2023-2030年硬碳材料行业市场需求现状与趋势调研报告

盛世华研·2008-2010年钢行业调研报告2023-2030年硬碳材料行业市场需求现状与趋势调研报告PAGE2服务热线圳市盛世华研企业管理有限公司数据权威·全面·系统·深度+可落地执行实战解决方案2030年硬碳材料行业市场2023-2030年硬碳材料行业市场需求现状与趋势调研报告报告目录TOC\o"1-3"\u第一章报告核心观点 12第一节硬碳材料行业市场需求趋势预测 12一、行业发展趋势 12二、市场增长预测 12三、需求趋势预测 13四、需求结构预测 14第二节硬碳材料需求特点及发展趋势 16一、硬碳负极材料发展前景广阔 16二、技术创新推动发展 16三、高性能和低成本趋势 17四、能也将得到进一步提升 17五、环保和可持续发展成为重要方向 18六、产业链整合与升级 18七、国际竞争加剧 18第二章钠电产业化在即，负极材料成为行业发展关键 19第一节钠电产业化在即，硬碳负极成为行业发展关键 19一、钠离子电池：核心资源可控，2023年为其产业化元年 19二、正负极材料决定钠离子电池关键性能，成本占比较高 20三、钠电负极目前以硬碳为主，行业壁垒相对更高 22四、钛基负极材料成本较低，但比容量、倍率性能较差 25五、有机负极材料成本较低，合金负极材料比容量较高 26六、钠电负极不同材料对应不同的储钠方式 27第二节硬碳负极产业：生物质+树脂前驱体应用较多，生产工艺壁垒较高 29一、前驱体决定无定形碳的性质 29二、硬碳前驱体以生物质+树脂为主，一步碳化法工艺应用最广 30三、改性工艺提升碳基负极材料性能加快产业化应用 31四、硬/软碳制备工艺不同，生产壁垒较高 32五、资本助力产业链创新，生物质将最先产业化 33第三章中国硬碳材料行业下游：钠离子电池市场分析 35第一节发展钠电的意义：缓解锂资源稀缺的困境 35第二节钠电应用场景：多重优势带来广阔空间 38一、钠离子电池在性能上具有多重优势 38（1）高低温环境下均有优异的容量保持率 39（2）具有出众的倍率性能 40（3）极端条件下不易出现热失控，安全性能好 42二、高性价比贴合多个应用场景，市场空间广阔 44（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 46（2）铅酸大市场：钠电性能全方位超越，铅酸市场替代可期 49（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 55三、无惧碳酸锂价格调整，钠电产业链布局成型 57第三节材料体系选择：与锂电体系求同存异 59一、钠锂性质相似使得电池原理相似 59二、物理化学性质的内在差异影响表观性能 61（1）正极：三大主流路线各有特色，层状氧化物为产业化主流 63（2）负极：硬碳脱颖而出，瓶颈在于前驱体 65（3）集流体：正负极均可用铝箔，成本优势明显 70（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 70（5）电解液：与锂离子电池有相通之处 71三、总结 72第四节产业链重点企业梳理 73一、宁德时代（300750.SZ） 73二、比亚迪（002594.SZ） 74三、传艺科技（002866.SZ） 74四、维科技术（600152.SH） 75五、鹏辉能源（300438.SZ） 75六、多氟多（002407.SZ） 76七、中科海钠 76八、美联新材（300586.SZ） 77九、容百科技（688005.SH） 78十、贝特瑞（835185.BJ） 78十一、杉杉股份（600884.SH） 79十二、元力股份（002866.SZ） 80十三、圣泉集团（605589.SH） 80十四、德创环保（603177.SH） 81第四章硬碳材料需求与发展影响因素 82第一节硬碳材料行业发展影响因素分析 82一、政策因素 82二、技术因素 83三、市场因素 84四、原材料因素 85五、环保因素 85六、国际竞争因素 85第二节硬碳材料需求影响因素分析 86一、新能源汽车行业的发展 86二、储能市场的扩大 86三、消费电子产品的需求 86四、政策法规的影响 87五、技术进步与创新 87六、全球经济形势 87第五章2023-2030年中国硬碳材料行业需求趋势预测 88第一节硬碳材料需求环境趋势：下游钠电池产业 88一、多重优势叠加高性价比，钠电池产业化积极推进 88（1）钠电池量产在即，电芯材料成本有望下降 88（2）钠电池可补全锂电池使用场景，具备更优的倍率性能、高低温性能和安全性 92（3）材料企业布局进展迅速，钠电池装车获工信部核准 93二、多种应用场景逐步落地推进，钠电池将迎爆发元年 97（1）两轮电动车 97（2）新能源车 98（3）电化学储能 100第二节硬碳材料行业市场需求趋势 101一、行业发展趋势 101二、市场增长预测 102三、需求趋势预测 103四、需求结构预测 104第三节硬碳材料需求特点及趋势 105一、硬碳负极材料发展前景广阔 105二、技术创新推动发展 106三、高性能和低成本趋势 107四、能也将得到进一步提升 107五、环保和可持续发展成为重要方向 107六、产业链整合与升级 108七、国际竞争加剧 108第四节硬碳材料市场需求机会挖掘 108一、新能源汽车及储能市场 109二、消费电子市场 109三、新兴应用领域 109四、技术创新带来的市场机会 110五、国际市场机会 110第五节下一代锂离子电池硬碳负极总结与展望 110一、碳材料在锂离子电池诞生和发展过程中的大事记 111二、硬碳的形成及其微观结构 112三、硬碳的结构模型 113四、硬碳中锂离子的存储机制 114五、硬碳的分类和优化策略 115六、总结与展望 115第六章建议与策略 117第一节企业需要密切关注市场动态 117一、政策法规变化 117二、市场需求变化 117三、技术创新与研发动态 118四、国际市场竞争态势 118五、原材料价格波动 118第二节技术研发策略 119一、确立研发目标 119二、建立专业研发团队 119三、加强科研合作 119四、引进先进技术 120五、知识产权保护 120六、建立研发平台 120七、鼓励创新思维 120八、技术转化与应用 121九、持续投入与更新 121十、人才培养与引进 121第三节产品开发策略 122一、市场需求导向 122二、技术创新驱动 122三、品质优先 122四、成本控制 123五、知识产权保护 123六、环保和可持续发展 123第四节拓展销售渠道策略 124一、市场调研与分析 124二、多元化销售渠道 124三、建立销售网络 125四、参加行业展会和会议 125五、开展线上营销 125六、制定销售激励计划 125七、提供专业的售前与售后服务 126八、开展市场推广活动 126九、合作共赢的心态 126十、持续跟踪与评估 126第五节优化生产管理 127一、精益生产理念 127二、先进制造技术应用 128三、优化生产计划 128四、强化供应链管理 128五、推行5S管理 128六、引入质量管理体系 129七、员工培训与激励 129八、设备维护与保养 129九、数据分析与优化 129十、环境与安全管理 130第六节培训和引进人才 130一、制定人才发展规划 130二、建立培训体系 131三、内部培养与选拔 131四、引进外部人才 