钠离子电池负极明珠蒙尘引关注

1、负极是钠离子电池与锂离子电池最大的区别之一，但针对钠电负极的研究及产业化却稍显逊色。作为决定钠离子电池性能的关键因素，钠离子电池负极需要综合考量其电化学性能及与正极、电解液的协同搭配，充分体现电芯的设计哲学。本篇报告将踏上钠离子电池负极的寻宝之旅，深入探讨负极技术研发、工艺设计、产业前景和投资机会，力图展现钠电负极的独特魅力。硬碳与软碳为钠电负极两大路线，设计焦点在原料选择与结构优化软碳成本优势显著，硬碳比容量提升可期目前无定形碳是钠电负极的最优选择。负极是钠离子电池四大主材之一，规模化量产后约占钠电成本 17%。由于将锂电中用到的石墨作为钠离子 电池的负极材料时，钠-石墨插层化合物（Na-G

2、IC）热力学不稳定，比容 量仅为 31 mAh/g，远不足以支撑钠离子电池的商业化应用。因此，目前主要研究集中于碳基负极材料、钛基嵌入型负极材料、有机类负极材料、合金及转换类负极材料。其中，层间距较大的无定形碳材料具备较高的储钠比容量、较低的储钠电位、优异的循环性能、成本低廉，是目前最具商业化应用前景的负极材料。图 1：钠离子电池成本拆分备注：以铁锰铜基钠离子电池为参照体系，考虑实现规模化量产成本。资料来源：图 2：钠离子电池负极性能比较资料来源：SmallAdvanced Nanostructured Anode Materials for Sodium-Ion Batteries无定形碳主

3、要区别在前驱体。无定形碳主要分为硬碳和软碳。在钠离子电池领域，软碳通常是指 2800以上容易石墨化的碳材料，有序度较高，软碳层间范德华力较弱，在高温下具有较大的移动能力，因此容易形成易结晶的石墨；而硬碳层间具备较强的交联相互作用，即使在 2800以上也难以完全石墨化的碳，有序度较低。所以软碳和硬碳的主要区别主要来自于前驱体的微观结构，如果是煤、石油焦、沥青这样层间交联作用较弱的前驱体，则制备出的材料为软碳。硬碳前驱体则主要是生物质、合成树脂、及碳水化合物这一类层间交联作用较强的材料。软碳经济性占优，硬碳比容优势显著。从经济性考虑，软碳前驱体偏向于选择用价格便宜的无烟煤烧制，成本优势显著。从性能

4、看，软碳充放电区以斜坡为主，比容量较低，未改性容量在 200-220mAh/g 左右，适用于高功率场景；而硬碳充放电区具备斜坡段和平台段，普遍比容量可以达到 300-350mAh/g，优化改性后可能做到 400mAh/g，将超过锂电石墨的理论比容量（372mAh/g），在提升钠离子电池能量密度上具备诱人潜力。负极材料硬碳软碳石墨结构原料生物质、合成树脂、碳水化合物煤、石油焦、沥青沥青、石油焦、天然石墨碳化温度1000-1500C1000-2000C2500-3000C层间距（d(002)）0.37-0.38 nm0.34-0.35 nm0.335-0.34 nm电极密度0.9-1.0 g/cm

5、31.2-1.3 g/cm31.5-1.8 g/cm3电极压实难易度困难困难容易比容量（mAh/g）300-350200-220高分子聚合物基煤基。目前，国内硬碳尚未规模化生产，钠电所用硬碳主要从日本进口，价格维持在 20 万/吨30 万/吨高位。从长期来看，我们认为钠电负极所用硬碳和软碳均具备大幅降本空间。1）原材料端，2021 年以来，受下游需求持续拉动，人造石墨所用原料如针状焦等供不应求，拉动针状焦价格不断上涨，已突破 12000元/吨，人造石墨成本承压；天然石墨原料价格始终维持高位。而钠电负极所用原料具备成本优势，尤其以无烟煤为原料的软碳和生物质基（如椰壳等）为原料的硬碳，单吨价格仅在

