钠离子电池:步入产业化元年打开广阔下游市场

钠离子电池产业化前景明确。目前钠电技术路线无实质性量产障碍,且具备明显的经济性与差异化的性能优势,同时承袭锂电研发经验与部分产线,钠离子电池有望迎来快速发展机遇。其中,低成本、稳定的正负极材料、电解液及添加剂是我们关注的重点。

虽然当前钠电面临碳酸锂降价的压力,但我们对钠电降本潜力以及性能的差异化优势进行谨慎评估后认为,碳酸锂价格下行不会改变钠电的产业化趋势。

(本报告数据为走访调研及公开渠道整理分析得出,报告所呈观点仅供参考,不构成投资推荐或操作建议。如有谬误,欢迎交流讨论。)

钠电具有明显的成本优势和差异化的性能,有望成为锂电的有效补充。理想状态下,钠电成本可下降至0.25元/Wh,而当前锂电综合成本约为0.65-1.2元/Wh,钠电具有明显的经济性。同时,钠电在低温性能、安全性、倍率性能等部分指标具备优势,将在一些场景成为锂电的重要补充。且钠电产线与锂电重合度高,锂电经验将有助于加速钠电产业化。

多场景应用广阔,加速钠电产业化发展。钠电适用于广阔的下游场景:层状氧化物正极钠电能量密度高,可应用于中端电动汽车、电动两轮车等。聚阴离子正极钠电具有成本低、循环寿命长等优势,可应用于户外充电宝、储能电站、基站备用电源等。动力、消费、储能等多元化的应用场景使得其市场前景非常广阔。

我们将重点关注正极、负极、电解液及添加剂。钠电量产核心在于找到低成本的、稳定的正负极材料。正极材料将直接影响电池能量密度、循环寿命以及安全性能等;负极材料主要为硬碳材料,其原材料还存在成本较高、来源不稳定,地域差异性等问题;同时,电解液和添加剂也是提高钠离子电池性能的关键材料。因此,正负极材料、电解液及添加剂是我们关注的重点。

钠和锂离子电池的研究几乎同时起步。而钠离子电池一直没有特别合适的负极材料。而直到2000年,低电压、高容量硬碳材料的发现克服了负极发展瓶颈,带来室温钠离子电池商业化的可能性。在 2000—2010 年间,钠离子电池的研究速度较为平缓,主要集中在少数几个实验团队。

2010年后,钠离子电池研究进入了快速发展期,新的材料体系不断涌现,并逐步尝试产业化。随着3C类电子产品、电动车以及储能等终端应用的快速发展,二次电池的能量密度不再是唯一追求指标。锂、钴资源供给逐渐吃紧,锂电成本上升。自2010年起,钠离子电池以其低成本潜力价值,重新获得众多研究机构的青睐。

当前,钠电的技术路线已经确定;钠电工程控制比锂电略微复杂,但不构成实质性障碍。

与铅酸电池对比,钠离子电池循环寿命、能量密度等远优于铅酸电池,同时成本上也具有优势。碳酸锂涨价后,锂电池对于铅酸的替代变得困难。钠离子电池有望成为该领域的有力竞争者。

与锂电对比,钠电具有明显的经济性,理想状态下钠电成本可下降至0.25元/Wh,而当前锂电综合成本约为0.65-1.2元/Wh。

我们拆解了三元、磷酸铁锂,六氟磷酸锂和电解液、六氟磷酸钠的物料与工艺成本,从而测算出对应的钠电主材量产价格。目前高于1元/Wh,规模化后有望低于0.5元/Wh,钠电远期成本有望降至0.25元/Wh。

从性能上看,钠电在低温性能、安全性、倍率性能等指标相比锂电具有优势,在部分场景下可以与锂电形成互补关系。例如我国北方冬季场景寒冷天气下,钠电动力电池将比磷酸铁锂动力电池具有更好的适配性。

