鈉電池工作原理與鋰電池類似，生產(chǎn)設(shè)備也基本兼容，材料體系有一定變化，鈉電池憑借能量密度和循環(huán)性能的優(yōu)勢，有望在儲能和兩輪車等市場獲得商業(yè)應(yīng)用。在車用動力電池領(lǐng)域，鈉電池優(yōu)秀的低溫、快充、安全性是對鋰電池的補(bǔ)充，但能量密度和循環(huán)性能差距較大，不過寧德時(shí)代提出了動力電池中采用鋰電池和鈉電池混配輔以BMS升級的方案，有望推動鈉離子電池在交通領(lǐng)域應(yīng)用。鈉離電池作為一種新的路線，其核心的原材料供應(yīng)更大宗和普遍，有助于擺脫電池上游戰(zhàn)略資源瓶頸，能更好的滿足未來TWh時(shí)代電池技術(shù)多樣化需求，是鋰電池良好的補(bǔ)充，預(yù)計(jì)其規(guī)模的應(yīng)用可能在2023年左右或以后。
摘要
鈉電池簡介。鈉電池工作原理與鋰電池類似，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)備也基本兼容。不過材料體系有較大變化，正極一般采用普魯士白和層狀氧化物，負(fù)極選用硬碳，集流體均采用鋁箔，隔膜和電解液沒有大的變化。性能方面，鈉電池在低溫性能、安全性、成本（大規(guī)模量產(chǎn)后）方面具備優(yōu)勢，能量密度和循環(huán)性能均介于鋰電池和鉛酸電池之間。
鈉電池作為鋰電池的補(bǔ)充，主要應(yīng)用市場在儲能等領(lǐng)域。鈉電池的能量密度、循環(huán)壽命優(yōu)于鉛酸電池，同時(shí)具備較強(qiáng)的安全性和較低的成本。根據(jù)產(chǎn)業(yè)反饋，目前鈉電池主要開始應(yīng)用在儲能和兩輪車領(lǐng)域替代鉛酸電池。在動力領(lǐng)域，鈉電池優(yōu)秀的低溫和快充性能是鋰電池的良好補(bǔ)充，但能量密度有一定差距，不過寧德時(shí)代提出在動力電池系統(tǒng)中將鋰電池和鈉電池混配并升級BMS的方案，可能會推動鈉電池在車載市場應(yīng)用。
鈉電池對保障供應(yīng)鏈安全有戰(zhàn)略意義。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5.93%，且開發(fā)有一定難度，我國鋰礦主要依賴進(jìn)口，鎳資源也主要在海外，資源供應(yīng)可能是鋰電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步壯大后將面臨的潛在約束之一。而鈉資源儲量豐富、分布廣泛，且更容易獲取，鈉電池的研發(fā)儲備和產(chǎn)業(yè)化對保障我國電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略資源供給安全具有重要意義。在未來TWh的電池生態(tài)中，鈉電池應(yīng)該會有一席之地。
產(chǎn)業(yè)化可能在未來幾年。國內(nèi)具有比較成熟的鈉電池生產(chǎn)研發(fā)能力的企業(yè)主要是寧德時(shí)代、中科海納、鈉創(chuàng)新能源。寧德時(shí)代的第一代產(chǎn)品單體能量密度達(dá)160wh/kg，系統(tǒng)集成效率達(dá)80%，零下20度容量保持率90%，在常溫下充電15分鐘電量達(dá)到80%，綜合性能優(yōu)異。目前國內(nèi)鈉電池產(chǎn)業(yè)化剛起步，供應(yīng)鏈還沒形成，鈉電池材料主要依靠電池公司自身研發(fā)。隨著產(chǎn)品迭代和提升，電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)用可能進(jìn)一步加快，根據(jù)寧德時(shí)代估計(jì)，鈉電池規(guī)模應(yīng)用可能在2023年左右或以后。
投資建議：繼續(xù)推薦寧德時(shí)代，其余關(guān)注華陽股份（煤炭）、浙江醫(yī)藥（化工）、鼎盛新材（招商有色）。
風(fēng)險(xiǎn)提示：鈉電池技術(shù)升級和推廣低于預(yù)期、成本下降幅度低于預(yù)期。
1、鈉離子電池簡介
1.1鈉離子電池工作原理
