1. 資源稀缺推升鋰價(jià)，鈉電替代提上日程

終端需求旺盛+資源受限推動(dòng)鋰價(jià)上漲

我國(guó)鋰資源對(duì)外依存度高達(dá)80%。2021年全球已探明鋰資源儲(chǔ) 量8900萬(wàn)噸，全球儲(chǔ)量2200萬(wàn)噸；其中我國(guó)已探明鋰資源量 510萬(wàn)噸，儲(chǔ)量150萬(wàn)噸。我國(guó)鋰資源品質(zhì)和外部開(kāi)發(fā)條件較差， 導(dǎo)致開(kāi)發(fā)難度大、成本高，供應(yīng)能力較弱。 2021年國(guó)內(nèi)碳酸鋰 表 觀 消 費(fèi) 量 為 30.34 萬(wàn) 噸 。 其 中 ， 國(guó) 內(nèi) 生 產(chǎn) 24 萬(wàn) 噸 ， YOY+40.4%；進(jìn)口8.1萬(wàn)噸，YOY+61.7%。 供需緊張之下鋰價(jià)大幅上漲。主要受供需矛盾影響，近期碳酸 鋰價(jià)格突破56萬(wàn)元/噸（21年4月約9萬(wàn)元/噸）。

鈉電量產(chǎn)后電芯材料成本有望降至0.32元/Wh

我們測(cè)算當(dāng)前價(jià)格下磷酸鐵鋰正極、鈉電Cu-Fe-Mn 層狀正極電芯材料成本分別為0.67、0.78元/Wh， 量產(chǎn)后鈉電成本或降至0.32元/Wh。部分假設(shè)如下：由于鈉電池正極材料未量產(chǎn)出貨，根據(jù)傳藝科技公開(kāi)信 息披露，當(dāng)前正極采購(gòu)價(jià)格約為15萬(wàn)元/噸，預(yù)計(jì)量產(chǎn) 后能下降至3萬(wàn)元/噸，價(jià)格下降明顯； 假設(shè)當(dāng)前軟碳價(jià)格5萬(wàn)元/噸，量產(chǎn)后軟碳價(jià)格能降至2 萬(wàn)元/噸。

鈉電替代路徑：低速交通工具/儲(chǔ)能/部分低續(xù)航乘用車(chē)

與鉛酸電池對(duì)比，鈉離子電池性能全面占優(yōu)； 與鋰離子電池相比，鈉離子電池成本更低、安全性更高、低溫性 能和倍率性能更好；但能量密度低、當(dāng)前循環(huán)次數(shù)也略低。 鈉離子電池有望率先在對(duì)能量密度要求不高、成本敏感性較強(qiáng)的 低速交通工具、儲(chǔ)能以及部分低續(xù)航乘用車(chē)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)替代和應(yīng)用。 但儲(chǔ)能同樣重視循環(huán)次數(shù)，后續(xù)需要重點(diǎn)關(guān)注鈉離子電池成本控 制和循環(huán)性能提升能力。

2. 正極材料提供想象空間，負(fù)極材料確定性較大

正極材料：層狀氧化物/聚陰離子/普魯士藍(lán)

層狀氧化物體系：AMxOy，利用過(guò)渡金屬中間價(jià)態(tài)多樣與Na+/Na形成氧化還原反應(yīng)電對(duì)，其中A為堿金屬元素或 堿土金屬元素（如 Li、Na、K、Mg、Ca 等)，M為過(guò)渡金屬元素(如Fe、V、Ti、Mn 等) 。聚陰離子型化合物：AMx[(XO)y]z，引入電負(fù)性大的陰離子基團(tuán)，通過(guò)誘導(dǎo)效應(yīng)獲得電化學(xué)反應(yīng)電位 。普魯士藍(lán)類(lèi)化合物：AxM[M’(CN)6]1-y?y?zH2O，M為Fe時(shí)為普魯士藍(lán)PB，F(xiàn)e3+和Fe2+通過(guò)氰基配體橋接；M 為其他過(guò)渡元素時(shí)為普魯士藍(lán)類(lèi)似物PBAs；高鈉普魯士藍(lán)呈現(xiàn)白色命名為普魯士白（化學(xué)式中2個(gè)過(guò)渡金屬均為正 2價(jià)，因此能儲(chǔ)存2個(gè)鈉離子），其中X 為非金屬元素(如 P、S 等)， 表示M’(CN)6的空位。