131五、产学研合作 132六、建立人才库 132七、员工激励计划 132八、提供良好的工作环境 132九、培养企业文化 133十、持续跟踪与评估 133第七节建立快速反应机制 133一、建立市场信息收集与分析系统 134二、优化内部流程 134三、构建快速响应团队 134四、建立应急预案 135五、强化供应链管理 135六、提高研发创新能力 135七、加强客户关系管理 135八、建立跨部门协作机制 136九、持续培训和学习 136十、定期评估与改进 136第八节与合作伙伴合作 137一、明确合作目标 137二、建立信任关系 137三、优势互补 138四、建立合作机制 138五、共同研发与创新 138六、市场拓展与合作 138七、供应链协同 139八、风险共担与应对 139九、培养合作文化 139第九节持续学习和创新 140一、建立学习文化 140二、关注行业动态和前沿技术 140三、加强内部研发能力 141四、开展产学研合作 141五、鼓励员工创新 141六、探索新的应用领域和市场 141七、强化知识产权保护 142八、持续评估和改进 142第一章报告核心观点第一节硬碳材料行业市场需求趋势预测一、行业发展趋势锂离子电池负极材料主要是石墨，石墨的提升空间十分有限，且石墨层间的锂扩散也制约了其倍率性能，硬碳作为一种新型负极材料，拥有和石墨类似的锂电位和更高的比容量，且硬炭是由类石墨的微晶结构和开口的角状微晶组成，这种独特的微晶结构不仅可以提供更多的储锂位点，而且有利于锂离子在石墨层间脱嵌。因此，硬碳作为新一代锂离子电池负极材料，发展前景十分广阔。此外，相较于锂离子电池，钠离子原子半径较锂离子大35%以上，锂离子电池中主流的石墨负极无法满足钠离子电池负极的要求，而软碳材料储钠容量不足，因此钠电池主流使用的是硬碳负极。硬碳材料使得负极能够更好地实现快充、解决了过放电的安全问题，打开了钠电池应用的广度。另外，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，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，进而推动硬碳负极材料行业的发展。二、市场增长预测2025年碳基负极需求量为10万吨钠离子电池未来预计快速渗透储能+两轮车电动市场，预计对于碳基负极需求将有快速提高。因此我们测算了碳基负极的未来需求量，基本假设如下：假设2023-2025年碳基负极在动力电池渗透率为2%/3%/3%，钠离子电池在储能领域中渗透率为2%/5%/10%，在两轮车领域渗透率为1%/4%/8%，对应动力领域碳基负极需求量为1.68/2.73/4.19万吨，储能领域碳基负极需求量为0.43/1.68/4.70万吨，电动两轮车需求量为0.10/0.46/1.05万吨。整体看2022年全球碳基负极需求量为1万吨，2025年需求量为10万吨。图表SEQ图表\*ARABIC1碳基负极需求量测算数据来源：盛世华研三、需求趋势预测随着新能源汽车行业的快速发展和储能市场的不断扩大，硬碳材料的需求将持续增长。特别是在动力电池领域，硬碳材料作为负极材料的应用前景广阔，未来需求有望大幅提升。多元化应用领域：除了新能源汽车和储能市场，硬碳材料在消费电子、航空航天、军事等领域的应用也将逐步增加。这些领域对材料性能的要求较高，硬碳材料的优异性能将使其在这些领域具有广泛的应用前景。环保和可持续发展要求：随着全球对环保和可持续发展的关注度提高，硬碳材料的生产和使用将更加注重环保和可持续性。未来，环保法规的日益严格将促使硬碳材料行业采取更加环保的生产方式和技术，推动行业的绿色发展。技术创新推动需求增长：随着技术的不断进步和创新，硬碳材料的性能将不断提升，应用领域也将不断扩大。新的制备技术、工艺流程优化、产品性能提升等方面的技术创新将为硬碳材料带来新的发展机遇，推动需求增长。四、需求结构预测硬碳材料的需求结构预测涉及对多个应用领域的需求进行深入分析。以下是对硬碳材料未来需求结构的一些预测：1.新能源汽车领域：随着全球对环保和可持续发展的关注度提高，新能源汽车行业将持续快速增长。这将直接推动动力电池领域对硬碳材料的需求，预计在未来几年内，新能源汽车领域将成为硬碳材料的主要应用领域之一。2.储能市场：随着可再生能源的普及和电网储能需求的增加，储能电池对硬碳材料的需求也将持续增长。特别是在家庭储能、工业储能和电网储能等领域，硬碳材料的应用前景广阔。3.消费电子领域：消费电子产品如智能手机、平板电脑等对电池性能的要求不断提高，这将带动硬碳材料在消费电子领域的需求增长。尤其是在高端消费电子产品中，对电池性能和续航能力的要求更高，这将进一步推动硬碳材料的需求。4.新兴应用领域：随着科技的不断进步，可能会出现一些新的应用领域，如可穿戴设备、无人机、电动工具等。这些新兴应用领域对电池性能的要求也较高，将为硬碳材料提供新的市场机会。未来硬碳材料的需求结构将呈现多元化趋势，新能源汽车领域、储能市场和消费电子领域将成为主要的应用领域。同时，也需要关注新兴应用领域的发展动态，以便及时调整生产策略和市场策略，满足不断变化的市场需求。第二节硬碳材料需求特点及发展趋势一、硬碳负极材料发展前景广阔近年来，锂离子电池负极材料主要是石墨，石墨的提升空间十分有限，且石墨层间的锂扩散也制约了其倍率性能，硬碳作为一种新型负极材料，拥有和石墨类似的锂电位和更高的比容量，且硬炭是由类石墨的微晶结构和开口的角状微晶组成，这种独特的微晶结构不仅可以提供更多的储锂位点，而且有利于锂离子在石墨层间脱嵌。因此，硬碳作为新一代锂离子电池负极材料，发展前景十分广阔。此外，相较于锂离子电池，钠离子原子半径较锂离子大35%以上，锂离子电池中主流的石墨负极无法满足钠离子电池负极的要求，而软碳材料储钠容量不足，因此钠电池主流使用的是硬碳负极。硬碳材料使得负极能够更好地实现快充、解决了过放电的安全问题，打开了钠电池应用的广度。另外，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，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。二、技术创新推动发展随着科技的不断进步，硬碳材料行业将继续进行技术创新，包括新型硬碳材料的研究、制备工艺的改进以及多功能化的开发应用等。这些技术创新将有助于提高硬碳材料的性能，拓展其应用领域，并推动行业的快速发展。目前，由于国内硬碳负极材料行业发展时间较短，多数企业及研究机构仍处于技术研发及优化阶段，加之硬碳负极材料行业进入壁垒较高，目前虽然布局研发的企业较多，但行业内具备量产能力的企业寥寥无几，部分企业产品仍处于测试阶段，行业内产业化水平相对较低。但随着下游行业对硬碳负极品质要求的提升，加之国家对硬碳负极的支持和鼓励，相关企业及科研院所加大研发投入，未来产能将不断增多。三、高性能和低成本趋势随着电动汽车市场的不断扩大，对硬碳负极材料的需求不断增加，同时也对其性能和成本提出了更高的要求。为了满足市场需求，硬碳负极材料生产企业将更加注重研发高性能、低成本的硬碳负极材料，例如采用新型碳源和合成方法，提高材料的电化学性能和降低生产成本。四、能也将得到进一步提升随着钠电池渗透率的提升，硬碳负极材料的需求量也在逐渐增长。由于钠电池具有成本低、安全性高等优势，因此在储能、电动车等领域的应用前景广阔。