电力设备及新能源行业深度研究报告：钠离子电池突破关键资源瓶颈性能优势显著

目 录一、底层逻辑：突储材料的资源供应壁垒 7（一发钠的义缓解资稀的境 7二、钠电应用场景多优势带来广阔空间 8（一钠子池性上具多优势 81、低环下有的容保率 92、有众倍性能 93、端件不出失控安性好 10（二高价贴多应用景市空广阔 121A00级动：解当下锂格原成波动大痛点 122、酸市：电全方超，酸场代可期 133、能高全、的高温能及循寿命储适性高 16三、材料体系选择与电体系求同存异 17（一）钠性相使电池理似 17（二物化性的在差影表性能 171、极三主路有特，状化为业化流 182、极硬脱而瓶颈于驱体 193、流：负均铝箔成优明显 214、膜可用电，仍研与池系配的用膜 215、解：锂子有相之处 21（三总结 22四、产业链梳理 23（一宁时代（300750.SZ） 23（二）比迪（002594.SZ） 24（三传科（002866.SZ） 24（四维技（600152.SH） 25（五鹏能（300438.SZ） 25（六多多（002407.SZ） 26（七中海钠 26（八美新（300586.SZ） 27（九容科（688005.SH） 27（十贝瑞（835185.BJ） 28（十）杉份（600884.SH） 28（十）力份（002866.SZ） 29（十）泉团（605589.SH） 29（十）创保（603177.SH） 30五、风险提示 31图表目录图表1 2021年球源分布 7图表2 壳不元丰度 7图表3 酸价走势 8图表4 OPEC非OPEC油（桶/天） 8图表5 油格势图 8图表6 电锂与酸电性对比 9图表7 电左、（中与酸池右不同度放曲线 9图表8 锂剂离大小比 10图表9 锂不溶中溶化对（KJ/mol） 10图表10 钠、元锂以铅电快性对比 10图表锂子池重副应致失控 图表12 钠子池测试果 图表13 钠子池场景 12图表14 不车电本占（2023年3月） 13图表15 各航程A00级产分布 13图表16 磷铁电本随料本高下 13图表17 A00车池量密分布 13图表18 铅电三用领及特点 14图表19 电车国项标准 14图表20 钠子池在-40℃至80℃之可正工作 15图表21 汽启电般位发机附近 15图表22 通基结意图 15图表23 不截电的过电环线 15图表24 储四应域及特点 16图表25 钠子池酸铁电性对比 16图表26 锂子池原理 17图表27 钠子池原理 17图表28 钠原半比 18图表29 钠离性比 18图表30 三正材色 18图表31 三正材缺点比 19图表32 石在电电、电的放曲线 19图表33 无形（与石（）构比 19图表34 硬与碳点对比 20图表35 锂子池(左与钠子池(右成结构 20图表36 前体择定形微结的响 20图表37 钠子池极集体可铝箔 21图表38 锂子池微观构图 21图表39 钠子池PE隔膜观构图 21图表40 钠子池液三组部及特点 22图表41 钠子池与溶优点比 22图表42 宁时发程 23图表43 宁时第钠电铁性对比 23图表44 钠混搭AB池系解方案 23图表45 比迪展程 24图表46 传科发程 24图表47 传科钠体化局展 24图表48 维技发程 25图表49 维技产局 25图表50 鹏能发程 25图表51 多多展程 26图表52 多多要品 26图表53 中海三产品能标 27图表54 首搭钠的A00级车 27图表55 美新发程 27图表56 美新色产品 27图表57 容科发程 28图表58 容科七心技能力 28图表59 贝瑞展程 28图表60 杉股发程 29图表61 元股发程 29图表62 物化一活性生工流图 29图表63 圣集发程 30图表64 生质炼领先球 30图表65 德环发程 30图表66 合公华能源高量度极品 30一、底层逻辑：突破储能材料的资源供应壁垒（一）发展钠电的意义：缓解锂资源稀缺的困境全球锂资源储量分布不均，我国资源自供有较大的供给缺口（2.30%图表1 2021年全球锂源分布 图表2 地壳中不同元丰度资料来源：USGS， 资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权OPEC58%2023年3月23新闻消息，当地时间2023年4月20·速的可能性，对于锂资源需求较大的国家和地区来说，储能最关键原材料“锂”的自主可控迫在眉睫。