2022年化工行业报告：钠电行业乘风而起，碳基负极未来可期
报告出品/作者：华安证券、尹沿技、王强峰、刘天文
以下为报告原文节选
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1 钠离子电池产业化在即
1.1 钠离子电池技术不断成熟，大规模量产在即
钠离子电池基本原理与锂离子电池类似，被称作“摇椅式电池”。钠离子电池的结
构和工作原理基本与锂离子电池相同，钠离子电池也主要由正极、负极、隔膜、电解液和集流体组成，正负极之间由隔膜隔开以防止短路，电解液负责充放电的时候离子在正负极之间的传导，集流体则起到收集和传输电子的作用。钠离子电池的工作原理为：充电时，Na+从正极脱出，经过电解液传导进入到负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态。同时，有相同带电量的电子通过外电路从负极流入到正极以保持电荷的平衡。放电过程则与充电过程完全相反，Na+从负极脱嵌，经由电解液穿过隔膜重回正极材料中，电子则通过外电路从正极流回到负极。由于钠离子电池的充放电过程完全对称，均是由钠离子和电子在正负极之间的传导而完成，因此钠离子电池同锂离子电池一样被称作“摇椅式电池”。
钠离子电池技术不断成熟，大规模量产在即。钠离子电池起源于 1976 年，Whittingham 报导了 TiS2的可逆嵌锂机制，并制作了 Li||TiS2 电池，Na+在 TiS2 中的可逆脱嵌机制也被发现。到 19 世纪 80 年代，Delmas 和 Goodenough 相继发现了层状氧化物材料 NaMeO2 (Me = Co,Ni,Cr,Mn,or Fe)可作为钠离子电池正极材料，此发现奠定了钠离子电池的商业化基础。随后，Stevens 和 Dahn 发现硬碳材料具有优秀的钠离子脱嵌性能，该研究成为钠离子电池领城的重大转折点。至此，钠离子电池两大关键材料得到确定，也为后续钠离子电池商业化应用打下基础。2015 年，全球首颗 18650圆柱型钠离子电池诞生，该电芯能量密度达到 90Wh/kg，循环寿命超过 2000 次，再一次推进了钠离子的商业化进程。随后，我国在钠离子电池领域取得了十足的进步，2021 年，中科海纳推出了全球首套 1MWh 钠离子电池光储充智能微网系统，并成功投入运行；随后，宁德时代推出能量密度达到 160Wh/kg，15 分钟可充满 80%的电量，-20℃可放出 90%电量的钠离子电池。至此，钠离子电池即将迈入到商业化阶段，大规模量产在即。
碳酸锂价格高企，锂电池成本居高不下推动钠电池加速产业化。根据安泰科披露的数据，截止至 2022.10.13，工业级碳酸锂平均报价为 50 万元/吨，电池级碳酸锂平均报价为 52.5 万元/吨，价格创历史新高。在碳酸锂价格高企的背景下，锂电正极材料成本亦是水涨船高，价格也是保持持续上涨的态势。根据安泰科披露的数据，截止至 2022.10.13，磷酸铁锂（动力型）平均报价为 16.32 万元/吨，价格处于历史高位。正极材料价格的上涨，势必造成锂离子电池的大幅上升。而且，从原料端来看，钠离子电池原材料碳酸钠的价格远远低于锂离子电池原材料碳酸锂的价格。根据 iFinD 数据，截止至 2022.10.13，碳酸钠的价格仅 2791.67 元/吨，与碳酸锂 52.5万元/吨的价格相差甚远，钠离子电池的原材料成本相对于锂离子电池具有天然的优势，尤其是在碳酸锂价格处于高位的情况更为显著，锂离子电池成本居高不下将推动钠离子电池产业化进程的加速。
1.2 钠离子电池成本优势显著，有望在储能等领域加速应用