性能對(duì)比：層狀氧化物綜合性能優(yōu)異，為主流方向

三種正極材料中，層狀氧化物能量密度高，倍率性能好，綜合性能優(yōu)異，為當(dāng)前主流方向；聚陰離子化合物循環(huán)壽 命高、電壓平臺(tái)高、熱穩(wěn)定性好，但缺點(diǎn)是能量密度低、導(dǎo)電性較差、原材料成本高；普魯士藍(lán)類(lèi)成本低、電壓平 臺(tái)高、理論克容量高，但壓實(shí)密度低導(dǎo)致體積能量密度較低，且由于結(jié)晶水問(wèn)題導(dǎo)致循環(huán)較差。但需注意，即使是 在同一材料體系路線下，各研究團(tuán)隊(duì)的鈉電正極性能也會(huì)因具體所選的材料、元素配比等方面體現(xiàn)出較大差異。

工藝對(duì)比：優(yōu)先看好層狀氧化物路線

從工藝流程看，層狀氧化物正極制備流程與鋰電三元正極相近，具體包括固相法、噴霧干燥法、溶膠-凝膠法、共 沉淀法等，差異主要在于前驅(qū)體的形成，但最終都需將前驅(qū)體高溫?zé)崽幚砗笾频脤訝钛趸锊牧?；鈉電聚陰離子型 正極制備流程可以參考磷酸鐵鋰制備流程；采用共沉淀法制備普魯士藍(lán)正極反應(yīng)中需要多步控制結(jié)晶水，反應(yīng)過(guò)程 相對(duì)復(fù)雜。

聚陰離子型：電子電導(dǎo)率普遍較低

聚陰離子化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高、具有可調(diào)的氧化還原電位等特性。聚陰離子化合物主要包括磷酸鹽系列、硫酸鹽系 列、其他單一聚陰離子系列、混合聚陰離子系列等。電子電導(dǎo)率低，主要通過(guò)包覆摻雜改性。過(guò)渡金屬價(jià)電子的電子云被孤立從而阻礙了電子交換，加之電子在過(guò)渡金 屬離子間的傳遞被聚陰離子基團(tuán)所阻礙，因此聚陰離子型正極材料的電子電導(dǎo)率普遍較低。針對(duì)聚陰離子型正極材 料電子電導(dǎo)率改性主要包括：①表面包覆電子良導(dǎo)體，如碳包覆；②體相摻雜，采用過(guò)渡金屬位摻雜Ti4+、Co2+、 Zn2+、Mn2+等離子來(lái)改善電化學(xué)性能；③材料納米化。

普魯士藍(lán)類(lèi)：極易吸水，水分子存在影響化學(xué)性能

普魯士藍(lán)類(lèi)成本低、安全性高。普魯士藍(lán)類(lèi)由Na、Mn、Fe、C和N等資源豐富性元素組成，且可在水相中通過(guò)較 低的溫度合成，制備成本低；三維立方體結(jié)構(gòu)，有利于Na+容納及快速脫嵌，倍率性能好；結(jié)構(gòu)中無(wú)金屬—O化 學(xué)鍵，不存在充電時(shí)的析氧現(xiàn)象，具有良好的安全性能。 材料水相合成，材料中水分子的存在使電化學(xué)性能變得復(fù)雜。氰基負(fù)離子空位的存在導(dǎo)致鈉含量的減少，1mol% 的空位可導(dǎo)致最大鈉含量減少3-4mol%；由于空位的存在，水分子可能會(huì)與金屬離子配位，水分子的存在使材料 化學(xué)性能變得復(fù)雜，其中一種可能是充電脫鈉時(shí)，正極材料對(duì)水分子親和力變低增加將水釋放到電解液中的風(fēng)險(xiǎn)； 氰根的釋放和氫氰酸的生成不僅對(duì)生態(tài)造成破壞，而且會(huì)危及人體健康。 解決辦法為材料改性。如果選擇使用水合PBA材料，可以設(shè)計(jì)表面涂層，例如還原氧化石墨烯。

負(fù)極材料：硬炭為主流方向

硬炭材料是鈉電首選。酯基電解液中, 鈉離子無(wú)法嵌入石墨層間與石墨形成熱力學(xué)穩(wěn)定的Na-C化合物, 石墨用作鈉 離子電池負(fù)極時(shí)比容量小于31mAh/g；醚基電解液中石墨可以存儲(chǔ)溶劑化鈉離子, 但比容量也只有150mAh/g左 右。硬炭具有較高的比容量，但首效低，并且由于前驅(qū)體材料主要是生物質(zhì)及其衍生物導(dǎo)致成本較高；軟炭前驅(qū)體 主要為石油化工原料，成本低，但克容量低于硬炭，目前僅少數(shù)企業(yè)采用。 當(dāng)前鈉電負(fù)極成本仍然較高。當(dāng)前石墨價(jià)格3-7萬(wàn)元/噸；硬碳材料日本進(jìn)口約20萬(wàn)元/噸，國(guó)產(chǎn)8-10萬(wàn)元/噸，鈉 電大規(guī)模量產(chǎn)后硬碳有望降至5萬(wàn)元/噸，軟碳有望降至2萬(wàn)元/噸。

