出,从而发生可逆的氧化还原反应,故其工作原理与锂离子电池相似。电池材料方面,钠离子电池也是由正极、 负极、电解液、隔膜、集流体等材料构成,材料上的差异主要体现在正极、负极和集流体方面。

1.2、钠电正极路线

钠离子电池正极三种路线,性能上各有优缺点。层状氧化物比容量较高、压实密度高,但空气稳定性一般。普鲁士蓝/白化合物比容量高, 价格低廉,但其结晶水的存在会影响电化学性能。聚阴离子化合物稳定性好、循环性能好,工作电压高,但比容量较低、导电性差。

钠电层状氧化物正极与锂电三元正极在制备方法上相似。制备方法主要有固相法和液相法。其中固相法采用金属氧化物与钠源进行球 磨,从而混合均匀,再进行高温煅烧。此方法流程简单,但是需要较高的温度,且产品的均一性较差。液相法先通过金属盐与硷溶液 进行共沉淀反应,生成前驱体,再混合钠源,进行煅烧,得到层状氧化物。此方法虽然流程上相较固相法更多,但可以通过控制反应 条件,制备出均一性更好、振实密度更高的产物。钠电层状氧化物正极与锂电三元正极的生产设备兼容,适合大规模生产。

普鲁士蓝类正极通常采用共沉淀法制备。普鲁士蓝类正极可以通过热分解法、水热法、共沉淀法合成。其中热分解法和水热法生产效 率和产率较低,且合成过程中容易造成亚铁氰根分解,产生毒气。共沉淀法可以视为安全环保且能够大规模制备此类材料的方法,其 工艺简单、无需高温烧结,成本低廉。主要通过亚铁氰化钠、过渡金属盐、络合剂等,进行共沉淀反应,制备而成。络合剂的加入, 可以降低过渡金属盐与亚铁氰化钠的反应速度,从而减少空位和结晶水的形成。加入抗氧化剂和使用惰性保护气氛的目的是使过渡金 属离子始终处於低价态,从而保证最终产物中较高的钠含量。

可以通过采用表面包覆、金属元素掺杂、改进工艺等方法降低结晶水和空位。星空钠电公开了一种利用氧化钙降低普鲁士蓝结晶水含 量的方法(专利公开号CN115180634A),其将氧化钙与普鲁士蓝研磨混合後,在惰性气氛中加热,在不破坏普鲁士蓝晶形结构的同时, 有效除水。

主流的聚阴离子正极为磷酸盐聚阴离子和硫酸盐聚阴离子,如磷酸钒钠和硫酸铁钠。钒价高昂,且随价格波动剧烈,钒源成本高达钠 电正极原料成本96%,从磷酸钒钠向磷酸锰/铁钒钠体系的「降钒」有望降低成本。 众钠能源主推硫酸铁钠体系,通过硫酸亚铁和硫酸钠简单的工业级原料,搭配碳纳米管,经过混合後煅烧,即可制备。其优势在於:1) 材料很纯,原材料100%利用。2)能耗很低。3)环保、工艺简单,不产生污染和副产物。4)材料烧结温度相对较低,相比於锂电和层 状氧化物七八百度以上的温度。此外,可直接沿用目前现有磷酸铁锂的生产设备。

1.3、钠电负极路线

钠电负极主要采用硬碳和软碳。石墨是商业化的锂离子电池负极材料,但因为钠离子半径大於锂离子,石墨的层间距对於钠电而言过 小,钠离子在石墨层间嵌入和脱出较为困难,故钠离子电池负极材料使用结构含有大量的缺陷的无定形碳(包括硬碳和软碳),其储 钠容量相比石墨更大。软碳是指在2500℃以上的温度下可以石墨化的碳材料,否则即为硬碳。 硬碳作为钠电负极,其比容量较高,但由於其原料多为生物质,产率偏低,成本高。软碳相对於硬碳在结构上更为有序,故储钠比容 量较低,但采用煤、沥青等原料,其成本低。

目前主流厂商在钠电负极上的布局,以硬碳为主,软碳为辅。 硬碳原料多样,其中生物质原料制备硬碳为主流选择。生物质原料可选范围多样(椰壳、秸秆、毛竹等),所制备的硬碳综合性能适 中,但需要解决原料稳定供应和产品一致性等问题;高分子类原料(酚醛树脂等),其所制备的硬碳比容量高,产品均一,结构易调 控,但是成本高昂;沥青、无烟煤等原料虽然成本较低,但是其所制备的硬碳比容量相对较低。

