2022年鈉離子電池行業(yè)研究

2022年鈉離子電池行業(yè)研究核心觀點(diǎn)：1.從本質(zhì)上看，鈉離子電池具備性能和成本優(yōu)勢，適用于儲能、A00、兩輪車等場景。性能方面，鈉離子電池具備更優(yōu)的安全性、放電性和工作溫度區(qū)間。成本方面，由于鈉資源儲備豐富，正極上游材料價格低廉且穩(wěn)定，以及鈉離子電池正負(fù)極集流體均可使用價格便宜的鋁箔，鈉離子電池具備顯著的成本優(yōu)勢。性能和成本的雙重優(yōu)勢使鈉電池貼合儲能、A00、兩輪車等對能量密度要求較低且價格敏感的場景。1、鈉電池與鋰電池同源，具備性能和成本優(yōu)勢1.1、與鋰電池工作原理相似，擁有獨(dú)特性能優(yōu)勢鈉離子電池與鋰離子電池工作原理類似，也是一種依靠離子在正負(fù)電極之間往返嵌入和脫出的搖椅式二次電池。鈉離子電池具備更優(yōu)的安全性、放電性和工作溫度區(qū)間。鈉電池在放電的時候可以放電到0伏，不存在鋰電池同情況下面臨的安全問題；同濃度的鈉鹽電解液比鋰鹽電解液離子導(dǎo)電率更高，這決定了鈉離子電池具有更優(yōu)秀的快充性能；鈉離子電池低溫性能更優(yōu)異，在-20℃低溫環(huán)境中，也擁有88%以上的放電保持率。1.2、成本下降空間大，具備更高經(jīng)濟(jì)性鈉資源儲備豐富，正極上游材料價格低廉且穩(wěn)定。相比鋰資源，鈉資源非常豐富，地殼中鈉是鋰的423倍。鈉資源更高的豐度保證了正極材料上游原材料價格的低廉。目前碳酸鈉價格在0.3萬元/噸左右，顯著低于目前的碳酸鋰的價格（50萬元/噸左右）。鈉離子電池正負(fù)極集流體均可使用價格便宜的鋁箔。相較于鋰元素，鈉離子和鋁在低電位下不易發(fā)生合金化反應(yīng)。這使得鈉離子電池的負(fù)極集流體可替換為成本更具有優(yōu)勢的鋁箔（當(dāng)前鋁價1.8萬元/噸、銅價6.3元/噸）。與鋰電池生產(chǎn)流程相似，可共用產(chǎn)線。鈉電池和鋰電池均為搖椅式二次電池，并且兩者在化學(xué)反應(yīng)中具有相似的性質(zhì)。結(jié)構(gòu)的高度相似決定了兩者的生產(chǎn)流程和產(chǎn)線接近，未來可共用產(chǎn)線，降低產(chǎn)線建設(shè)成本。2、應(yīng)用場景成熟及鈉電池技術(shù)突破，鈉電池發(fā)展到達(dá)0-1關(guān)鍵時間點(diǎn)2.1、十年積累，應(yīng)用場景成熟及主材技術(shù)突破，到達(dá)0-1關(guān)鍵時間點(diǎn)研發(fā)史復(fù)盤：能量密度低未受重視，2022年是鈉電池產(chǎn)業(yè)化0-1質(zhì)變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。鈉離子電池的研究工作在20世紀(jì)70-80年代和鋰離子電池同時期萌芽。但負(fù)極材料嵌鈉能力較弱、鈉電池能量密度較低成為鈉離子電池商業(yè)化的瓶頸。從研究論文上看，2010年以后文獻(xiàn)數(shù)量近似于鋰離子電池在1995年前的狀態(tài)。2020年以后受鋰資源的供需緊張刺激以及儲能發(fā)展的帶動，鈉離子電池憑借成本優(yōu)勢重視度不斷提升，疊加技術(shù)不斷創(chuàng)新，國內(nèi)外各企業(yè)開始進(jìn)行GWh級產(chǎn)能規(guī)劃，預(yù)計規(guī)劃產(chǎn)能將集中在2023-2024年投產(chǎn)。2.2、驅(qū)動因素：電動車爆發(fā)推動鋰價飆漲，鈉電池低成本受到關(guān)注電動車的快速滲透對上游鋰材料價格產(chǎn)生了顯著的拉動作用，構(gòu)成鈉離子歷史機(jī)遇的第一個推手。根據(jù)國際能源署統(tǒng)計，全球純電小汽車滲透率從2016年的0.87%快速提升至2021年的8.7%。過去五年，全球純電小汽車滲透率增長9倍，這導(dǎo)致上游電池鋰鹽的需求快速增長；并且受到全球?qū)τ诠?yīng)鏈的打擊，以及各國對于稀有金屬鋰的管控，鋰資源擴(kuò)產(chǎn)周期大幅長于下游擴(kuò)產(chǎn)速度，鋰鹽價格上漲顯著。截至2022年9月29日，碳酸鋰/氫氧化鋰價格分別較2022年年初上漲80.41%/117.67%。2.3、驅(qū)動因素：性能特性和儲能適配，顯著提升大儲收益率市場快速響應(yīng)頂層規(guī)劃+清潔能源剛性需求，儲能規(guī)模有望快速放大。