随着碳酸锂价格持续上探,从4.3万元/吨上涨突破60万元/吨,目前价格仍在40万元/吨左右。碳酸锂涨价带来电芯成本上涨约0.26元/Wh,使电芯承受较大成本压力。而钠电在量产后期成本仅为0.25元/Wh,碳酸锂价格上涨推动产业给予钠电更多关注。

另一方面,从资源禀赋上看,锂资源的供给格局集中在澳洲及南美洲,澳洲+南美锂矿2020年供给占比约79%,中国锂资源占比较小,缺乏高品质锂矿,导致国内锂资源80-90%依赖进口。锂资源的短缺也将驱动钠电的推广。

量产可行性:钠电结构与主材选择承袭锂电,且产线与锂电高度重合,量产前景明确

钠离子电池的工作原理与锂离子电池完全相同。即在一定的电势下,碱金属离子在宿主材料中的可逆脱出和嵌入,整个电池的充放电循环过程就是碱金属离子在正负极之间的往返定向迁移过程。与锂电池结构一样,钠电池内部构件主要包括活性材料和非活性材料。活性材料包括正极、负极、电解质,活性物质相比于锂电有较大的变化。非活性材料包括隔膜、集流体、导电剂、粘接剂,可参考借鉴锂电行业的成功经验。

钠电产线与锂电重合度高,借鉴锂电经验将加速钠电产业化。目前多家产业链上下游正在紧锣密鼓的研发当中。由于钠电锂电相似度非常高,钠电可借鉴锂电经验,其产业化前景非常明确。同时,钠电兼容现有锂电产线,传统锂电公司有足够的动力推动钠电量产。

与锂电池相似,钠离子电池产业链涵盖上、中、下游三个部分。上游为主材前驱体、原材料、其他配方组分等,中游为正极、负极、电解液、隔膜等关键材料及电芯,下游为动力及储能场景。

正极材料:正极可选材料路径较多,分别对应不同的应用场景。目前主流的钠离子正极材料可分为过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝及其类似物。其中层状氧化物具有比容量高、压实密度高等优点,是最主流的方向。

负极材料:硬碳为首选材料。区别于锂电池以石墨负极为主,钠电池负极主要采用硬碳。硬碳材料具有储钠比容量高、较低储钠电压、循环稳定等优势。目前学术界对于硬碳材料的储钠机理仍有争议,但实际硬碳的储钠性能已经可以支持钠离子电池的量产。

电解液:可分为有机系电解液(钠盐+有机溶剂)和水系电解液(钠盐的水溶液), 是提高钠离子电池性能的关键材料。

下游应用:未来钠离子电池有望应用于动力和储能两个领域。动力领域将主要应用于中低端车型,如两轮电动车、A00级电动汽车等;储能领域将有望替代铅酸电池率先应用于储能领域。如家庭/工业储能、5G通信基站、数据中心、可再生能源接入等。

钠离子电芯玩家众多,技术路线各异。参与者包括多家创业公司,同时,传统锂电公司几乎都在布局钠离子电池。

正极材料国内玩家可分为两类:(1)传统锂电正极材料企业,切换至钠电正极领域;(2)专注钠电初创公司,主要由高校、科研院所、产业界人士构成。

负极材料产业化进程持续加速。从公开数据来看,国内生物基硬碳材料已经具备较好的性能,与日本可乐丽等处于同等水平。随着产品的迭代,钠离子负极材料瓶颈将逐步攻克。此外,许多传统锂电石墨负极企业已开始积极布局硬碳的产业化。

架桥资本在钠电领域布局包括容百科技、华钠新材等。架桥资本团队认为:“钠离子电池处于起步阶段,未来进步空间很大。随着产业的发展,钠离子电池循环寿命及能量密度会逐步提升,其将复制锂电发展路径。但是鉴于降本进度、产业链培养、技术缺陷改进、产品稳定性验证等多种因。

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