而硬碳负极材料作为钠电池的关键组件之一，其性能和成本直接影响了钠电池的优劣。因此，在钠电池需求增长的背景下，硬碳负极材料行业也将迎来更大的发展空间。同时随着技术进步和产业升级，硬碳负极材料的性能也将得到进一步提升。五、环保和可持续发展成为重要方向随着全球对环保和可持续发展的关注度不断提高，硬碳材料行业将更加注重环保和可持续性。企业将采取更加环保的生产方式和技术，降低能耗和排放，提高资源利用效率，以适应环保趋势的要求。六、产业链整合与升级硬碳材料行业的发展不仅仅依赖于硬碳材料的研究和开发，还需要整合和提升产业链的各个环节，包括原材料供应、制备工艺、加工技术、产品应用等。未来，企业将加强各环节的技术创新，提高产业链的完整性和环节之间的协同性。七、国际竞争加剧随着中国硬碳产业的快速崛起，国际市场竞争将进一步加剧。国内企业需要加大技术研发和创新能力的提升，提高产品的质量和性能，增强市场竞争力。同时，企业也需要加强国际合作与交流，学习借鉴国际先进经验和技术，以应对国际竞争压力。第二章钠电产业化在即，负极材料成为行业发展关键目前储能行业高景气需求激增，但是锂资源开发较慢、储量不足导致其价格上升，在未来锂资源供需紧平衡的情况下，钠电池产业化进程有望迎来加速发展。而钠离子电池的正负极材料决定其电池性能，其中负极材料国内企业布局较少，同时相对价格更高，例如国内无定形碳材料的成本约为8-20万元/吨，行业壁垒较高。第一节钠电产业化在即，硬碳负极成为行业发展关键一、钠离子电池：核心资源可控，2023年为其产业化元年全球锂资源短缺，钠离子电池应运而生。目前新能源转型策略是全世界的发展共识，新能源过去几年的高景气发展催生了较多的电池需求。目前电化学电池主要以锂电池为主，但是锂资源开发较慢、储量不足导致其价格上升，在未来锂资源供需紧平衡的情况下，钠电池产业化进程加速。钠在地壳中的储量丰富，约占2.36%，资源含量比锂高1000多倍，开采更加容易，核心资源更加可控。但是钠电池相比锂电池能量密度更低，循环次数较低，因此其主要应用于储能及电动两轮车领域。行业龙头积极推动钠电产业发展，2023年为钠电产业化元年。2021年宁德时代将钠离子电池视为其未来发展的重大战略，首代钠离子电池将选取普鲁士白材料作为重点，其电芯单体能量密度高达160Wh·kg-1，并宣布将于2023年形成钠离子电池产业链。同时多家企业例如中科海钠、浙江钠创等公司对钠离子电池发展也都极为重视，仅原材料上，中科海钠就能把电池成本降低约30%。根据传艺科技公告，其钠离子电池项一期产能拟于2022年年底前完成厂房及中试线的建设施工和产品中试，并于2023年初完成产能投产，整体看钠电的产业化进程较快。图表SEQ图表\*ARABIC15钠离子电池与其他电池性能对比资料来源：中国储能网，《钠离子电池锰酸钠正极材料研究进展与发展趋势》二、正负极材料决定钠离子电池关键性能，成本占比较高钠离子电池正负极材料决定其主要性能，价值量较高。钠离子电池主要由两种不同的钠嵌入型材料（正极材料、负极材料）、电解液、隔膜等关键部件组成。充电时，钠离子从正极材料中脱出，经过电解液，隔膜，最后嵌入到负极材料；与此同时，电子经外电路从负极流向正极。放电过程则与充电过程相反。可以看出钠离子电池的工作原理和锂离子电池基本类似，也是一类“摇椅式电池”。钠离子电池正、负极材料体系在电池产品中起决定性因素，电解液/隔膜主要与正、负极材料体系进行选择匹配使用，因此，正、负极材料体系也直接决定了电池最终的性能指标。根据《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》，以NaCR26650P圆柱钠离子电池为例，材料和制造成本各约占75%和24%，管理费用等约1%。而在原材料成本中：正极成本占其35%，负极成本约占10%，电解液和隔膜成本分别约占11%和7%，其他装配物料成本约占37%。制造成本中人工成本、设备折旧、能源消耗以及质量/环境成本又分别约占总成本的比例的8%、9%、5%、2%。整体看，钠离子电池正负极材料成本约占电芯成本一半左右，价值量较高，行业壁垒相对更高。图表SEQ图表\*ARABIC16钠离子电池结构图资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》图表SEQ图表\*ARABIC17钠离子电池成本构成资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》三、钠电负极目前以硬碳为主，行业壁垒相对更高从产业化进程看，钠离子电池负极材料国内布局较少，行业壁垒相对更高。目前钠离子电池的正极材料主要为层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物，层状氧化物工业化生产技术可以直接沿用锂离子电池的生产工艺，因此其产业化程度更高，传统锂电正极材料企业可以快速布局。而负极材料主要以碳基材料(软碳/硬碳等)、合金类材料、过渡金属化合物和有机化合物为主，由于硬碳材料具备储钠比容量较高、储钠电压较低、循环性能较好等诸多优势，所以其产业化进展较快。目前日本可乐丽为硬碳的主要生产厂商，国内公司如宁德时代、中科海钠、璞泰来、翔丰华等公司研发布局硬碳材料，但是产业化进程相比正极材料较慢。同时硬碳单位成本更高，目前国内无定形碳材料的成本约为8-20万元/吨，相对正极材料而言，其盈利能力相对更好。其余原材料(如隔膜、铝箔、极耳、粘结剂、导电剂、溶剂及外壳组件等)可直接借用锂离子电池业已成熟的商业化产品，相对行业壁垒较低。图表SEQ图表\*ARABIC18钠离子电池组成材料产业化进展钠离子电池负极材料应当尽量满足工作电压低、比容量高、结构稳定(体积形变小)、首周库仑效率高、压实密度高、电子和离子电导率高、空气稳定、成本低廉和安全无毒等特点。目前钠离子电池负极材料主要包括碳基、钛基、有机类和合金类负极材料等。目前常见的碳基材料包括石墨、石墨烯、硬碳、软碳等。由于钠离子的半径为0.102nm，远大于锂离子的半径(0.069nm)，致使钠离子在石墨层间的脱嵌过程极易破坏石墨的结构，因此石墨较难作为钠电负极的材料。无定形碳负极材料因资源丰富、结构多样、综合性能优异，被认为是最有应用前景的钠离子电池负极材料。硬碳也称为不可石墨化碳，因其高比容量和易合成而得到了广泛的关注，得益于硬碳较大的层间距离和晶格缺陷，其在钠离子电池中表现出较高的可逆容量，然而，用于生产硬碳的前驱体如生物质、树脂、有机聚合物等，通常表现出较低的碳收率和较差的倍率性能，不利于发挥钠离子电池的低成本优势。软碳由于其可在2800℃高温以上石墨化，也可称为石墨化碳，多由沥青、焦炭等制得。和硬碳相比，软碳的结晶度相对较高，缺陷较少，但是直接碳化的软碳材料在钠离子电池中表现出较低的可逆容量。图表SEQ图表\*ARABIC19钠离子电池负极材料优缺点对比硬碳相比软碳结构无序度和碳层间距相对更大，其微观结构的特点导致硬碳储钠能力相对更佳；通常温度、预氧化、掺杂等方式都可以改变无定形碳材料的微观结构。✓温度：随着热解温度的提升，含碳前驱体的热解过程可分为热解、炭化和石墨化三阶段。碳材料最终结构的形成是前驱体的种类和最高处理温度共同决定的。热解过程中（1000℃以下），软碳前驱体会发生由固相到液相的转变；硬碳前驱体分子结构发生重排，但依旧为固相。