電解液：成膜添加劑重要性凸顯

鈉電SEI膜溶解性強(qiáng)于鋰電SEI膜。鈉電的循環(huán)性能弱于鋰電，關(guān)鍵在于鈉電池負(fù)極形成的SEI膜的溶解性強(qiáng)于鋰電 池，會(huì)導(dǎo)致過(guò)度的不可逆容量損失、較差的庫(kù)侖效率和鈉電池最終失效。提升循環(huán)性能是鈉電池未來(lái)核心的改進(jìn)方 向之一，決定了鈉電池能否擴(kuò)大下游應(yīng)用場(chǎng)景。

成膜添加劑重要性愈發(fā)凸顯。由于形成穩(wěn)定的SEI膜對(duì)于鈉電的性能穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此電解液中成膜添加劑的 重要性愈發(fā)凸顯。參考鋰電體系，典型的成膜添加劑包括VC、FEC、1,3-PS、DTD等，添加劑配方是鈉電池核心壁 壘之一。此外，醚基電解液中形成的SEI膜更穩(wěn)定，因此更改或摻雜不同種類(lèi)的溶劑也是改進(jìn)方式之一。

鈉離子電池包技術(shù)開(kāi)發(fā)，成組效率有望提升至極致

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新可提升鈉電成組效率。鈉離子電池電極極片制作時(shí)，在鋁箔集流體兩面分別涂覆正極材料和負(fù)極材料，并 將極片進(jìn)行周期性的疊片，還可以做成雙極性(bi-polar)電池。由于鈉電池體積比鋰電池要大20%-30%，需要開(kāi)發(fā) 鈉離子電池?zé)o模組電池包（CTP）技術(shù)，并結(jié)合鈉離子電池正負(fù)極集流體均可采用鋁箔做成雙極性電池的特點(diǎn)，將 電池包成組效率提升到極致，避免鈉離子電池在能量密度上的相對(duì)劣勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)揮鈉離子電池的低成本優(yōu)勢(shì)。

3. 商業(yè)化應(yīng)用提速，23年或?yàn)榱慨a(chǎn)元年

鈉電早期發(fā)展受限，2010年起初創(chuàng)公司引領(lǐng)走向商業(yè)化

初期難以找到合適的負(fù)極材料+鋰離子電池獨(dú)占鰲頭，鈉電池發(fā)展受限，2020年之后鈉電的研發(fā)和量產(chǎn)被重新提上 議程。鈉電池替代的出發(fā)點(diǎn)在于防止鋰電池大規(guī)模應(yīng)用帶來(lái)的供給短缺風(fēng)險(xiǎn)和成本上升。

國(guó)內(nèi)外商業(yè)化落地加快，2023年量產(chǎn)在即

國(guó)外企業(yè)起步較早。英國(guó)的Faradion成立于2011年，是首批將鈉電池商業(yè)化應(yīng)用的企業(yè)，其主要市場(chǎng)在澳大利亞 和印度；美國(guó)Natron Energy采用水系普魯士藍(lán)路線，電池循環(huán)壽命尤為優(yōu)秀；法國(guó)Tiamat采用聚陰離子型正極 路線，并于21年尋求中國(guó)市場(chǎng)融資，但項(xiàng)目體量較小。

國(guó)內(nèi)企業(yè)多點(diǎn)開(kāi)花。傳統(tǒng)鋰電企業(yè)的鈉電布局由寧德時(shí)代主導(dǎo)，其一代鈉電池電芯單體能量密度高達(dá)160Wh/kg， 二代有望突破200Wh/kg，預(yù)計(jì)2023年形成基本產(chǎn)業(yè)鏈。新興鈉電公司聯(lián)手高校、研究所，其中中科海鈉、湖南 立方選擇層狀氧化物正極路線，眾鈉能源選擇聚陰離子型正極路線，賁安能源選擇水系普魯士藍(lán)路線。

據(jù)傳藝科技公開(kāi)披露，公司4.5GWh鈉電產(chǎn)線、5萬(wàn)噸電解液產(chǎn)線將于2023年投產(chǎn)，預(yù)估鈉電出貨價(jià)0.6-0.7元/Wh， 預(yù)估成本0.35-0.45元/Wh，對(duì)應(yīng)毛利率30%-40%；同時(shí)遠(yuǎn)期規(guī)劃再建設(shè)鈉電池產(chǎn)線5.5GWh、電解液10萬(wàn)噸。

鋰電材料加快上游配套。正極企業(yè)有中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、容百科技、當(dāng)升科技、振華新材等，負(fù)極企業(yè)有華陽(yáng) 股份、佰思格、貝特瑞、杉杉股份等，電解液企業(yè)有多氟多、鈉創(chuàng)新能源、天賜材料、新宙邦等，主要包括傳統(tǒng)鋰 電供應(yīng)商、新興鈉電企業(yè)自產(chǎn)材料以及其他第三方供應(yīng)商。

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