1.4、钠电电解液

钠离子电池电解液与锂离子电池电解液配方相似,均由电解质、溶剂和添加剂组成。 碳酸酯类溶剂EC和PC,具有电化学窗口宽、介电常数大、化学稳定性好的优点,是钠电池优异的有机溶剂。醚类溶剂,因其在钠电体 系中具有更好的抗氧化还原能力,可以在负极表面生成薄且稳定的SEI膜和高的首次库仑效率,也可於钠电池,但其很少在锂电池中 使用。 溶质从锂电池的六氟磷酸锂(LiPF6)换成钠电池的六氟磷酸钠(NaPF6)。两者合成的原理和技术路线相似,六氟磷酸钠容易量产。 添加剂方面,钠电与锂电体系并无太大区别,主要有成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等。

1.5、其它

集流体方面,钠电池正负极集流体均使用廉价的铝箔,但锂电池负极集流体必须为铜箔。这是由於铝和钠在低电位不会发生合金化 反应,而铝和锂在低电位下易发生此反应。故铝箔在钠电池中的用量,相对於锂电池,翻倍增长。 在隔膜方面,钠电池与锂电池均可使用PP、PE隔膜。

02、钠离子电池的成本和性能

2.1、钠电成本

钠电池材料成本相较於锂电池大幅下降。其材料成本降幅在30%-40%,其降本原因主要在於: 1、金属钠地壳丰度高,价格远低於锂。此外,钠电正极还选用资源量丰富的铁、铜、锰等金属,故正极材料价格大幅下降,正极占比从 锂电的43%下降至26%。 2、集流体不同。锂电负极集流体必须为铜箔,而钠电池正负极集流体可以均为铝箔。铝价格远低於铜。

2.2、钠电性能

钠离子电池在成本、低温性能等方面具备优势。虽然钠离子电池与磷酸铁锂电池在能量密度、循环寿命方面存在差距,但是其原料成 本相较於磷酸铁锂电池低30%左右,并且其低温下的容量保持率、耐过放电性能均优於磷酸铁锂电池。钠电池可放电至0V,在储存、运 输方面比锂电池更稳定。将钠离子电池与铅酸电池对比,可发现钠离子电池各方面性能均超越铅酸电池,有望在铅酸电池的主流应用 场景中实现替代。

03、钠离子电池的市场空间

钠离子电池需求有望快速增长。根据钠离子电池的上述性能,我们推断其未来主要应用於对能量密度要求较低,但对成本敏感的领域, 如电动两轮车(替代铅酸电池)、A00级别电动车以及储能领域(替代磷酸铁锂电池)。据测算,全球钠离子电池的需求量有望从2023 年3.6GWh增长至2025年65.8GWh,成长空间巨大。

04、钠离子电池重点企业分析

4.1、中科海钠

公司研发实力领先。公司专注於钠离子电池研发与生产,现拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士,胡勇胜研究员为技术带头人的研 究开发团队。除钠电池外,公司同时供应钠电池正负极材料与电解液。正负极材料分别选用成本低廉的钠铜铁锰氧化物和无烟煤基软 碳,从而具备了明显的成本优势。目前已经成功开发出了NaCP08/80/138等不同规格型号的钠离子软包电池,以及钠离子圆柱 NaCR26650、NaCR32138电池。能量密度已达到145Wh/kg,是铅酸电池的3倍左右。

2021年12月,公司与三峡能源、三峡资本及安徽省阜阳市人民政府达成合作,共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线。该产线规 划产能5GWh,分两期建设,一期产能1GWh。2022年11月,中科海钠(阜阳)全球首条GWh级钠离子电池生产线产品下线。阜阳海钠1GWh 钠离子电池生产项目总投资5.88亿元。後续将在各方共同努力推动下,建设不少於30GWh钠离子规模量产线。 公司与华阳股份合作。2022年,华阳股份与中科海钠通过华钠铜能、华钠碳能、华钠芯能,布局2000吨钠离子电池正负极材料以及1GWh 钠离子电池电芯(圆柱钢壳和方形铝壳)。电池正负极材料已经於2022年3月试生产。