6、数千元。2）制造端，由于无定形碳无需石墨化，平均能耗水平仅为人造石墨的 1/5，略高于天然石墨，具备成本大幅下探潜力。我们预计，规模化生产后，以优质生物质基原料价格 5000 元/吨、高分子聚合物基原料价格 12000 元/吨、精质无烟煤原料价格 2500 元/吨为基础进行测算，软碳和生物质基硬碳成本有望控制在 3 万元/吨以内。且随着软/硬碳厂商规模化后议价能力增强，原材料价格有望进一步下探。图 8：钠电负极材料单耗拆分资料来源：图 9：椰壳十年价格维持在 250-310 美元/吨图 10：酚醛树脂价格保持稳定（元/吨）资料来源：wind，资料来源：wind，图 11：无烟精煤价格长期低于

7、2500 元/吨图 12：中国国产负极针状焦价格逐年走高（元/吨）资料来源：wind，资料来源：wind，成本结构硬碳软碳人造石墨天然石墨表 4：规模化后钠离子电池负极成本可到 3 万元/吨以下生物质基高分子聚合物基单耗（t/t）43221原料价格（元/吨）50001200025001000014000直接材料（万元/吨）23.60.521.4制造费用（万元/吨）0.30.30.31.50.2排污成本（万元/吨）0.400.300.3人工、折旧等（万元/吨）0.10.10.10.10.1总成本（万元/吨）2.841.23.62资料来源：wind，公司公告，2030 年钠电负极需求近 40 万吨

8、，前驱体原料供应充足2030 年全球钠离子电池负极需求近 40 万吨。至 2030 年，随着钠离子电池规模化程度提升，我们测算价格将降低至 0.38 元/wh，比磷酸铁锂电池低 31%左右。因此，2030 年钠离子电池有望在储能市场及两轮车市场快速渗透，如在 5G 通信电站、家庭/工业储能、数据中心等储能市场，及在两轮车市场替代铅酸电池甚至锰酸锂电池，预计负极总需求量近 40万吨，对应硬碳原材料生物质基需求量达 175 万吨，高分子聚合物基材202020212022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E中国市场钠离子电池负极需求钠离子电池合计出货量（

9、GWh）0.00.01.05.015.030.042.561.788.3119.5158.3钠离子电池负极材料需求量（万吨）0.00.00.20.82.34.56.49.313.217.923.7消耗生物质基原材料量（万吨）0.00.00.63.09.018.025.537.053.071.795.0消耗高分子聚合物 基 原 材 料 量（万吨）0.00.00.52.36.813.519.127.839.753.871.2消耗煤基原材料量（万吨）0.00.00.31.54.59.012.818.526.535.947.5全球市场钠离子电池负极需求测算钠离子电池合计出货量（GWh）0.00.01.

10、05.015.036.058.8101.7151.5213.3292.0钠离子电池负极材料需求量（万吨）0.00.00.20.82.35.48.815.222.732.043.8消耗生物质基原0.00.00.63.09.021.635.361.090.9128.0175.2料需求量达 131 万吨，软碳煤基需求量近 88 万吨。表 5：2020-2030 年钠离子电池负极需求测算材料量（万吨）消耗高分子聚合物 基 原 材 料 量（万吨）0.00.00.52.36.816.226.445.768.296.0131.4消耗煤基原材料量（万吨）0.00.00.31.54.510.817.630.54

11、5.464.087.6资料来源：装机量详细测算见国泰君安证券钠离子电池系列报告（二）：层状钠电路线抢夺先机，上游电解二氧化锰弹性显著，生物质基多样充足，仅椰壳便可满足近 85%硬碳前驱体需求硬碳生物质前驱体选择多样，有望维持价格稳定低位运行。钠电硬碳所用生物质基原材料主要包括花生壳、椰壳、稻壳、杏壳、秸秆等富含木质素和纤维素的生物质原料，该类材料种类丰富，性价比高，且多为不可回收废弃物，环保可持续。以硬碳中常用前驱体椰壳为例，2020 年全球椰壳产量达到 128 万吨，且亚洲产量占全球椰壳产量的 97%，我国占据显著地缘优势。以 1.5%CAGR 测算，2030 年全球椰壳产量将达到 148万