炭化（1000℃-2000℃）过程中，软碳前驱体在炭化过程中便已出现明显的石墨化趋势；硬碳前驱体的石墨烯层在相对较大的尺度上，其取向随机度是很大的，会导致大小和形态各异的孔洞产生；石墨化（2000℃以上）过程中，软碳前驱体石墨层继续长大，有序堆叠形成石墨结构，孔隙消失，真密度逐渐增大并趋于稳定（2-2.25g/cm3）；硬碳前驱体石墨微晶进一步长大，局域石墨化度提高，闭孔大量形成。✓预氧化：在空气/氧气中对样品进行低温加热处理，实现沥青基碳结构从有序到无序的转变，主要针对软碳使用。✓掺杂：为了优化调整钠离子电池碳负极材料的性能，杂原子掺杂碳（软碳、硬碳）被大量研究，掺杂元素主要包括氮、硼、硫、磷。对于碳材料，在低温下，杂原子掺杂能够改善其储钠性能，但在高温下，杂原子会逸出，减弱掺杂的效果。图表SEQ图表\*ARABIC20钠离子电池无定形碳材料对比四、钛基负极材料成本较低，但比容量、倍率性能较差钛是岩石形成的元素之一，广泛分布在地壳中。而钛的化合物，TiO2和Na2Ti3O7具有结构稳定、对环境无毒和价格低廉等优点，被认为是很有前途的储能材料。TiO2晶体是由共边的TiO6八面体构成，内部含有的开放通道既能增强离子的导电性，又能提供钠离子存储所需的间隙位置。钠离子嵌入TiO2空隙中的过程是基于Ti4+/Ti3+的氧化还原反应发生的，在放电时，Ti4+被还原成Ti3+，而钠离子则嵌入到含有之字形通道的TiO6八面体活性中心，与氧形成新的Na-O键，这个过程伴随由TiO2相转变为NaxTiO2相的发生。钛基材料具有层状的稳定结构，通常以插层的方式进行钠离子的存储，在充放电过程中具有高安全性。但其有限的插层容量和低的电导率降低了其比容量和倍率性能。为了提高钛基材料的电化学性能，目前研究主要围绕三个方面展开。第一个方面是将材料尺寸纳米化，尺寸的减小可以有效的缩短电子和离子的扩散路径并在插层过程中减缓体积膨胀。第二个方面是材料设计成多孔状，这可以扩大电极与电解液的接触面积。第三个方面是将锐钛矿型TiO2与导电物质复合，可以提高整个电极的导电性和结构稳定性。图表SEQ图表\*ARABIC21不同正极钛基负极材料性能对比五、有机负极材料成本较低，合金负极材料比容量较高有机负极材料成本低无污染，但是易溶于有机电解液，循环稳定性较差。与无机负极材料相比，有机负极材料的特点是成本低廉且结构多样，主要分为羰基化合物、席夫碱化合物、有机自由基化合物和有机硫化物四类。羰基化合物中的共轭羰基化合物来源丰富、结构多样和比容量高.其中，对苯二甲酸二钠(Na2C8H4O4)是钠离子电池有机负极材料。其在0.1C倍率和0.1~2V的压范围内表现出250mAh/g的可逆比容量和0.25V储钠电位。对醌类化合物也是一种具有电化学活性的有机羰基化合物，该材料在0.1C电流密度下的首周可逆比容量为265mAh/g，首周库仑效率为91.9%，平均储钠电位高于1V，有效避免了低电位下SEI膜的生成。然而，这种材料由于电子电导率较低和易溶于有机电解液中，致使循环稳定性较差，尚需优化改进。合金类钠电负极材料比容量高，但是循环性能较差，比容量易快速衰减。合金类材料由于其储钠比容量较高、反应电极电势相对低的特点受到了广泛的关注，然而其反应动力学较差，且脱嵌钠前后体积变化巨大，导致材料分化和集流体失去点接触，比容量快速衰减。目前可以与金属钠形成合金的负极材料有In、Si、Sn、Pb、P、As、Sb和Bi，研究较多的合金类负极材料主要有Sn、Sb和P。目前主要采用结构调控、元素掺杂和材料复合的方式改善体其积膨胀，维持结构的稳定性，提高导电性和循环寿命。六、钠电负极不同材料对应不同的储钠方式钠离子电池负极材料储钠机制：了解负极材料的储钠机制可以有助于新型电极材料的设计和开发，目前储钠机制主要分为三种：插层反应机制、合金化反应机制、转化反应机制。插层反应机制：插层反应机制是指在不影响材料的键距、晶相和晶面间距等晶体参数的情况下，将钠离子嵌入材料的层间距或者晶格之中形成稳定的层间化合物。通过插层机制储钠的材料通常具有层状结构，主要包括碳基材料和钛基材料，这可能是由于层与层之间有更多可供离子存储的位置，可以更容易地插入和提取钠离子。但由于材料的活性中心数量有限，通过插层反应机制进行储钠的材料通常具有相对较低的容量。合金化反应机制：在合金化过程中，电极材料会与钠结合形成二元合金，在到达最终相之前，中间相合金会发生相变，其相变的过程会受到材料的结构状态和钠化速度的影响。而最终的合金化产品决定了材料的理论容量和合金化反应体积。基于合金化机制的负极材料会由于发生多电子转移而拥有较高的理论容量，但是在每个合金化循环中，由于体积的巨大变化，新暴露的电极材料会加剧解液的连续还原，从而对整体库仑效率造成不利影响。转换反应机制：利用过渡金属的多种氧化态来提高充放电过程中电极材料的比容量。大多数过渡金属氧化物、硫化物、硒化物和磷化物是典型的基于转化反应的负极材料。然而，在转换过程中，电极材料的结构会由于化学键的形成或断裂而崩溃，使SEI膜和电极在循环时出现机械不稳定性，从而导致容量衰减。同时，钠的转化反应还存在电压滞后、反应动力学缓慢、电解液分解等问题，这些都是亟须解决的难题。第二节硬碳负极产业：生物质+树脂前驱体应用较多，生产工艺壁垒较高一、前驱体决定无定形碳的性质无定形碳通常由有机前驱体在500-1500℃温度下热解产生。热解后的最终产物是硬碳还是软碳，主要取决于前驱体的性质。热固性前驱体（富氧或是缺氢），例如聚偏二氯乙烯、木材、纤维素、羊毛、酚醛树脂、棉花、糖类或环氧树脂等，在热解过程中发生固相炭化，容易形成硬碳。热塑性前驱体（富氢或者缺氧），例如聚氯乙烯、聚苯胺、石油化工原料及其下游产品（煤碳、沥青和石油焦等），在热解过程中发生熔融炭化，有机高分子发生重排，容易形成软碳。✓软碳前驱体：主要包括石油焦、石墨化中间相碳微球、沥青以及无烟煤等。✓硬碳前驱体：主要包括生物质、碳水化合物、和树脂等。生物质前驱体主要是指植物的根茎叶等（例如：香蕉皮、泥煤苔、花生壳、树叶、苹果皮、柚子皮、杨木和棉花等）。碳水化合物前驱体主要包括葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素和木质素等通过生物质提取而来的化工产品。树脂前驱体主要包括酚醛树脂、聚苯胺和聚丙烯腈等。图表SEQ图表\*ARABIC22不同碳源前驱体的无定形碳性能对比资料来源：《钠离子电池无定形碳负极材料研究》，《钠离子电池关键材料研究及工程化探索进展》二、硬碳前驱体以生物质+树脂为主，一步碳化法工艺应用最广由于其他材料合成条件较为复杂，制备成本较大，在大规模储能钠离子电池应用前景比较低，目前制备硬碳材料所用的前驱体主要有生物质和树脂两大类。生物质热解硬碳材料由于前驱体是自然界分布广泛的生物质，具有环境友好、价格低廉、资源丰富等特点。树脂由于具有耐热性、耐燃性、耐水性和绝缘性优良，耐酸性较好，机械和电气性能良好等一系列优点而被广泛用于电气设备，作为一种人工合成材料已经在工业上实现大规模的生产，因此其也被作为制备硬碳材料的优质前驱体材料。但是生物质类前驱体虽然具有较低的价格，但是其产碳率很低，一般只有小于20%的产碳率；而树脂类前驱体是通过人工合成的方法所获得，因此其成本相对较高。目前产业内以生物质工艺路线为主，行业龙头日本可乐丽主要以椰子壳作为前驱体制备硬碳材料。