4.2、华阳股份

公司是国内无烟煤龙头,积极转型发展新能源。 公司与中科海钠合作:公司间接持有中科海钠7.75%股权。两者深度合作,成立合资公司华钠铜能和华钠碳能,布局钠电池正负极材料 各2000吨/年。设立全资子公司华钠芯能,建设钠电电芯1GWh。 公司与多氟多合作:公司与多氟多,通过梧桐树资本的产业基金,布局钠电电解质和添加剂。

4.3、宁德时代

其第一代钠离子电池,正极材料采用比容量较高的普鲁士白,创新性地对材料体相结构进行电荷重排,解决普鲁士白循环过程中容量快 速衰减的问题;负极材料采用具有特殊孔隙结构的硬碳。电芯能量密度达160Wh/kg;常温下充电15分钟,电量达到80%以上;零下20℃, 仍有90%以上放电保持率;系统集成效率达到80%以上。 在系统集成方面,公司开发了AB电池系统解决方案,即钠电与锂电两种电池按一定比例进行混搭,通过BMS精准演算法进行不同电池体系 的均衡控制,从而弥补了钠离子电池在现阶段的能量密度短板,也发挥出了它高功率、低温性能好的优势。第一代钠离子电池既可以用 於电动车,尤其在高寒地区优势明显,又可以适配储能全场景应用。

4.4、传艺科技

公司主要从事笔记本电脑输入设备的研发、制造和销售。是全球四大顶级键盘制造商(达方电子、群光电子、精元电脑、光宝电子)柔 性线路板核心部件的主要供应商,为联想、惠普、戴尔、华硕四大品牌笔记本电脑提供键盘配套,全球市占率20.56%,国内市占率40%。 公司致力於钠电池产业一体化模式,包括钠离子电池正极、负极、电解液、电芯四个研发部门来进行。同时,公司与3所大学合作研发。

公司钠电池产品性能优异。钠电池中试线已经於2022年10月27日投产,18650型号电池在2022年12月中旬送到第三方测试机构测试,能 量密度157Wh/kg,低温-20℃的容量保持率93%,两周共测试100多圈,容量保持率99.6%。中试生产的产品,已经达到超过5000次的循环 寿命,可以满足A00级车、小动力车、两轮车和储能的客户使用需求。

公司钠电池进程较快,2023年上半年可投产。一期4.5GWh的厂房建设已完毕,设备已陆续进场安装,预计2023年上半年左右即可投产。 包括两条圆柱电池生产线和一条方形电池生产线,其中圆柱的生产线主要用於A00和两轮车方面,方形电池主要用於储能方面。两条业 务线各占50%,同时运行,不分先後。二期产能规划依据市场情况而定。预计2023年钠电池出货量2-3GWh。

4.5、维科技术

公司锂电池业务以3C数码电池为核心,积极拓展动力和储能电池市场。其为国内排名前五的3C数码电池供应商,客户包括国内主流手 机品牌、欧美主要通讯运营商等。维科动力电池以维科电池十余年的锂电池生产技术为依托,可生产软包动力电池、铝壳动力电池等电 芯产品,应用领域覆盖乘用车电池、特种车辆电池、家电用电池、储能电池等。

公司与浙江钠创深度合作,保证钠电材料供应。2022年9月,公司与浙江钠创新能源有限公司签订《战略框架协议》及《增资协议》, 对浙江钠创投资额3000万元。钠创新能源的钠离子电池正极材料为铁酸钠基三元正极和磷酸钒钠,电解液型号多样,适配多种正负极材 料。其拥有3000吨/年正极材料和5000吨/年电解液产线。浙江钠创可对维科技术钠电池的生产优先保证材料供应。 公司2GWh钠电池项目预计2023年6月量产。2022年10月,公司公告变更原募投资金用途,将原募投项目未使用资金2亿元投资至「年产 2GWh钠离子电池项目」,由全资子公司南昌维科电池在南昌实施。项目总投资6.8亿元。项目於2022年开工建设,预计2023年6月实现量 产,主要面向低速车和储能。

报告节选:

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库】「链接」

openvpn哪下载

0 0 投票数
Article Rating
订阅评论
提醒
guest
0 Comments
内联反馈
查看所有评论
0
希望看到您的想法,请您发表评论x