12、吨，可以解决 84.5%的生物质硬碳需求。除椰壳以外，产量庞大的杏壳、秸秆、蔗糖等生物质均是理想可供选择硬碳前驱体。图 13：全球椰壳产量稳中有增（万吨）图 14：全球椰壳产量大多集中在南亚和东南亚资料来源：联合国粮农组织，资料来源：联合国粮农组织，图 15：2020 年全球杏仁壳产量超过 140 万吨图 16：亚洲为第二大杏仁产地注：杏壳产量以带壳杏仁总重量 1/3 进行测算 资料来源：联合国粮农组织，资料来源：联合国粮农组织，高分子聚合物行业产能过剩，硬碳需求有望加速行业出清硬碳高分子前驱体行业集中度不高，价格较稳定。硬碳高分子聚合物前驱体主要包括酚醛树脂、环氧树脂等。酚醛树脂具备优良的耐

13、热性、阻燃性、粘附性、电绝缘性、耐酸性，被广泛应用于模塑料、木材加工、磨具磨料、耐火隔热材料等。我国是全球酚醛树脂生产大国，2021 年酚醛树脂产能达到 185.5 万吨，产量达 153.5 万吨。由于中低端市场行业壁垒较低，酚醛树脂行业集中度不高，产能 10 万吨以上企业仅 5 家，其中，树脂龙头圣泉新材料占比 23%。环氧树脂为热固性树脂主要品种之一，被广泛应用于涂料、电子电器、复合材料等。2021 年产能近 240 万吨，但产销量近为其 1/4，处于明显产能过剩阶段，行业集中度不高，而高端环氧树脂主要依赖进口。图 17：2021 年我国酚醛树脂产能突破 180 万吨图 18：酚醛树脂市场

14、集中度低资料来源：百川盈孚，资料来源：公司公告，百川盈孚，图 19：国内环氧树脂产能呈过剩趋势图 20：国内环氧树脂行业竞争激烈资料来源：百川盈孚，资料来源：中国化工信息网，图 21：环氧树脂价格相对波动（元/吨）图 22：龙头公司圣泉集团酚醛树脂单吨毛利维持，环氧树脂单吨毛利随高端化增长（万元/吨）资料来源：wind，资料来源：公司公告，无烟煤为软碳前驱体最优选，龙头华阳股份积极布局软碳前驱体无烟煤主要集中在山西，龙头华阳股份积极向钠电布局。软碳前驱体主要以煤基、石油基为主，与石油焦、针状焦相比，煤炭具备显著成本优势，而无烟煤作为其中含碳量最高、杂质含量最少的种类，最适合用于钠电软碳的制备。

15、我国无烟煤产量稳定，近五年维持在 33.5亿吨/年，山西省产量占比达到半数以上，2021 年产量达到 2.26 亿吨。华阳股份是国内无烟煤产量最大的上市公司，2021 年煤炭产量达到 4610万吨，核定产能 3450 万吨/年，其中 80%以上均为无烟煤。华阳股份全面布局“光伏+储能”新能源产业，抢占未来储能发展“新高地”，钠电发展有助于其向新能源转型。表 6：无烟煤灰分含量最少，碳含量最高种类挥发分碳含量性质褐煤37%25%60%燃点低，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟烟煤10%37%6080%燃点中等，含碳量与发热量较高，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长无烟煤10%80%燃点高，不易着火，发热

16、量高，冒烟少，燃烧时间长资料来源：徐斌钠离子电池硬碳负极的结构调控，图 23：我国无烟煤年产量稳定（万吨）图 24：2021 年山西省无烟煤产量占全国 64%资料来源：百川盈孚，资料来源：wind，表 7：无烟煤龙头企业煤炭产能及储量材料厂商2021 年产量（万吨/年）核定产能（万吨/年）保有储量（万吨）可采储量（万吨）华阳股份4610（总量）3450（总量），2850（无烟煤）311020（总量），244683（无烟煤）155250（总量），132385（无烟煤）兰花科创1040（总量），721（无烟煤）1200（总量），900（无烟煤）157771（总量），127881（无烟煤）72075