生物质硬碳制备工艺：一步碳化法应用最广，活化法最具前景。目前生物质硬碳制备工艺主要为一步碳化法、活化法、水热法、模板法为主。其中一步碳化法应用最广，但一步碳化法制备的生物碳材料在大电流循环过程中不稳定，倍率性能较差；而活化法制备多级孔径的硬碳材料具有更多的接触位点，有利于钠离子的脱嵌，循环稳定性以及电化学性能更优，未来最有前景。图表SEQ图表\*ARABIC23生物质硬碳制备工艺对比资料来源：《钠离子储能电池碳基负极材料研究》，《基于生物质硬碳钠离子电池负极材料研究进展》三、改性工艺提升碳基负极材料性能加快产业化应用硬碳作为钠离子电池负极材料时也存在着一些缺点，比如低的电极电位和首圈库伦效率及差的循环稳定性和倍率。这些因素严重阻碍着硬碳基负极材料的产业化应用。虽然对硬碳材料的储能机理还有待进一步的确认，但是关于硬碳储钠性能的提升策略却存在一些共通之处。基于对硬碳储钠机理的认识，硬碳材料储钠性能（倍率，比容量，首圈库伦效率ICE）提升的策略主要集中在以下几个方面：（1）通过调控前驱体的合成以及热解过程在微观上调控硬碳的孔隙结构和层间距；（2）与其他材料的包覆和复合、杂原子掺杂等来调控材料的缺陷程度和层间距；（3）电解液的调控以及预钠化的处理。软碳材料改性工艺与硬碳类似，需要通过预氧化、材料复合等方式提升其电化学性能。图表SEQ图表\*ARABIC24硬碳负极材料主要改性工艺资料来源：《钠离子电池硬碳基负极材料的研究进展》四、硬/软碳制备工艺不同，生产壁垒较高从目前各家披露的专利看，硬碳生产工艺主要包括粉碎、碳化、纯化、活化等过程，生物质前驱体还需要酸洗等步骤，树脂则需要与乙醇混合等。软碳生产工艺主要包括预氧化以及高温碳化，同时需要根据材料的性能需求进行元素掺杂、材料复合等工艺。在生产工艺中，温度控制以及前驱体的选取极其重要，决定其最终的产品性能。目前硬碳产品工艺是市场主流，软碳产品主要以中科海纳+华阳股份为主。图表SEQ图表\*ARABIC25硬碳/软碳负极材料生产工艺流程资料来源：国家专利网五、资本助力产业链创新，生物质将最先产业化锂矿价格居高不下使得生产商纷纷将目光投向钠离子电池，也带来了资本领域的关注。此外，由于产业的高度相似性，钠电产业化得以受益于锂电的产业链成熟度与积淀，为上下游的高效研发响应与快速迭代创新提供了很大助力。从新老厂商专利和产品来看，生物质硬碳负极成为厂商当前布局的重点。比容量方面，生物质、树脂、石墨烯的比容量较高，均处于300mAh/g以上，无烟煤和沥青基比容量较低。首效方面，生物质较为领先，沥青、无烟煤首效较低。循环寿命方面，优异的生物质硬碳负极能达到3000次以上，足以满足动力以及部分储能领域的应用需求。第三章中国硬碳材料行业下游：钠离子电池市场分析第一节发展钠电的意义：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。南美三国（玻利维亚、阿根廷、智利）的锂资源占比高达58%，而我国锂资源仅占全球6%，因此，为支撑我国作为全球重要动力电池生产国和出口国的地位，需大量进口锂资源。同时，我国锂资源保障存在安全隐患，一旦西方国家限制锂资源出口，锂资源的过度紧缺将有可能影响到我国动力电池产业发展。相比之下钠资源储量高且分布均匀，无资源稀缺问题。钠元素是地壳含量第六高的元素，地壳丰度高达2.30%，是锂元素的数倍，且全球各地分布均匀，我国可实现自主可控。“南美锂三角”欲效仿OPEC成立“锂佩克”掌握锂定价权，智利锂矿国有化战略或加速其落地。玻利维亚、阿根廷和智利的锂资源占全球总量58%，以盐湖锂矿为主，成本优势明显，若联手掌握定价权，或存在一定的垄断控价可能，则不利于全球新能源产业的发展。如根据观察者网新闻，当地时间2023年3月23日，玻利维亚总统路易斯·阿尔塞表示，他计划与阿根廷、智利和秘鲁合作“制定一项政策，以确保四国在主权条件下作为锂供应商的地位”，并保护该地区丰富的锂资源免受美国干涉。又如根据界面新闻和每日经济新闻消息，当地时间2023年4月20日，智利总统加夫列尔·博里奇提出智利政府拟将采用国家与私人部门合资的方式促进当地锂产业的发展，所有想要参与到智利锂行业的本国或外国私营公司，都必须与国家锂业公司合作。国家将在合资企业中持有控股权。以本次智利宣布新的国家锂资源政策为标志，拉美各国内部锂资源国有化进程不排除加速的可能性，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。发展钠离子电池，可降低对锂资源的依赖。钠离子电池作为与锂离子电池技术原理相通，性能相近的储能电池被提上日程，在如此高的锂价下有较大的发展空间，同时也有利于促使碳酸锂价格回归理性，降低对外部锂资源的依赖。图表SEQ图表\*ARABIC64碳酸锂价格走势资料来源：Wind同样作为能源的关键原材料，石油资源为例，OPEC对国际石油市场有很强的影响力。组织成员国共控制约全球三分之二的石油贮备，约共占世界石油蕴藏78%以上的石油储量，占全球产油量的40%和出口量的50%。同时中东产油国的原油生产成本仍远远低于其他产油区的石油生产成本，对于锂资源占比低且开采成本高的国家地区来说，原材料的大幅波动对产业发展较为不利，发展钠资源作为低成本替代十分重要。图表SEQ图表\*ARABIC65OPEC与非OPEC产油量（千桶/天）资料来源：Wind图表SEQ图表\*ARABIC66原油价格走势图（美元/桶）资料来源：Wind第二节钠电应用场景：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SEQ图表\*ARABIC67钠电、锂电与铅酸电池性能对比资料来源：《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，高温放电（55℃和80℃)容量超过额定容量100%，低温-40℃放电容量超过70%额定容量，且可实现在低温-20℃下0.1C充电，其充电效率接近100%。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SEQ图表\*ARABIC68钠电（左）、锂电（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SEQ图表\*ARABIC69钠锂在不同溶剂中溶剂化能对比（KJ/mol）资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权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SEQ图表\*ARABIC70钠电、三元、铁锂以及铅酸电池快充性能对比资料来源：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。锂离子电池的安全事故主要由三大类滥用条件引起：机械滥用（挤压、穿刺等），电滥用（短路、过充电、过放电等）和热滥用（过热等）。在各种滥用条件的触发下，如果电池内部温度达到了起始分解温度，各种副反应便会不断出现，产生大量的热，对电池的热失控起到促进作用。图表SEQ图表\*ARABIC71锂离子电池的多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》纪常伟等钠离子电池在所有安全项目测试中，均未发现起火爆炸等锂电常出现的热失控现象，安全性更好。