2022年6月，伴隨《南方區(qū)域新型儲能并網(wǎng)與輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》等對《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》頂層規(guī)劃的落實(shí)，風(fēng)光發(fā)電的進(jìn)一步持續(xù)成長和儲能的配套滲透率提升已是明確的趨勢。鈉離子電池高度匹配儲能需求，成本優(yōu)勢使其有望顯著改善大儲能的收益率，并在大儲能領(lǐng)域快速滲透。電化學(xué)儲能技術(shù)具有高轉(zhuǎn)化效率、組裝靈活、成本下降迅速等優(yōu)點(diǎn)。在海外市場，分布式儲能系統(tǒng)已經(jīng)初步具備商業(yè)化應(yīng)用的條件。在大規(guī)模的電力儲能應(yīng)用方面，目前電化學(xué)儲能技術(shù)還需要滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和成本要求。其中，高安全性、低成本、長壽命、環(huán)保是全球儲能技術(shù)發(fā)展的核心目標(biāo)。3、多場景發(fā)力：儲能+兩輪車+動力，推動電池空間第三次躍遷（再次十倍級別增長）3.1、鈉電池推動實(shí)現(xiàn)電池空間第三次躍遷，有望迎來十萬億級市場電池空間三次躍遷：消費(fèi)電池百億級→動力電池萬億級→儲能電池十萬億級；鈉電池有望在儲能市場發(fā)展中發(fā)揮核心作用。3.2、應(yīng)用場景：新能源配儲是未來趨勢，鈉電池特性與儲能場景需求高度貼合全球范圍內(nèi)可再生能源戰(zhàn)略地位提高，不斷提升儲能潛在市場。2021年COP26全球氣候峰會舉行，碳中和成為全球目標(biāo)，可再生能源戰(zhàn)略地位提高。由于風(fēng)光發(fā)電的輸出功率具有時間上的不確定性，以可再生能源為主的能源遠(yuǎn)景必須依靠儲能來完成發(fā)電與用電的匹配。我們預(yù)計到2025年全球儲能的潛在市場規(guī)模預(yù)計將超過300GWh。隨著新能源發(fā)電占比持續(xù)提升，儲能發(fā)展的迫切性同步提升。2021年中國的可再生能源占比已經(jīng)達(dá)到14%，以風(fēng)力和光伏發(fā)電為主。在當(dāng)前新能源發(fā)電占比顯著提升的情況下，可再生能源的消納問題凸顯，需要儲能協(xié)同發(fā)展。發(fā)電測和電網(wǎng)側(cè)對儲能的關(guān)注點(diǎn)主要在于經(jīng)濟(jì)性、安全性和壽命，能量密度的優(yōu)先級較低。鈉離子電池的特性與儲能場景要求高度貼合，未來在儲能領(lǐng)域的發(fā)展空間將隨著技術(shù)進(jìn)步不斷擴(kuò)大。3.3、應(yīng)用場景：兩輪電動車，成本優(yōu)勢快速替換鉛酸電池鉛酸電池被替代成趨勢，但鋰電池的高價使其滲透率提升大幅減緩，未來鈉離子電池滲透率有望快速提升。兩輪電動車市場面向中低消費(fèi)人群，對價格十分敏感。鋰離子電池原材料價格大幅上漲，鋰電池競爭優(yōu)勢銳減，而鈉離子電池是鉛酸電池更好的替代品。鈉離子電池具有低成本、安全性強(qiáng)等特性，且鈉離子電池在低溫下的容積保持率高，可在低至40℃下工作。未來鈉離子電池在電動兩輪車市場上前景廣闊。3.4、應(yīng)用場景：鈉電池有望最先在儲能和兩輪車領(lǐng)域滲透應(yīng)用場景上，首先開始滲透的是儲能和兩輪車。關(guān)鍵場景：儲能尤其是表前側(cè)儲能。重要假設(shè)：1）表前側(cè)儲能和用戶側(cè)儲能市場景氣度快速提升，預(yù)計到2025年儲能市場新增裝機(jī)量將超過300GWh。2）2025年鈉離子電池在儲能市場滲透率達(dá)到13%。關(guān)鍵場景：電動兩輪車。重要假設(shè)：1）兩輪車整體進(jìn)入存量市場，需求量增速7-9%，2023-2024年受新國標(biāo)推進(jìn)延遲增速補(bǔ)償2%；2）鋰電池滲透率受鋰電價格影響，處于微增水平；3）鈉離子的滲透率復(fù)合增速40%，對應(yīng)0.5-0.7元的電池價格，參考2018-2020年鋰離子電池0.6元/Wh的均價水平對滲透率的驅(qū)動。3.5、應(yīng)用場景：在新能源汽車方面，鈉電池有望在低速乘用車、物流車、公交等細(xì)分領(lǐng)域突破新能源汽車場景：鈉電池的滲透機(jī)會優(yōu)先存在于乘用車中的低速車和商用車中的物流車、公交，其主要特點(diǎn)是對續(xù)航要求較低，而對充電需求相對較高。乘用車市場：主要應(yīng)用于A0/A00級別電動車。此類電動車?yán)锍桃筝^低，對電池能量密度要求較低；一般使用家用充電樁即可完成充電，充電便捷性高。但由于近兩年此類車型受到法規(guī)限制和新能源上牌政策不穩(wěn)定影響，市場總量前景仍不明朗。