相比于锂离子电池，钠离子电池具备原材料、成本和部分性能优势。钠离子电池是由钠离子在正负极之间的嵌入、脱出实现电荷转移，与锂离子电池的工作原理基本相同，两者的生产设备大多可兼容。锂离子电池已经于 1991 年成功商业化，目前被广泛应用于动力、储能和消费等领域，而钠离子电池则持续处于研究中，产业化应用较慢，直到近期产业化的进程才得到加速。目前最新的研究成果发掘出了钠离子电池相对于锂离子电池的诸多优势，展示出了钠离子电池的巨大开发潜力。钠离子电池较锂离子电池的优势具体如下：
（1）原材料优势：地壳中钠储量为 2.75%，储量丰富，且分布均匀，成本低廉。而地壳中锂储量仅为 0.0065%，且分布极其不均匀，不同地区资源属性差距较大。
（2）成本优势：钠离子电池正极材料多选用价格低廉且储备丰富的铁、锰、铜等元素，负极可选用无烟煤前驱体，成本及材料来源相比锂离子电池具备一定优势。而且钠离子电池正极和负极的集流体均可使用廉价的铝箔，成本较锂离子电池所需的铜箔进一步降低。据中科海钠团队研究，产业化的钠离子电池材料成本相较磷酸铁锂电池可降低 30%-40%。
（3）性能优势：倍率性能优异：钠离子的溶剂化能比锂离子更低，即具有更好的界面离子扩散能力，且钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率，或者更低浓度电解液可以达到同样离子电导率，使得钠离子电池具备更快的充电速度，如宁德时代的第一代钠离子电池在常温下充电 15 分钟即可达到 80%的电量，充电速度约为锂离子电池的两倍；低温性能优异：在低温测试中，钠离子电池（铜基氧化物/煤基碳体系）在-20 ℃的容量保持率在 88%以上，而锂离子电池（磷酸铁锂/石墨体系）小于 70%；安全性能优异：在所有安全项目测试中，均未发现起火现象，安全性能更好，这是因为钠离子电池内阻相比锂离子电池要稍微高一些，致使在短路等安全性实验中瞬间发热量少、温度较低。
钠离子电池在能量密度、循环寿命方面较锂离子电池存在不足。相较于锂离子电池，目前阻碍钠离子电池发展应用的瓶颈主要集中在其能量密度、循环寿命等方面。能量密度方面，钠离子电池在 100-150Wh/kg 之间，而锂离子电池在 150-250Wh/kg 之间；循环寿命方面，钠离子电池为 2000+次，而锂离子电池为 3000+次。虽然钠离子电池在能量密度、循环寿命等方面相对锂离子电池存在先天性不足，但是由于钠离子电池具备成本优势，而且在倍率性能、低温性能和安全性能等领域优于锂离子电池，因此未来钠离子电池有望应用于储能、低速电动车、电动船等对能量密度要求较低，但成本敏感性较强的领域。
钠电有望在低速电车和储能领域部分替代锂电，保守估计 2026 年需求将达到123.7GWh。根据乘联会披露的数据，我国低速电车领域，主要是 A00 级车，2021年销量占比全年新能源汽车总销量的 34%。而且未来随着新能源汽车不断往中低端车型渗透，A00 级车销量有望持续上升。保守条件下，假设未来几年全球 A00 级新能源车销量占比为 30%，则到 2026 年全球 A00 级车销量有望突破 1000 万辆。假设 A00 级新能源车单车带电量为 15KWh，则 2026 年全球 A00 级新能源车电池总容量为 153.2GWh，假设钠离子电池渗透率 20%的情况下，2026 年钠离子电池装车量将达到 20.6GWh。储能领域，根据 EVTank 的数据，2026 年全球新增储能电池规模将达到 316.8GWh，假设钠离子电池渗透率 20%的情况下，2026 年储能钠离子电池需求量将达到 63.4GWh。除了低速电动车和储能之外，钠离子电池还能运用于电动船和两轮电动车，也可与锂离子电池混用于更高带电量的车型，因此未来钠离子电池的实际需求量将远超测算值，市场空间广阔。
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