鈉離子工作原理與鋰離子電池類似。鈉離子電池作為充電電池的一種，主要由正、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜、集流體等組成。其工作原理是利用鈉離子在正負(fù)極之間的可逆脫嵌從而實(shí)現(xiàn)充、放電的，與鋰電池類似。
鈉離子電池的分類。鈉離子電池可分為鈉硫電池、水系鈉離子電池、有機(jī)鈉離子電池、固態(tài)鈉離子電池。鈉硫電池主要以金屬鈉作為負(fù)極、非金屬硫作為正極、β－A12O3陶瓷管同時(shí)充當(dāng)電解質(zhì)和隔膜，是目前唯一同時(shí)具備大容量和高能量密度的儲能電池。截止2020年，全球從事鈉離子電池工程化的公司超過20家，包括松下、豐田等。2017年，我國首家鈉離子電池公司中科海鈉成立，依托中國科學(xué)院物理研究所的技術(shù)，目前在技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)上都初具規(guī)模。
1.2 材料體系與鋰電池有所不同
相比鋰電池，鈉離子電池材料使用有差異。
鈉離子電池中，
正極材料：使用鈉離子的活性材料，常見的包括普魯士藍(lán)、銅鐵錳或鎳鐵錳層狀氧化物，需具有良好的電化學(xué)性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、安全性，以此保證較高的理論比容量和電池循環(huán)壽命；
負(fù)極材料：由于鈉的半徑較大，并不能在石墨層中可逆的脫嵌，因此一般選擇具備嵌入鈉離子的能力強(qiáng)、體積變形小、擴(kuò)散通道好、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)的硬碳材料。
電解質(zhì)和隔膜：可以沿用鋰電池體系中的材料，但電解液中的六氟磷酸鋰需要換成六氟磷酸鈉。
集流體：由于鋰電池主要以石墨作為負(fù)極，鋁箔作為負(fù)極集流體在低電位下易與鋰形成合金，因此需使用銅集流體，而鈉離子正負(fù)極均可使用價(jià)格較低鋁箔作為集流體。
1.3 鈉資源儲量豐富，成本有望繼續(xù)下降
鈉資源儲量豐富。鈉資源儲量豐富，地殼豐度可達(dá)2.74%，價(jià)格低廉且提煉簡單。而鋰儲量僅0.0065%，主要分布于澳大利亞、南美地區(qū)。
鈉離子電池對保障我國資源供給具有重要戰(zhàn)略意義。我國僅擁有世界鋰資源儲量的5.93%，且開發(fā)有一定難度，我國鋰礦主要依賴進(jìn)口，鎳資源也主要在海外，資源供應(yīng)可能是鋰電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步壯大后將面臨的潛在約束之一。而鈉資源儲量豐富、分布廣泛，且更容易獲取，鈉電池的研發(fā)儲備和產(chǎn)業(yè)化對保障我國電池產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略資源供給安全具有重要意義。在未來TWh的電池生態(tài)中，鈉電池應(yīng)該會有一席之地。
鈉離子電池成本有望繼續(xù)下降。鈉電池外形封裝（圓柱、軟包、方形）與鋰電池相同，同時(shí)鋰電池的生產(chǎn)設(shè)備大多可以兼容鈉離子電池，原始設(shè)備成本支出與鋰電池相當(dāng)。材料中，除隔膜外，鈉離子電池的正、負(fù)極、電解液、集流體的價(jià)格較鋰電池材料低。
不過，由于鈉離子電池制備工藝不夠成熟、生產(chǎn)設(shè)備仍有待改善，生產(chǎn)效率較低且產(chǎn)品一致性及良品率均低，目前的生產(chǎn)成本明顯高于鋰離子電池。但未來當(dāng)技術(shù)成熟實(shí)現(xiàn)規(guī)模化效應(yīng)后，其降本空間更大。
2、鈉電池作為鋰電池的補(bǔ)充，主要應(yīng)用市場在儲能等領(lǐng)域
2.1 鈉離子電池產(chǎn)品性能分析
有望逐步替代鉛酸電池，是鋰電池的良好補(bǔ)充。鈉離子電池的能量密度、循環(huán)壽命優(yōu)于鉛酸電池，但低于鋰離子電池。對比鉛酸電池，同等容量的下，鈉離子電池的體積小、重量輕，且能量密度超過鉛酸電池的2倍以上。同時(shí)，相比于鋰離子電池，鈉離子電池的內(nèi)阻比鋰離子電池高，發(fā)生短路時(shí)發(fā)熱量少溫度較低，且在放電過程中可可放電至0V，因此鈉離子電池較鋰離子電池的安全性能更加優(yōu)異。未來首先可能取代鉛酸電池并逐步實(shí)現(xiàn)低速電動車、儲能等領(lǐng)域的無鉛化發(fā)展。