目前较为有效的安全评估项目主要包括过充/放电、外部短路、高温老化等安全测试和挤压、针刺、火烧等滥用测试，周权在《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》中对高功率NaCR26650P电池进行了安全和滥用测试，没有观察到锂电常见的起火和爆炸现象，表现了良好的安全稳定性。图表SEQ图表\*ARABIC72钠离子电池安全测试结果资料来源：《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，市场空间广阔钠离子电池在几个方面多重优势使其获得了较高的性价比，在多个场景都有较理想的应用。其综合性能优于铅酸电池，有望首先替代铅酸市场（二轮小动力、汽车启停以及通信基站）。同时，随着循环性能进一步的提升以及规模化降本，钠电后续有望实现对磷酸铁锂市场的A00级纯电动车场景以及储能场景的部分替代。图表SEQ图表\*ARABIC73钠离子电池应用场景资料来源：华创证券整理（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A00级电动车又叫微型车，高性价比是其核心卖点。车轴距在2m-2.3m之间，车身长度在3.65m之内，体积比较小，可解决道路拥堵和车位缺乏等难题，且价格仅在3-8万元，经济实惠，性价比极高。宏光MINIEV、奇瑞QQ冰淇淋、长安奔奔等都是当前市面主流的A00级纯电动车。A00级电动车对电池成本比较敏感。目前市场上的A00级车价格区间一般在3-8万元之间，主打低端市场，客户对价格较为敏感。电池占据了成本的很大比例，电池成本的稳定性对A00级车的销量有着重要的影响。A00级车定位日常代步车，对电池能量密度要求较低。绝大部分A00级车续航里程在250km以下，仅有4%的续航里程位于250-400km之间，没有超过400km续航里程的A00级车。由此看来，A00级车标称续航里程很短，并不要求电池具有很高的能量密度。图表SEQ图表\*ARABIC74不同车型电池成本占比（2023年3月）资料来源：太平洋汽车图表SEQ图表\*ARABIC75各续航里程A00级车产量分布资料来源：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。钠电的能量密度完全可以满足A00级车的续航里程要求。由中汽数据统计，约86%A00级新能源车动力电池的能量密度位于100-160Wh/kg的区间，钠电池性能满足需求，成本更有竞争力。图表SEQ图表\*ARABIC76磷酸铁锂电池成本随原料成本居高不下资料来源：Wind图表SEQ图表\*ARABIC77A00级车电池能量密度分布资料来源：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%（320GWh），二轮小动力与基站备用电池占比分别约为24%（128GWh）和6%（35GWh）。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：通信基站需要有极高可靠性，基站的供电通过市电引入，然后通过蓄电池UPS的逆变系统转换为48V的直流电源，为通信设备供电。当市电中断时，电池组对基站不间断供电，保证基站正常运行；市电恢复时，UPS电池停止供电，恢复逆变功能，要求开关电源系统配置具有高可靠性、高安全性的电池保证其正常运行，同时对备用电源的放电深度有要求，经常停电会导致蓄电池长时间欠充，影响循环寿命。图表SEQ图表\*ARABIC78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整理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。当前钠离子电池成本约为0.70元/Wh，远高于铅酸电池成本（0.3元/Wh）。但钠离子电池循环寿命是铅酸电池循环寿命的四倍以上，使得更换电池频率大幅降低，大大降低了全生命周期成本，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SEQ图表\*ARABIC79电动车新国标各项标准资料来源：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。钠离子电池正常工作温度范围远比宽铅酸电池宽，为-40℃到80℃,即使面临发动机舱的高温和北方冬季低温的环境，也能最大程度保证汽车启停的正常运行。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SEQ图表\*ARABIC80汽车启停电池一般位于发动机舱附近资料来源：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。室内基站存在机房租用难的问题，因此目前很多基站采用室外一体化基站管理模式，将BBU、RRU以及供电单元全部打包塞在室外的一个柜子里。室外一体化基站容易受到各种外界因素的影响，如温度、湿度和大风天气等。在这种恶劣的环境下，小型空调钠离子电池可以有效的保证高低温下的充放电性能。即使没有空调作为保障，钠离子电池也能正常运行，非常适合作为对可靠性、安全性有很高要求通信基站的备用电池，用来保障通信基站的正常运行。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SEQ图表\*ARABIC81通信基站结构示意图资料来源：滤波器公众号图表SEQ图表\*ARABIC82不同截止电压下的过放电循环曲线资料来源：《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》周权（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高安全性、优秀的高低温性能以及长循环寿命是多变的应用场景对储能电池的性能要求，低成本是核心竞争力。当前储能电池的应用领域主要有电力储能、通信储能、户用家储以及便携式储能四大类。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SEQ图表\*ARABIC83储能四大应用领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整理钠离子电池的性能特点与储能领域适配性高。钠离子电池的安全性能和循环寿命与磷酸铁锂电池相当，但其高低温性能优于磷酸铁锂电池，在北方冬季寒冷地区的电力储能和通信储能领域有较大优势，能量密度虽略低，但储能应用场景大多对其没有很高的要求。同时钠离子电池拥有广阔的降本空间，在成本敏感的储能领域优势凸显，故钠离子电池有望部分取代磷酸铁锂在储能领域的市场。图表SEQ图表\*ARABIC84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、无惧碳酸锂价格调整，钠电产业链布局成型碳酸锂价格短期调整，影响钠电行业2023年定价水平，不改行业加速趋势。受动力电池行业需求季节性波动影响，近期碳酸锂价格持续回落，2022年底电池级碳酸锂含税价降至51.75万元/吨。