鈉離子電池行業(yè)分析-鋰資源緊缺下的新解法

鈉離子電池行業(yè)分析：鋰資源緊缺下的新解法戰(zhàn)略意義驅(qū)動(dòng)鈉離子電池重拾熱度鈉離子電池基本原理：用鈉再現(xiàn)鋰電結(jié)構(gòu)框架鈉離子電池（SIB）是一種使用鈉離子（Na+）作為電荷載體的可充電電池，和鋰離子電池同為二次電池，都是由載荷金屬離子在電極之間發(fā)生可逆的嵌入和脫出，進(jìn)行化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換。具體來(lái)說(shuō)，放電時(shí)，負(fù)極材料失去電子，其中的鈉離子嵌脫進(jìn)入到電解液，正極材料中的可變價(jià)過(guò)渡金屬得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，使得電解液中的鈉離子向正極運(yùn)動(dòng)并且嵌入到正極晶格中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動(dòng)外電路運(yùn)行；充電時(shí)外加電壓使“搖椅反應(yīng)”逆向進(jìn)行，正極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，鈉離子從正極晶格中脫嵌進(jìn)入電解液，負(fù)極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，使得電解液中鈉離子向負(fù)極移動(dòng)并插入負(fù)極材料中，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。理論上這種充電—放電反應(yīng)能反復(fù)進(jìn)行，一輪為一個(gè)充電周期，或稱循環(huán)周期。鈉資源可以緩解鋰資源的稀缺和壟斷問(wèn)題。鋰在地殼中的豐度僅百萬(wàn)分之十七，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局公布2019年全球探明鋰資源儲(chǔ)量約6200萬(wàn)噸。另外鋰資源目前70%儲(chǔ)量分布在南美洲，其中智利鋰礦儲(chǔ)量排名世界第一，占全球儲(chǔ)量的50%以上，資源呈現(xiàn)明顯的寡頭壟斷格局，地緣政治、全球性事件較易對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)帶來(lái)沖擊。鈉是地殼中第六豐富的元素和第四豐富的金屬元素，豐度是鋰的1300倍以上。并且鈉資源分布廣泛，目前海水制氯化鈉技術(shù)也十分方便高效。上述因素使得2022年8月單噸碳酸鈉價(jià)格（2000元一噸）僅為碳酸鋰（48萬(wàn)元/噸）的0.4%，且價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定。鈉和鋰的化學(xué)性質(zhì)相近，能復(fù)用部分鋰離子電池生產(chǎn)技術(shù)和體系。鈉元素和鋰元素處于元素周期表堿金屬族相鄰位置，原子最外層都僅有單個(gè)電子，化學(xué)性質(zhì)十分接近。以它們的離子作為載流子的電池也具有類似的原理和結(jié)構(gòu)。鈉離子電池正極也常用高溫固相、共沉淀、球磨法等方法制備。鋰離子電池的生產(chǎn)體系大部分可以在鈉離子電池上復(fù)用、生產(chǎn)能力可以部分兼容。重拾熱度：鋰電上游供給緊張下的破局之道基礎(chǔ)研究始于20世紀(jì)70年代，中間被擱置，而后重拾熱度。鈉離子電池的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代，幾乎和鋰離子電池是同時(shí)開始，而隨著20世紀(jì)90年代鋰離子電池的商業(yè)化，鈉離子電池的研究被擱置，主要是因?yàn)殁c的質(zhì)量和體積較大，鋰離子電池的能量密度更優(yōu)，且鈉的原子量大、工作電壓偏低。近年來(lái)在全球新能源產(chǎn)業(yè)的加速布局下，市場(chǎng)的逐漸成熟和政策補(bǔ)貼的退坡催生行業(yè)進(jìn)一步拓展產(chǎn)品類型匹配應(yīng)用場(chǎng)景、分化路線降本的需求。并且由于鋰離子電池上游原材料的壟斷性、產(chǎn)能擴(kuò)張緩慢，產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值量有向上游傾斜的趨勢(shì)，給下游電池廠帶來(lái)了向上掌控原材料供應(yīng)鏈和向下傳導(dǎo)成本的雙重壓力，下游電池廠因此開始積極找替代方案以提升對(duì)供應(yīng)鏈的掌控能力。英國(guó)Faradion公司于2011年成立，是全球首家從事鈉離子電池工程化研究的公司，目前Faradion公司的產(chǎn)品正極材料為鎳、錳、鈦層狀氧化物，負(fù)極材料采用硬碳，且公司已研制出10Ah軟包電池樣品，能量密度達(dá)到140Wh/kg，電池平均工作電壓為3.2V，在80%放電深度下的循環(huán)壽命預(yù)測(cè)可以超過(guò)1000次；此外，美國(guó)NatronEnergy采用普魯士藍(lán)材料開發(fā)了高倍率水系鈉離子電池，2C倍率下的循環(huán)壽命達(dá)到10000次；日本豐田公司電池研究部也在2015年宣布開發(fā)出了新的鈉離子電池正極材料體系。國(guó)內(nèi)首家鈉離子電池公司中科海鈉于2017年成立，依托中科院物理研究所技術(shù)的中科海鈉公司已經(jīng)研制出能量密度高于135Wh/kg的鈉離子電池，平均工作電壓為3.2V，在100%深度放電，循環(huán)1000次后容量保持率為91%，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)正、負(fù)極材料百噸級(jí)制備及小批量供貨，鈉離子電芯也具備了MWh級(jí)的制造能力，并率先完成了在低速電動(dòng)車和30kW、100kWh儲(chǔ)能電站的示范作用。2021年，寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池，并宣告23年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2022年，傳藝科技、維科技術(shù)等新進(jìn)入者也紛紛宣告布局鈉離子電池。寧德時(shí)代：戰(zhàn)略性布局，融入鋰離子體系，產(chǎn)品應(yīng)用布局超預(yù)期確定鈉電定位，吹響鈉電產(chǎn)業(yè)化號(hào)角。寧德時(shí)代