在鈉離子電池儲能與動力領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)中科海鈉處于產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的領(lǐng)先地位。目前研發(fā)的產(chǎn)品覆蓋了電動自行車、低速電動車、規(guī)模儲能等領(lǐng)域，均可在零下20℃至55℃工作。中科海鈉電池使用的技術(shù)路線是銅鐵錳，生產(chǎn)的鈉離子電池循環(huán)壽命約為4500次，與磷酸鐵鋰相當(dāng)，優(yōu)于錳酸鋰和三元材料；能量密度高于145Wh/kg，與錳酸鋰接近。鈉創(chuàng)新能源致力于做鎳鐵錳正極材料（NaNi1/3Fe1/3Mn1/3Q2），即三元層狀氧化物正極-硬碳負(fù)極體系的鈉離子軟包電芯，循環(huán)壽命約為5000次。
2.2 目前的商業(yè)化應(yīng)用主要在儲能和兩輪車
儲能是鈉離子電池主要的應(yīng)用場景。2021年6月，由山西新陽清潔新能源與中科海鈉主導(dǎo)的1MWh鈉離子儲能系統(tǒng)在山西落地。其利用陽泉儲量豐富、成本低廉的無煙煤作為前驅(qū)體，采用中科院全球首創(chuàng)的碳基負(fù)極材料生產(chǎn)技術(shù)和正極廉價(jià)原料加工工藝生產(chǎn)，具有成本最低、安全性能高、低溫性能良好、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于低速電動車、家庭儲能、5G通訊基站等大規(guī)模儲能裝置。
鈉離子電池打入兩輪電動車市場。2021年7月7日，國內(nèi)第二大電動兩輪車愛瑪科技在發(fā)布會上表示將使用鈉離子電池搭載在未來旗下的電動兩輪車上，其鈉離子電池由鈉創(chuàng)新能源提供。2019年，鈉創(chuàng)新能源完成了噸級材料產(chǎn)線。目前1000-3000噸級產(chǎn)線基本建成試運(yùn)營，3000噸可以對應(yīng)百萬輛愛瑪電動車。
儲能和兩輪車市場適合鈉電池，車用動力市場還需觀察。鈉電池規(guī)?；a(chǎn)后成本低，同時(shí)安全性好，能量密度、循環(huán)壽命尚可，在儲能和兩輪車市場更有優(yōu)勢。
在動力領(lǐng)域，鈉電池優(yōu)秀的低溫和快充性能是鋰電池的良好補(bǔ)充，但能量密度有一定差距，不過寧德時(shí)代提出在動力電池系統(tǒng)中將鋰電池和鈉電池混配并升級BMS的方案，可能會推動鈉電池在車載市場應(yīng)用。
3、國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開始布局，大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化可能在2023年以后
寧德時(shí)代電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢雄厚，已經(jīng)推出鈉電池產(chǎn)品。公司已經(jīng)發(fā)布第一代鈉電池產(chǎn)品，單體能量密度達(dá)160wh/kg，系統(tǒng)集成效率達(dá)80%，同時(shí)零下20度容量保持率90%，在常溫下充電15分鐘電量達(dá)到80%，綜合性能優(yōu)秀。公司材料體系均為自身研發(fā)，采用普魯士白（鐵錳基氧化物，普魯士藍(lán)的升級版）和層狀氧化物作為正極，硬碳作為負(fù)極（克容量350mah/g）。未來下一代鈉電池能量密度目標(biāo)突破200wh/kg。
中科海鈉依托中科院物理所，鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)先。中科海鈉成立于2017年，核心技術(shù)來源于中國科學(xué)院物理研究所清潔能源實(shí)驗(yàn)室，是國內(nèi)首家專注于鈉離子電池研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，公司擁有鈉離子電池核心專利15篇，在鈉離子電池全生產(chǎn)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)已掌握具有完全自主研發(fā)的核心技術(shù)，目前已成功開發(fā)出的鈉離子電池能量密度達(dá)到145Wh/kg。2021年4月，華陽股份全資子公司新陽能源與中科海鈉合作，擬建設(shè)2000噸鈉離子電池正極材料和2000噸鈉離子電池負(fù)極材料項(xiàng)目。