17、（总量），60006（无烟煤）神火煤电653.73（总量），310（无烟煤）855（总量），345（无烟煤）134361（总量）63226（总量）资料来源：公司公告，钠离子电池产业化全面加速，负极上游迎来转型契机多企业加速布局钠离子电池，2023 年将迎来全面爆发钠离子电池材料体系全面加速。当前，多家锂离子材料龙头发布钠离子电池相关进展。正极方面，容百科技宣布已拥有四款钠离子电池正极材料，2022 年 Q2 已实现 3.6 万吨/年层状氧化物和 6000 吨/年普鲁士白材料产能，振华新材、当升科技同样取得重大进展；负极方面，贝特瑞、杉杉股份、紫宸科技、星城石墨积极布局硬碳负极的研发及中试；电解

18、液方面，多氟多深度布局钠离子电池，不仅宣布六氟磷酸钠批量供货，同时 2023 年底可形成 1GWh/年钠离子电池产能。多动向宣告钠离子电池已快速切入锂离子电池主要供应体系。钠离子电池初创企业勇拔头筹。以中科海钠为首的钠离子电池初创企业仍走在量产前列。中科海钠与三峡能源合作的全球首条 1GWh 钠离子电池量产线于 2022 年 7 月落成，标志着钠离子电池产业化将进一步加速。同时中科海钠 1GWh Pack 产线也在阳泉正式开工，拟 10 月建成。从材料到电芯再到 Pack 的全链布局有望强化中科海钠的优势地位。钠创新能源也紧随其后，宣布 2022 年年底完成 3000 吨正极材料和 5000

19、吨电解液生产的产能建设。公司材料体系电池性能产业布局是否上市/融资上市公司钠离子电池布局宁德时代普鲁士白能量密度：160 Wh/kg工作温度：-20环境下可保持 90%放电率倍率性能：快充 15 分钟达 80%以上开发出第一代商业钠离子电池，推出 AB锂钠电池共混解决方案，预计 2023 年将形成基本产业链是欣旺达未披露未披露1、拥有钠离子电池补钠、钠离子电池及制备的多项专利，与南开大学合作设立院士工作站，目前暂未量产钠离子电池。是表 8： 国内企业钠离子电池布局动态一览2、2021 年年报披露正在研发一种新型钠离子电池及一项低成本、宽温域的钠离子电池产品开发项目。鹏辉能源正极：磷酸钒钠聚阴离

20、子负极：硬碳未披露已完成小批量试产，为圆柱形态，生产设备可以与生产圆柱电池的设备共用，进入钠离子电池中试阶段是传艺科技正极：层状氧化物（钴、镍含量低）负极：硬碳工作电压：3.5V能量密度：140wh/kg2022 年中试线投产，2023 年一期 2GWh投产是多氟多正极：聚阴离子体系负极：硬碳电解盐：六氟磷酸钠、NaFSI能量密度：130wh/kg循环性能：1000 次1、钠离子电池正负极中试线已建成，六氟磷酸钠已批量供货2、预计河南基地 2023 年底形成 1GWh/年钠离子电池产能，以圆柱电池向低速车及二轮车市场供货3、预计广西基地 2025 年底形成 5GWh/年钠离子电池产能，以方形电

21、池向储能市场供货是山东章鼓正极：磷酸钒钠/镍锰酸锂负极：硫化亚铁/硬碳工作范围：-3055 理论循环周期：5000 次以上1、公司钠离子电池与锂离子电池共线生产，钠离子电池生产线已经可以进行电池量产，拥有 PPS 体系的钠离子固态功能膜片的材料合成技术，目前已有少量订单是派能科技正极：层状氧化物体系负极：硫化亚铁未披露2021 年开发出第一代基于层状氧化物体系的钠离子电池产品并完成小试是中国长城未披露未披露旗下武汉中原长江科技发展有限公司于 2016 年开始进行钠离子电池产业布局，目前已突破钠离子电池正极材料合成与处理技术、钠离子电池制造工艺技术等关键技术，取得发明专利授权 4 项是美联新材未