商用車市場：主要看好鈉電池對物流車、公交車場景的滲透。公交車營運(yùn)線路固定、路線長度較短，對配電量要求較低；同時統(tǒng)一配置充電較便利和高效。物流車、叉車等使用場所單次充電里程要求較低，速度需求低，綜合對電池能量密度要求不高；且同樣適合集中配置充電設(shè)施。3.6、市場需求預(yù)測：鈉離子電池市場空間和需求量將不斷釋放未來鈉離子電池發(fā)展?jié)摿⒅鸩斤@現(xiàn)。我們預(yù)測，2023-2025年期間，隨著各大廠商的鈉電池技術(shù)的逐步突破，第一批鈉離子電池產(chǎn)能逐漸投放。需求端市場處于驗(yàn)證鈉離子電池產(chǎn)品階段；供給端隨著商業(yè)化達(dá)產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)不斷推進(jìn)，規(guī)模效應(yīng)將逐漸顯現(xiàn)。我們預(yù)計到2026年，全球鈉離子電池需求將超過130GWh，在各應(yīng)用場景中綜合滲透率達(dá)到5%。從結(jié)構(gòu)上來看，未來儲能市場有望成為對鈉電池需求最大的市場。我們預(yù)計2026年儲能對鈉電池的需求量將超過90GWh，占鈉離子電池市場總體規(guī)模的70%左右。4、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)加速落地，重視中長期趨勢性機(jī)會4.1、鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)能加速建設(shè)，從0到1真正開啟中游電池方面，主要玩家包括鋰電龍頭（如寧德時代、鵬輝能源）、具有研究機(jī)構(gòu)背景的創(chuàng)新型企業(yè)（如中科海鈉-中科院、鈉創(chuàng)新能源-上海交大），以及新興企業(yè)（如傳藝科技、維科技術(shù)）等。電池材料方面，正極、負(fù)極和電解液為重點(diǎn)布局環(huán)節(jié)。鈉電池正極、負(fù)極和電解液與鋰電池差異較大，具有更高的技術(shù)壁壘（隔膜環(huán)節(jié)與鋰離子電池差異較?。?。4.2、電池企業(yè)集中發(fā)力，GWh級產(chǎn)能有望2022年內(nèi)落地以寧德時代為代表的鋰電池龍頭、以中科海納為代表的科研創(chuàng)新公司和以傳藝科技為代表的新興企業(yè)都在加速進(jìn)行鈉離子的技術(shù)、生產(chǎn)驗(yàn)證和投產(chǎn)。目前中科海納與華陽股份投產(chǎn)速度領(lǐng)先，合作的1GWh電芯產(chǎn)線已于9月30日正式投產(chǎn)運(yùn)營。4.3、鈉電池正極與鋰電池區(qū)別最為顯著，三種技術(shù)路線同時推進(jìn)目前鈉離子電池正極材料以三種類型為主：過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物和聚陰離子化合物。不同正極材料對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，從而具備不同的能量密度、倍率性能、循環(huán)壽命和安全性能等。當(dāng)前各公司在正極技術(shù)路線的選擇上差異化較大，不同路線的競爭仍將持續(xù)。4.4、負(fù)極材料廣泛采用無定型碳，以硬碳路線為主負(fù)極材料主要包括碳基材料（石墨、無定形碳、納米碳等）和非碳基材料（硅基、鈦基、鋰金屬等）。碳基材料由于資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好，被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ拟c離子電池負(fù)極材料。碳基材料中，石墨作為己實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子電池負(fù)極材料具備先發(fā)優(yōu)勢，但鈉離子難以嵌入石墨層間，難與碳形成穩(wěn)定的插層化合物。納米碳材料主要包括石墨烯和碳納米管等，主要依靠表面吸附儲鈉，可快速充放電，但是首周庫侖效率低和循環(huán)性能差等問題限制其實(shí)際應(yīng)用發(fā)展。而無序度較大的無定形碳材料具有較高的儲鈉比容量、較低的儲鈉電位和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，是最有前景的鈉離子電池負(fù)極材料。4.5、電解液溶質(zhì)以六氟磷酸鈉為主，可共享鋰電產(chǎn)線量產(chǎn)難度低鈉鹽作為電解液的重要組成部分，是電解液中載流子