但碳酸锂供需关系并未显著转变，2023年价格或仍运行在40万元/吨以上。参考历史数据，在电池级碳酸锂价格为40万元/吨时，方形储能LFP电芯、方形动力LFP电芯、电动自行车LFP48V24Ah模组单价分别为0.98/0.78/0.95元/Wh。假设钠电定价比LFP低20%，粗略估算各场景下对应钠电电芯（模组）定价分别为0.78/0.62/0.76元/Wh，定价具备可行性。图表SEQ图表\*ARABIC85钠离子电芯企业量产进度情况数据来源：起点研究院，东北证券负极材料产能短缺构成目前行业发展瓶颈，随着佰思格2000吨产线投产，钠电产业链初步成型。锂离子电池产业链除负极材料外，基本兼容钠离子电池。面对强劲需求，负极材料存在产能短板。行业内日本可乐丽硬碳材料单吨售价20万以上，不支撑钠电行业发展。2022年3月，中科海钠&华阳股份低成本无烟煤基负极材料2000吨产能投产，但主要为自供。2022年11月底，佰思格2000吨硬碳产线投产，高端/低端产品售价分别为8/6万元/吨，公司订单饱满，补齐产业链短板。第三节材料体系选择：与锂电体系求同存异一、钠锂性质相似使得电池原理相似钠锂性质相似，使得钠离子电池与锂离子电池充放电原理相似，均是“摇椅式”二次电池。钠和锂在元素周期表中属于同一主族，因此他们具有相似的物化性质，使得钠离子电池和锂离子电池基本工作过程相似。充电时，Na+从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态。放电过程与之相反，Na+从负极脱出，经由电解液穿过隔膜嵌入正极材料中，使正极恢复到富钠态。为保持电荷的平衡，充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递，与Na+一起在正负极间迁移，使正负极分别发生氧化和还原反应。图表SEQ图表\*ARABIC86锂离子电池工作原理资料来源：《锂离子电池的工作原理与关键材料》韩啸图表SEQ图表\*ARABIC87钠离子电池工作原理资料来源：《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SEQ图表\*ARABIC88钠锂原子半径对比资料来源：喔优化学叮咚响图表SEQ图表\*ARABIC89钠锂离子性质对比资料来源：《钠离子电池标准制定的必要性》周权等、华创证券（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SEQ图表\*ARABIC90三大正极材料特色资料来源：华创证券整理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。其能量密度高，倍率性能优秀、结构稳定且成本低廉，但其能量密度较低。但合成过程中结晶水和空位缺陷问题使得材料实际电化学性能变差、结构退化，成为该路线的瓶颈。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SEQ图表\*ARABIC91三大正极材料优缺点对比资料来源：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》整理（2）负极：硬碳脱颖而出，瓶颈在于前驱体目前商业化锂电负极广泛使用的传统石墨无法用作钠离子电池的负极。石墨层间距过小，较大半径的钠离子嵌入石墨层间需要更大的能量，无法在有效的电位窗口进行可逆脱嵌，放电容量并不客观。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SEQ图表\*ARABIC92石墨在锂电、钠电、钾电中的充放电曲线资料来源：《钠离子电池负极材料的构筑与电解液研究》任伟成图表SEQ图表\*ARABIC93无定形碳（左）与石墨（右）结构对比资料来源：《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)，且呈现出更多纳米孔，为钠离子在硬碳中嵌入提供了更多的空间，有利于结构的稳定，从而使得其具有较高的储钠可逆比容量和优异的循环稳定性，但其工艺复杂，成本相对较高。软碳又称易石墨化碳，其碳层排列规整度高于硬碳，具有更高的导电性和更好的倍率性能，且工艺相对简单，原料成本低，但其较高的排列规整度和较低的表面缺陷成都也使得储钠能力弱于硬碳。图表SEQ图表\*ARABIC94硬碳与软碳优缺点对比资料来源：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。钠离子电池能否规模化量产取决于其能否成功降本，目前主流负极是硬碳，相对于锂电正极成本(43%)占据主导的情况，钠电正极成本占比(26%)大大缩减，且负极成本占比提升(16%)，使其在成本结构上重要性有所提升。当前国内硬碳产业尚不成熟导致对日本公司进口产品的依赖，从而使得成本居高不下。解决硬碳量产的瓶颈之一在于找到价格低廉、性能优异、一致性高且供应稳定的前驱体原料。硬碳通常是通过热解具有强交联结构的前驱体获得的，在很高程度上保留了前驱体的结构特性，因此，只有前驱体具有高度一致性，才有可能保障硬碳材料的一致性。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SEQ图表\*ARABIC95锂离子电池(左)与钠离子电池(右)成本结构资料来源：中科海钠官网图表SEQ图表\*ARABIC96前驱体选择对无定形碳微观结构的影响资料来源：《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。（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。（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。溶质：目前常用的电解质钠盐有NaClO4、NaPF6、NaBF4等，NaPF6综合性能最好，为当前产业化主流。与Na+的离子电导率和界面迁移速率比Li+好太多，使得电解液导电性更好，可用相对浓度更低的电解液实现降本。且NaPF6生产工艺与LiPF6类似，现有LiPF6产线可兼容生产NaPF6，降低了量产的难度。溶剂：锂电常用的有机电解液是当前钠离子实际应用中最有前景的选择，主流的酯类溶剂和醚类溶剂各有优劣，经常混合使用来达到性能需求。酯类电解液是锂电和钠电都常用的电解液，具有粘度低、挥发性好、电化学稳定性好、介电常数较高等优点，醚类电解液倍率性能较好，相比酯类电解液能够生成更薄的SEI膜，可减小电池的不可逆比容量，但过薄的SEI膜也导致电池循环性能较差。因此，需要混合多种不同特性的溶剂来达到对性能的需求。添加剂：与锂离子电池电解液添加剂兼容性比较好，包括成膜添加剂、过充电保护添加剂、阻燃添加剂等。三、总结钠锂性质存在一定的相似性，使得钠电与锂电原理相同，而离子半径等差异又使得二者材料体系存在较大差异。正极：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各有特色。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。普鲁士蓝（白）化合物成本优势明显，理论性能优异，具有极大潜力，聚阴离子型化合物具有突出的循环性能。