22、披露未披露1、增资钠离子电池公司华钠新材，持有其 7%股权是上市公司钠离子电池正极布局容百科技4 款材料：一类铁锰基普鲁士 白，三类镍铁锰层状金属氧化物能量密度：60-200Wh/kg循环次数：2000-3000 次1、截至 2022Q2，普鲁士白产能 6000 吨/年，层状氧化物 3.6 万吨/年2、 2023 年万吨级出货，2025 年实现十万吨级出货是振华新材层状金属氧化物体系高压实密度、高容量、低pH 值，低游离钠1、处于送样阶段，已得到部分下游用户认可；是2、钠离子电池正极材料生产线与现有三元材料兼容，现有的 1 万吨三元产线可切换生产 1.3-1.5 万吨钠离子电池3、定增 45

23、亿元投向义龙三期 10 万吨正极产能（兼容钠离子电池正极）当升科技层状金属氧化物比容量：177.2mAh/g（0.1C），169.2mAh/g（0.33C）未披露是湖南邦普未披露未披露已进入磷酸铁锂生产线改产钠离子电池中试产线环评阶段（年产钠电正极 600吨），建成后该产线可切换生产磷酸铁是（宁德时代子公司）格林美层状金属氧化物体系、普鲁士蓝体系未披露1、拥有钠离子电池补钠的方法、钠离子电池及其制备方法等多项专利。2、在普鲁士蓝和层状氧化物等钠离子电池材料两大技术路线均已积累了相关产业技术并和多家下游客户正在认证是上市公司钠离子电池负极布局紫宸科技负极：硬碳为主未披露已积极进行钠离子电池产业的

24、相关研发和布局工作是（璞泰来子公司）贝特瑞负极：硬碳为主未披露有可用于钠离子电池的负极、正极材料产品，量产硬碳、软碳，正极材料产品可根据市场需求量产。是杉杉股份负极：硬碳为主未披露2021 年在钠离子电池硬碳方面也已向相关电池企业进行了百公斤级的供货是星城石墨负极：硬碳未披露新型碳材料硬碳正在研发中是（中科电气子公司）上市公司钠离子电池电解液及盐布局多氟多六氟磷酸钠/有钠离子电池的技术储备，六氟磷酸钠产品已经批量发货，正在开发 NaFSI 产品；与华阳股份签署战略协议，将在六氟磷酸钠和钠离子电池项目中开展深度合作是天赐材料六氟磷酸钠/已有六氟磷酸钠量产技术并通过了客户认可，正规划六氟磷酸钠产能

25、。是新宙邦电解液/有钠离子电池电解液技术储备，目前处于样品阶段是瑞泰新材电解液/钠离子电池电解液目前处于研发阶段，公司的电解液生产体系可应用于钠离子电池电解液的生产是永太科技电解液/已布局投资建设 250 吨钠离子电池材料项目是非上市公司钠离子电池布局中科海钠正极：铜铁锰层状氧化物负极：无烟煤基软碳能量密度：145 Wh/kg循环次数：2000 次工作电压：3.2V工作温度：-40801、与三峡能源合作，共同建设全球首条钠离子电池规模化量产线。规划产能 5GWh，分两期建设，一期 1GWh 将于2022 年正式投产。2、与华阳股份合作，共建 5GWh 钠离子电池 pack 量产线，一期 1GW

26、h 将于 2022年底正式投产3、与华阳股份合作，共建年产能 2000 吨（0.8 GWh）的钠离子正/负极材料生产完成 A+轮融资（2022.4，华为哈勃投资）。线（2021），2022 年投产，未来将达万吨级钠创新能源正极：铁酸钠基层状氧化物/磷酸钒钠负极：硬碳能量密度：120 Wh/kg工作温度：-4055循环次数：4000 次1、2022 年底完成 3000 吨正极材料和5000 吨电解液生产2、未来 3-5 年内，分期建设 8 万吨正极材料和配套电解液生产线完成亿元级 Pre-A 轮融资（2021.11）立方新能源正极：层状氧化物/普鲁士蓝类似物负极：硬碳能量密度：140wh/kg循

27、环寿命：2000 次低温性能：-20下容量保持率88%1、22 年 4 月开始层状氧化物钠电产品中试吨级生产，6 月层状氧化物 22Ah 电池批量生产2、第一代产品首先应用于储能、两轮、大巴和 A 级车以下价格敏感的车上。完成 A+ 轮融资（2021.9，青橙资本领投）众钠能源正极：硫酸铁钠未披露1、已建成全球领先的硫酸铁钠正极材料百吨级产线，2023 年布局 GWh 级产能 2、2021 年开发出全球第一款硫酸铁钠电池完成 B 轮融资（2022.3，碧桂园独家领投）超钠新能源正极：普鲁士蓝类似物/层状氧化物负极：硬碳能量密度： 130 wh/kg（1C）1、 已建成 50 吨级普鲁士蓝/层状