图表3 碳酸锂价格走势资料来源：，OPEC78%40%50%图表4 OPEC与非OPEC产油量（千桶天） 图表5 原油价格走势（美元桶）资料来源：， 资料来源：，二、钠电应用场景：多重优势带来广阔空间（一）钠离子电池在性能上具有多重优势钠离子电池相对于磷酸铁锂电池和三元锂电池，性能各有优劣。钠离子电池在量产后具备原料成本优势、高低温环境下更好的容量保持率、优异的倍率性能以及卓越的安全性能，但能量密度较低，循环寿命有待提升，有望在特定场景实现部分替代。钠离子电池性能相对于铅酸电池实现了全方位超越，有望在规模化降本后实现替代。图表6 钠电、锂电与酸电池性能对比钠离子电池磷酸铁锂电池三元锂电池铅酸电池能量密度100-150Wh/kg120-200Wh/kg200-350Wh/kg30-50Wh/kg循环寿命2000次以上3000次以上3000次以上300-500次平均工作电压2.8-3.5V3-4.5V3-4.5V2.0V高温性能优较差差差低温性能优差较差差快充性能优较优较优差安全性能高较高较高高耐过放电性能可放电至0V差差差（锂价格20万/吨时0.3元/Wh（产业成熟后）0.46元/Wh0.53元/Wh0.40元/Wh资料来源：《钠离子电池：从基础研究到工程化探索》（容晓晖等），DeepTech，1、高低温环境下均有优异的容量保持率钠离子电池在-40℃至80℃之间可正常工作，具备良好的宽温特性（5580℃）100%，低温-4070%0.1C100%。低温性能超磷酸铁锂电池和铅酸电池，在-20℃的温度下，钠离子电池的容量保持率高达90%，而磷酸铁锂电池和铅酸电池仅能达到70%和48%。图表7 钠电（左、锂（中）与铅酸电池右不同温度下放电曲线资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权，《极地超低温环境下磷酸铁锂电池容量估计》殷艳花等，2、具有出众的倍率性能相较锂离子，钠离子的斯托克斯直径更小且在极性溶剂中溶剂化能更低，使得钠离子电池电解液具有更高电导率。斯托克斯直径是指在同一流体中与颗粒的密度和沉降速度相等的圆球的直径，直径越小，离子移动速度越快，其所在电解液导电率越高。溶剂化能是离子在电极表面脱离溶剂分子的能垒，较低的溶剂化能使得钠离子在电极表面更容易脱去溶剂分子，界面离子扩散能力更佳，离子在电解液中具有更快的动力学性质，从而使得电解液具有更高电导率。图表8 钠锂溶剂化离大小对比 图表9 钠锂在不同溶中溶剂化能对比（KJ/mol）2502001501000

208.9152.8208.9152.8LiNa

500

PC215.8158.2215.8158.2LiNa资料来源《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权 资料来源《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权创证券优秀的电解液电导率使得钠离子电池具有出众的倍率性能。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，中科海钠制造的钠离子电池能够在12min充电至90%，充电速度高于锂离子电池和铅酸电池。图表10充电至80%容量所需时间钠离子电池15min三元锂电池30min磷酸铁锂电池45min铅酸电池300min资料来源：宁德时代官网，分析测试百科网，车主指南，3、极端条件下不易出现热失控，安全性能好锂离子电池在多种滥用条件的触发下极易出现大量副反应，导致热失控。（作用。图表锂离子电池的重副反应导致热失控资料来源：《车用锂离子电池热安全问题研究综述》纪常伟等/NaCR26650P图表12资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权，（二）高性价比贴合多个应用场景，市场空间广阔用。铅酸市场（二轮小动力、汽车启停以及通信基站磷酸铁锂市场的A00图表13资料来源：1、A00级电动车：可解决当下铁锂价格随原料成本波动较大的痛点A002m-2.3m3.65m3-8MINIEVQQ流的A00A00A003-8万元之A00A00级车定位日常代步车，对电池能量密度要求较低。绝大部分A004%250-400km400kmA00A00图表14 不同车型电池本占比（2023年3月） 图表15 各续航里程A00级车产量分布资料来源：太平洋汽车， 资料来源：高工锂电，钠电的原材料价格相较磷酸铁锂电池更加稳定。