鈉創(chuàng)新能源團(tuán)隊(duì)源于上海交大，產(chǎn)品覆蓋廣泛。鈉創(chuàng)新能源成立于2018年，其中，浙江醫(yī)藥參股40%，但不參與實(shí)際經(jīng)營。公司核心團(tuán)隊(duì)源自上海交大馬紫峰教授鈉離子電池技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，首席科學(xué)家馬紫峰教授發(fā)表鈉離子電池相關(guān)文獻(xiàn)16篇，公司擁有30余項(xiàng)發(fā)明專利，涵蓋鈉離子電池正極材料、電解液、電池的設(shè)計(jì)制造以及系統(tǒng)集成與管理等。公司核心產(chǎn)品包括鐵基三元材料前驅(qū)體、鐵酸鈉基三元正極材料、鈉電電解液、電芯及系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品等。2021年7月7日，愛瑪科技在經(jīng)銷商大會上發(fā)布鈉離子電池，電池由鈉創(chuàng)新能源負(fù)責(zé)，未來將搭載在自己的電動兩輪車上。
大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化可能在2023年以后。目前國內(nèi)鈉電池還沒有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈，電池企業(yè)處于前期的電化學(xué)體系積累階段，材料主要依靠自身研發(fā)。未來隨著產(chǎn)品成熟度持續(xù)提升，國內(nèi)鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈可能逐步形成，根據(jù)寧德時(shí)代預(yù)計(jì)，可能在2023年以后。
投資建議
鈉電池工作原理與鋰電池類似，生產(chǎn)設(shè)備也基本兼容，材料體系有一定變化，鈉電池憑借能量密度和循環(huán)性能的優(yōu)勢，有望在儲能和兩輪車等市場獲得商業(yè)應(yīng)用。在車用動力電池領(lǐng)域，鈉電池優(yōu)秀的低溫、快充、安全性是對鋰電池的補(bǔ)充，但能量密度和循環(huán)性能差距較大，不過寧德時(shí)代提出了動力電池中采用鋰電池和鈉電池混配輔以BMS升級的方案，有望推動鈉離子電池在交通領(lǐng)域應(yīng)用。鈉離電池作為一種新的路線，其核心的原材料供應(yīng)更大宗和普遍，有助于擺脫電池上游戰(zhàn)略資源瓶頸，能更好的滿足未來TWh時(shí)代電池技術(shù)多樣化需求，是鋰電池良好的補(bǔ)充，預(yù)計(jì)其規(guī)模的應(yīng)用可能在2023年以后。
推薦與關(guān)注：
寧德時(shí)代：7月29日發(fā)布第一代鈉離子電池產(chǎn)品，已經(jīng)完成前期的電化學(xué)體系積累。
華陽股份（煤炭）：間接持有中科海鈉1.66%的股權(quán)。
浙江醫(yī)藥（化工）：持有鈉創(chuàng)新能源40%股權(quán)。
鼎盛新材（有色）：鈉電池中銅箔改用鋁箔。
風(fēng)險(xiǎn)提示
1）鈉電池技術(shù)升級和推廣低于預(yù)期。鈉電池的能量密度、循環(huán)性能還有待提升，如果技術(shù)無法持續(xù)升級，可能導(dǎo)致推廣不及預(yù)期，下游應(yīng)用空間比較有限。
2）成本下降幅度低于預(yù)期。鈉離子電池理論成本會更低，但目前還沒有進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段，生產(chǎn)工藝和設(shè)備還不夠成熟，因而成本還比較高。若成本下降幅度低于預(yù)期，可能導(dǎo)致大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用低于預(yù)期。