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。电解液：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。电解质钠盐NaPF6综合性能最好，为当前产业化主流。锂电常用的有机电解液是当前钠离子实际应用中最有前景的选择，主流的酯类溶剂和醚类溶剂各有优劣，经常混合使用来达到性能需求。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。第四节产业链重点企业梳理一、宁德时代（300750.SZ）全球动力电池与储能电池龙头，发展迅猛。宁德时代成立于2011年，目前已建立了动力和储能电池领域完整的研发、制造能力，拥有材料、电芯、电池系统、电池回收的全产业链核心技术，迅速成长为动力电池与储能电池行业领先企业。钠电相关技术领先。宁德时代于2021年推出了第一代钠离子电池产品，电芯单体能量密度已经达到了160Wh/kg，在常温下充电15分钟，电量可达80%，而在零下20°C低温的环境下，仍然有90%以上的放电保持率，同时在系统集成效率方面，也可以达到80%以上，与磷酸铁锂电池相比，拥有更加优秀的倍率性能和低温性能，能量密度略逊一筹。同时，宁德时代开发的AB电池系统解决方案，将钠离子与锂离子混搭，既弥补了钠离子电池现阶段能量密度短板，也发挥出它高功率、低温性能好的优势，拓展更多应用场景。公司正致力于在2023年形成钠离子电池的基本产业链，采用层状过渡金属氧化物正极或锰基普鲁士白正极+硬碳负极的路线。二、比亚迪（002594.SZ）比亚迪是一家致力于“用技术创新，满足人们对美好生活的向往”的高新技术企业。比亚迪成立于1995年2月，经过20多年的高速发展，已在全球设立30多个工业园，实现全球六大洲的战略布局。比亚迪业务布局涵盖电子、汽车、新能源和轨道交通等领域，并在这些领域发挥着举足轻重的作用，从能源的获取、存储，再到应用，全方位构建零排放的新能源整体解决方案。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。三、传艺科技（002866.SZ）消费电子领域站稳脚跟。江苏传艺科技股份有限公司，是一家在深交所A股发行上市的国家级高新技术企业，2007年11月创建，主要从事笔记本电脑输入设备的研发、制造和销售。跨界入局钠电池。为了摆脱过去几年的经营困境，2018年就开始与具有钠离子电池方面丰富科研经验的相关技术人员开始共同开展钠离子电池及相关上游材料的研发。生产的钠离子电池产品相关技术参数为：正极采用层状过渡金属氧化物或聚阴离子型化合物，负极采用硬碳，单体能量密度150Wh/kg-160Wh/kg，循环次数不低于4000次。四、维科技术（600152.SH）维科技术股份有限公司是以新能源锂电池为主业，以3C数码电池和动力电池为核心业务的A股上市公司。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。钠电量产计划相对明确和领先，原材料供应有保障。公司于2019年开始研究钠电池，初步掌握了材料配方体系、生产工艺条件相关的技术关键。在南昌投资年产2GWh钠离子电池项目，目前进行至送样阶段，且于2022年9月于钠创新能源签订了《战略框架协议》及《增资协议》，使得公司未来在生产钠电池的原材料供应方面得到有效保障。五、鹏辉能源（300438.SZ）鹏辉能源成立于2001年，是一家20余年来专注于锂电池生产制造与研发的高新技术企业，现正全力聚焦储能领域。产品广泛应用于数码3C领域、新能源汽车领域、电动自行车、电动工具等轻型动力领域、通信基站后备电源、风光储能及家庭储能等领域。鹏辉能源为客户提供一系列完整的电池解决方案，并实现规模化生产。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。公司2022年9月成立河南鹏钠，主要研发层状过渡金属氧化物和聚阴离子化合物路线的钠电正极。六、多氟多（002407.SZ）多氟多成立于1999年12月，2010年5月18日在深圳证券交易所成功挂牌交易，产品涉及高性能无机氟化物、电子化学品、锂离子电池及相关材料生产研发等领域，荣获“国家科技进步二等奖”“全国先进基层党组织”等荣誉称号。钠电已装车测试。公司2022年已拥有层状氧化物钠电第一代产品，2023年将推出层状氧化物钠电第二代产品以及聚阴离子钠电第一代产品。产能规划方面，到2023年底，多氟多河南基地年产能有望达到1GWh，到2025年底广西基地年产能有望达到5GWh。公司钠离子电池在乘用车领域已经完成两家车企的冬标测试，2023年底电池包SOP；小储能领域系统装样测试，预计2023年底SOP。七、中科海钠专攻钠离子电池，核心技术优势显著。中科海钠科技有限责任公司是一家专注于新一代储能体系-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发团队，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。企业拥有多项钠离子电池核心专利，是国际领先的拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业。行业内的领跑者，首次实现钠电装车。2023年2月23日，发布了三款极具竞争力的钠离子电池电芯（采用铜基层状和煤基无定形碳技术），进一步拉近了与磷酸铁锂电池的性能差距。与汽车企业江淮集团合作，在江淮的主力车型思皓EX10花仙子上首次实现了钠离子电池在样车上的装车，实现了钠离子电池从0到1的里程碑式的正式装车。八、美联新材（300586.SZ）美联新材成立于2000年6月，主营产品包括色母粒、三聚氯氰、电池湿法隔膜(基膜和涂覆膜)和熔喷无纺布。公司是国内色母粒行业领先企业，是国内数量不多的能同时批量化生产白色、黑色、彩色母粒和功能母粒的企业里面的一份子，现有色母粒年产能约9万吨，拥有国际先进的高智能全自动塑料色母粒生产线。产品达到全球先进水平；子公司营创三征是现阶段国内乃至全世界三聚氯氰支柱行业。氰化物优势切入钠电，持续推进普鲁士蓝类路线。美联新材拥有普鲁士蓝原料氰化钠壁垒，普鲁士蓝正极材料50吨中试生产线已投产，公司与七彩化学合作投资25亿建设18万吨普鲁士蓝产线。近期与七彩化学官宣拟增资星空钠电，形成了普鲁士蓝路线的产业闭环，大大推进了普鲁士蓝类路线的产业化进程。九、容百科技（688005.SH）宁波容百新能源科技股份有限公司是一家高科技新能源材料行业的跨国型集团公司，专业从事锂电池正极材料的研发、生产和销售。公司已同宁德时代、比亚迪、LG化学、天津力神、孚能科技等客户建立了长期合作关系，为该等国内外主流动力电池厂商的前沿高能量密度产品，配套提供产品性能稳定、制备技术成熟的三元正极材料，产品技术处于国际领先水平。钠电正极技术沉淀多年，技术领先。公司在层状氧化物技术路线上有领先优势，其它两种技术路线也有比较深的研究水平。容百科技在去年完成产品研发，今年上半年累计实现近百吨级出货。今年上半年公司成功开发高电压、高压实层状氧化物钠电正极产品，目前已在终端有示范应用。公司钠电正极进度符合预期，已完成部分客户审核。十、贝特瑞（835185.BJ）贝特瑞新材料集团股份有限公司成立于