2022年碳酸锂价格突破50万元/吨，磷酸铁锂电池成本因此大幅增长，导致A00级车涨价，而钠离子电池所用原料主要为碳酸钠，供应充足，价格波动风险较小。A0086%A00100-160Wh/kg图表16 磷酸铁锂电池本随原料成本居高下 图表17 A00级车电池量密度分布资料来源：， 资料来源：中汽数据，2、铅酸大市场：钠电性能全方位超越，铅酸市场替代可期铅酸蓄电池三大主要用途——二轮小动力电池、汽车启停电池以及通信基站备用电池。经测算2022年市场总需求约为560GWh，其中用于汽车启停占比最大，约为57%（32Gh2412Gh和6（5Gh二轮小动力电池：主要指电动二轮车、电动三轮车以及海外油改电摩托的动力电池，其具有较高的成本敏感性，同时轻量化的趋势使其对电池能量密度有一定的追求。汽车启停电池：汽车启停电源需要具有快速充放电能力、良好的高低温性能等特点，汽车每次重新打火时，都要电池带动发电机，对电池充放电倍率性能要求很高。同时，由于启停电池面临发动机舱的高温和北方冬季低温的环境，需要其具有良好的高低温性能防止经常出现启停失灵的状况。通信基站备用电池：UPS48VUPS图表18铅酸电池三大应用领域及其特点资料来源：专汽家园，双登集团，iconfront，钠离子电池全生命周期成本更低，在成本敏感性高的二轮小动力电池领域凸显优势。00元W0.3元W命周期成本，成本方面力压铅酸电池。钠离子电池能量密度更高，具备更长续航和轻量化的优势。钠离子电池能量密度为100-150Wh/kg，远超铅酸电池，是其能量密度的3倍左右，在新国标电动自行车轻量化的要求和续航焦虑的背景下具有明显优势。图表19 电动车新国标项标准资料来源：中国政府网，钠离子电池具有优异的高低温性能，与启停电池应用极端环境温度相契合。-40钠离子电池具有更长的循环寿命。钠离子电池循环寿命是铅酸电池四倍以上，更换电池频率大幅降低，减少了车主对其是否正常运行的担忧以及额外的支出，在一定程度上也提高了性价比。图表20 钠离子电池在-40℃至80℃之间可以正工作 图表21 汽车启停电池般位于发动机舱附近资料来源《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权 资料来源：中华网汽车钠离子电池具有高安全稳定性，可有效应对室外恶劣环境的挑战。BBURRU行。钠离子电池过放性能优秀，可应对通信基站经常停电的情况。通信基站停电导致电池长时间欠充，会影响到铅酸电池的循环寿命，周权在《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》中测试了3个不同截止电压下的钠离子电池过放性能，发现钠离子电池可过放至0V后容量还可以恢复正常，可以进行过放电循环，容量并无明显衰减问题，可有效应对通信基站可能出现的停电问题。图表22 通信基站结构意图 图表23 不同截止电压的过放电循环曲线资料来源：滤波器公众号 资料来源《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权3、储能：高安全性、优秀的高低温性能以及长循环寿命与储能适配性高低成本是核心竞争力。对安全性的追求主要体现在户用家储。近年来家储锂电池多发的事故引起广泛的担忧，因此电池的绝对安全稳定是家储长远发展的重要保障。对高低温性能的追求主要体现在电力储能和通信储能。北方许多地区温差较大，需要电池有优秀的高低温性能来抵抗寿命的衰减。对长循环寿命的追求主要体现在电力储能。若频繁更替、拆解电池需要投入大量人力和费用成本，由此导致电站投入成本太高，运行实际收益低，全生命周期内投资回报率不足，不利于推广，因此，长寿命电池对大型储能电站的推广十分重要。图表24 储能四大应用域及其特点资料来源：迈世机房监控，湖南民生网，第一财经，国际能源网，GGII，钠离子电池的性能特点与储能领域适配性高。图表25钠离子电池与磷酸铁锂电池性能对比资料来源：宁德时代官网三、材料体系选择：与锂电体系求同存异（一）钠锂性质相似使得电池原理相似池。Na+图表26 锂离子电池工原理 图表27 钠离子电池工原理资料来源《锂离子电池的工作原理与关键材料》韩啸 资料来源《钠离子电池产业化进展》王瑞琦等（二）物理化学性质的内在差异影响表观性能钠离子与锂离子的核心差异在于离子半径，钠离子半径大于锂离子半径，使得电池的组成和性能存在较大的区别。