28、氧化物正极材料生产线、钠离子电芯实验线2、 2023 年实现正极材料及 GWh 级电芯规模性量产完成天使轮融资（2021.8）华钠新材未披露未披露1、准备进行产品 500 吨级别的中试阶段完成 A 轮融资（2022.8，美联新材 , 架桥资 本,中投德勤投资,星河控股）珈钠能源正极：聚阴离子负极：硬碳能量密度：120wh/kg1、处于小中试阶段，具备初期产业化、十公斤级的产品制备实力，并已送样给电池头部企业进行全电池测试、验证。2、2023 年 4 月实现百吨级的中试线完成天使轮融资（2022.8，顺为资本）汉行科技正极：普鲁士蓝负极：煤基碳未披露1、在山东济宁项目一期规划建设年产10 万吨普

29、鲁士蓝类正极材料和 10 条电芯制造生产线，首次投资预计达 51 亿元否浙江星空钠电正极：铁基普鲁士蓝负极：硬碳循环性能：循环 1000 次后容量保持率达 94.6%未披露否华纳新能源正极：层状氧化物负极：硬碳未披露未披露否非上市公司钠离子电池负极材料布局佰思格硬碳、软碳比容量：280-500mAh/g超高容量硬碳材料比容量650mAh/g超快充、超长寿命、超高安全及优异的低温特性1、2022 年 Q4 实现客户批量化交付完成 A+ 融资（2022.7，恒信华业领投）武汉比西迪硬碳比容量：500 mAh/g首效：85%1、产品处于中试阶段，已完成三方认证，具备多项发明专利否资料来源：公司公告，

30、钠电负极上游企业迎来转型契机钠离子电池负极与锂离子负极相比，所用前驱体发生巨大转变，上游格局或将重新洗牌，传统企业迎来新能源转型契机。华阳股份无烟煤龙头全面布局“光储网充”，新能源转型势在必行。华阳股份作为全国最大的无烟煤生产基地，凭借丰富的煤炭资源和优异运输条件，近五年平均收入达 325 亿元。在 2020 年开启的新一轮山西省国资国企改革过程中，华阳股份积极从煤炭资源向碳基新材料转型，以钠离子电池为先锋，深度布局“光伏+钠离子电池+飞轮储能+智能微电网”，开拓新一代全场景绿色能源。钠离子电池方面，华阳股份多管齐下，通过间接持股钠离子电池龙头企业中科海钠 15.56%股份、与中科海钠合作建立

31、华钠铜能和华钠碳能、与多氟多合作布局钠离子电池电解液等多项重要举措，深度参与钠离子电池全产业链布局；飞轮储能方面，华阳股份通过打造阳泉奇峰聚能科技，建设年产 200 套飞轮储能系统生产装配线，延伸至轨道交通再生能量回收领域、火力调频领域和新能源场站调频领域；光伏方面，华阳股份成立华储光电，全力打造高效光伏组件智能制造项目。长期来看，华阳股份有望利用客户粘性，为下游五大四小发电集团及其他发电企业提供绿电合作，在新旧能源交替变革中，实现华丽转身。图 25：华阳股份全面开展“光储网充”延链布局注：绿色：钠电相关公司；蓝色：飞轮储能相关公司；黄色：光伏相关公司资料来源：公司公告，图 26：华阳股份打造“光储网充”新范式资料来源：公司公告，图 27：华阳股份深度参与钠离子电池全产业链资料来源：公司公告，华阳股份与中科海钠实现合作双赢。华阳股份自 2020 年起入股中科海钠，并通过共同投资建立华钠铜能、华钠碳能开启同中科海钠的合作供应之路。华阳股份原煤产量随新矿投产及产能利用率提高而稳步提升，2021 年原煤产量提升至 4610 万吨，其中 80%以上均为无