钠离子半径更大，使得其很难从常规锂电的正负极脱嵌，需要开发新的适合钠离子的正负极材料。钠离子较大的半径导致单位体积所含离子量少，充放电可转移电子数少，使得钠离子电池能量密度低于锂离子电池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半径比锂离子的小，相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率，可以使用低浓度电解液达到同样离子电导率，降低成本的同时减少了黏度带来的影响。锂与铝在低电位会发生化合，锂离子电池不能用铝箔作为负极集流体，而钠不会与铝发生合金化反应，因此钠离子电池正负极均可使用铝箔作为集流体。图表28 钠锂原子半径比 图表29 钠锂离子性质比资料来源：喔优化学叮咚响 资料来源：《钠离子电池标准制定的必要性》周权等、1、正极：三大主流路线各有特色，层状氧化物为产业化主流目前钠离子电池正极材料分为层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝（白）化合物以及聚阴离子型化合物三大主要路线，分别以能量密度高、成本低以及循环寿命长为特色。图表30 三大正极材料色资料来源：层状过渡金属氧化物是当前产业化的主流，综合性能最佳，能量密度最高，同时具有优异的倍率性能，稳定性稍差，但无明显短板，适合要求较高的动力电池领域。且工艺与锂电三元相似，可沿用其生产设备，技术简单，有望率先规模投产。普鲁士蓝（白）化合物成本优势明显，理论性能优异，具有发展潜力。聚阴离子型化合物具有突出的循环性能。其稳定的结构赋予其高安全性和长循环寿命，且成本较低，不足之处在于能量密度较低。图表31 三大正极材料缺点对比层状过渡金属氧化物普鲁士蓝（白）化合物聚阴离子型化合物结构优点①能量密度高②可逆比容量高③倍率性能好①能量密度高②倍率性能好③成本低④可逆比容量高①循环性能好②稳定性好③工作电压高缺点①稳定性较差①导电性差②库伦效率低③结晶水难除掉①能量密度低②可逆比容量低③部分含有有毒元素资料来源：储能前沿，游济远等《钠离子电池正极材料研究进展》，菅夏琰等《钠离子电池层状氧化物正极材料研究进展》，潘雯丽等《聚阴离子型钠离子电池正极材料的研究进展》，2、负极：硬碳脱颖而出，瓶颈在于前驱体无定形碳在众多钠离子负极材料中脱颖而出，成为产业化主流路线。当前有代表性的负极材料主要有碳基材料、金属化合物和合金类材料。金属化合物和合金类材料理论比容量很高，但在储钠过程中体积变化较大，导电性差，材料粉化严重，需要制作复合材料来改善性能。而碳基材料中的无定形碳，主要是硬碳和软碳，因其不具备石墨化的结构特征，石墨微晶自由取向，结构内部含有大量缺陷且层间距更大，相比石墨有更好的储钠性能，相比金属化合物和合金类材料有更好的循环性能，是目前最可能实现产业化的钠电负极材料。图表32 石墨在锂电、电、钾电中的充放曲线 图表33 无定形碳（左与石墨（右）结构比资料来源《钠离子电池负极材料的构筑与电解液研究》任伟成 资料来源《钠离子电池无定形碳负极材料研究》孟庆施无定形碳以高温下是否石墨化可分为软碳和硬碳(＞2500℃难以石墨化)，硬碳因其优异的性能成为当前钠电产业化的主流路线。硬碳因其高的机械硬度而得名，其扭曲的碳层结构增加了石墨化碳层之间的排斥力，从而使其具有更大的层间距(~0.38nm)，且呈现出图表34硬碳软碳结构优点可逆比容量高成本较低，与电解液相容性较好缺点成本较高，电压滞后，空气敏感充放电平台电位资料来源：粉体网，粉体圈公众号，负极成为钠离子电池实现产业化的瓶颈。(43%)(16%)原料。同时，也需要平衡性能、成本以及供应等多方面的问题，以选出适合大规模生产的硬碳前驱体。硬碳主流的工艺路线分别为生物质基、树脂基和化石燃料基。生物质基为主流路线，综合性价比最高；树脂基路线性能最佳但成本较高；化石燃料基成本最低但产品性能差。图表35 锂离子电池左与钠离子电池右成本结构 图表36 前驱体选择对定形碳微观结构的响资料来源：中科海钠官网， 资料来源：《钠离子电池无定形碳负极材料研究》孟庆施3、集流体：正负极均可用铝箔，成本优势明显钠离子电池正负极集流体均可用铝箔，与锂离子电池相比具有成本优势。因为锂与铝在低电位下会发生合金化反应，所以锂电负极集流体只能选用铜箔，而钠在低电位下不会与铝产生合金化反应，因此钠离子电池正负极均可以采用价格更低铝箔作为集流体。图表37 钠离子电池正极集流体均可用铝箔资料来源：中科海钠官网4、隔膜：可复用锂电隔膜，仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜隔膜是钠离子电池中的重要组成部分，主要起到绝缘层和半透层的功能。隔膜具有电子绝缘性，将钠离子电池的正极和负极隔开，防止电池短路。隔膜又要具有离子导电性，保证钠离子在充电和放电期间，能正常通过隔膜的微孔。钠离子电池可复用当前锂离子电池隔膜。目前已商业化的电池隔膜主要有聚乙烯（PP）和聚丙烯（PE）隔膜，虽然拥有优异的机械性能、化学稳定性以及低廉的价格，但对钠离子电池适配性能一般。因此，仍需寻找新的可以与钠离子电池体系匹配的隔膜。图表38 锂离子电池隔微观结构图 图表39 钠离子电池PE隔膜微观结构图 资料来源《不同锂离子电池隔膜性能研究》胡利芬 资料来源《新型钠离子电池隔膜的制备及性能研究》张路鹏5、电解液：与锂离子电池有相通之处钠离子电池与锂离子电池电解液的组成有相通之处，均由溶质、溶剂、添加剂三部分组成。电解液是电池中必不可少的组成部分，它在平衡和转移电荷方面起到了关键作用。NaClO4NaPF6NaBF4等，NaPF6综合性能最好，为当前产业化主流。与Na+NaPF6LiPF6LiPF6产线可兼容生产NaPF6剂和醚类溶剂各有优劣，经常混合使用来达到性能需求。SEISEI添加剂：与锂离子电池电解液添加剂兼容性比较好，优点 缺点图表40 钠离子电池电液三大组成部分及特点 图表41 钠离子电池溶与溶质优缺点对比优点 缺点酯类溶剂稳定性好，导电性好 倍率性能较差溶剂醚类溶剂 倍率性能较好 循环性能较差、稳定性差、导电性较差NaPF4

具有最高的电导率、较低的黏度，优异的电化

价格较高，限制了其未来的大规模应用溶质 能 NaClO4兼具性能和价格的优势，性价比最高NaClO4

高温下的安全性差，受潮后难以干燥资料来源：

资料来源：《钠离子电池负极材料的构筑与电解液研究》任伟成，（三）总结正极：层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝（白）负极：无定形碳更加适配钠离子电池，在众多负极材料中脱颖而出。硬碳凭借其优秀的性能力压软碳，成为当前产业化的主流，而解决硬碳量产的瓶颈在于找到价格低廉、性能优异、一致性高且供应稳定的前驱体原料。隔膜：可复用锂电隔膜，但仍需研制与电池体系匹配的专用隔膜。NaPF6来达到性能需求。添加剂与锂离子电池电解液添加剂兼容性比较好集流体：钠电正负极均可用铝箔，成本优势明显。四、产业链梳理（一）宁德时代（300750.SZ）图表42 宁德时代发展程资料来源：宁德时代官网、2021160Wh/kg1580%20°C低温90%80%AB2023+图表43 宁德时代第一钠电与铁锂性能对比 图表44 钠锂混搭AB电池系统解决方案 资料来源：宁德时代官网 资料来源：宁德时代官网（二）比亚迪（002594.SZ）199522030钠电产能布局进展顺利。比亚迪已具备150Ah刀片钠电芯的生产能力，20MWh‘钠电魔方柜储能系统’在南宁青秀工业园已投入试运行。图表45 比亚迪发展历程资料来源：比亚迪官网、（三）传艺科技（002866.SZ）A2007年1跨界入局钠电池。2018150Wh/kg-160Wh/kg4000次。图表46 传艺科技发展程 图表47 传艺科技钠电体化布局进展资料来源：传艺科技官网、 资料来源：传艺科技公告，（四）维科技术（600152.SH）3C业务的A3C20192GWh20229图表48 维科技术发展程 图表49 维科技术产业局 资料来源：维科技术官网、 资料来源：维科技术官网（五）鹏辉能源（300438.SZ）2001203C领先布局钠电。公司2021年十月参股四川佰思格，布局硬碳，以实现小批量出货。20229图表50 鹏辉能源发展程资料来源：鹏辉能源官网，（六）多氟多（002407.SZ）199912月，2010518钠电已装车测试。202220231GWh20255GWh2023SOP2023年底SOP。图表51 多氟多发展历程 图表52 多氟多主要产品资料来源：多氟多官网、 资料来源：多氟多官网，（七）中科海钠-钠离子电池研发与生产的高新技术型企业。公司聚集国际领先的技术开2023223EX1001装车。图表53