2021年7月29日發(fā)布其第一代鈉離子電池，宣布采用普魯士藍(lán)和（或）層狀金屬氧化物/硬碳體系，定位為與鋰離子電池相互補(bǔ)充。發(fā)布會(huì)意義在于證明鈉離子電池的性能可用性和具體場(chǎng)景的落地，利用寧德時(shí)代強(qiáng)大的供應(yīng)鏈影響力吹響了鈉離子電池正式產(chǎn)業(yè)化的號(hào)角。但是發(fā)布會(huì)未直接提及的成本和循環(huán)性能有待長(zhǎng)期考量。其制造體系主要是材料改變，制造設(shè)備可以與現(xiàn)有鋰電產(chǎn)線兼容：

1)正極材料：普魯士白、層狀氧化物，體相結(jié)構(gòu)進(jìn)行電荷重排，還有一些表面改性，解決了循環(huán)過(guò)程中的能量快速衰減問(wèn)題，160mAh/g，與鋰離子正極相當(dāng)；

2)負(fù)極材料：改性后的硬碳，比容量350mAh/g，與目前石墨相當(dāng)；

3)電解液：新型電解液。電芯性能相較于現(xiàn)有鈉離子電池產(chǎn)品有了很大提高，位于世界頂尖水平，在多方面接近甚至超越磷酸鐵鋰電池：

1)單體能量密度：160Wh/kg，全球最高，略低于目前磷酸鐵鋰；

2)快充性能：15min充入80%；

3)低溫性能：-20℃下容量保持率>90%；

4)熱穩(wěn)定性超過(guò)國(guó)家安全要求；

5)系統(tǒng)集成率（成組效率）：>80%。應(yīng)用布局超預(yù)期，拓寬鈉離子動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)景。之前市場(chǎng)認(rèn)為寧德時(shí)代布局鈉離子電池主要出于增強(qiáng)供應(yīng)鏈把控能力的戰(zhàn)略考量。本次發(fā)布會(huì)寧德時(shí)代將鈉離子電池第一階段的應(yīng)用定位為提升動(dòng)力電池的低溫工作性能，將鈉離子電池和磷酸鐵鋰電池整合進(jìn)同一電池系統(tǒng)，通過(guò)BMS統(tǒng)一調(diào)控，以此獲得能量密度和低溫性能的平衡。清晰的需求定位或使得產(chǎn)業(yè)化加速進(jìn)行。寧德時(shí)代在鈉離子電池方面專利涉及金屬氧化物、鈉離子超導(dǎo)材料、普魯士藍(lán)等正極材料，已經(jīng)有良好的性能表現(xiàn)，與現(xiàn)有生產(chǎn)工藝兼容性好，并且未來(lái)尚有改性空間。其中普魯士藍(lán)材料分子式為Na1.989Mn[Fe(CN)6]0.997·2.185H2O，首次充電容量達(dá)到169.5mAh/g，循環(huán)50次容量保持率95%，1C容量89.2%，其制作工藝主要是共沉淀和干燥。O3相層狀四元金屬氧化物材料Na0.85Cu0.05Ni0.175Fe0.2Mn0.525O2參雜CuO在2.0-4.5V下首次放電容量達(dá)到164.7mAh/g，1C循環(huán)100次容量82.2%，Na0.85Li0.1Ni0.175Fe0.2Mn0.525O2參雜Li2CO3在2.0-4.5V下首次放電容量達(dá)到159.6mAh/g，1C循環(huán)100次容量83.2%，其制作工藝主要是共沉淀和900℃燒結(jié)。中科海鈉：鈉電國(guó)家隊(duì)，技術(shù)全面、產(chǎn)品領(lǐng)先背靠中科院，具備全材料自研、生產(chǎn)能力，產(chǎn)品性能優(yōu)秀。中科海鈉立足于中科院物理所清潔能源實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)建成了鈉離子電池正負(fù)極材料百噸級(jí)中試線及兆瓦時(shí)級(jí)電芯線，全面布局電池系統(tǒng)、金屬氧化物正極、硬碳負(fù)極、隔膜、電解液添加劑、電池回收等領(lǐng)域，同時(shí)具備材料上的know-what和改性、產(chǎn)業(yè)化的know-how。2020年9月其已經(jīng)量產(chǎn)的鈉離子電池能量密度超過(guò)145Wh/kg，5C容量超過(guò)1C容量的90%，2C下循環(huán)4500周期容量保持率大于83%，且可在-40~80℃的廣泛溫度下工作，整體性能達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平，已經(jīng)突破了儲(chǔ)能和動(dòng)力電池的應(yīng)用門檻。2021年6月28日，中科海鈉與中科院物理所在山西太原綜改區(qū)聯(lián)合推出了全球首套1MWh鈉離子電池光儲(chǔ)充智能微網(wǎng)系統(tǒng)，并成功投入運(yùn)行。與三峽能源合作阜陽(yáng)海鈉項(xiàng)目，2022年7月28日，正式落成全球首條GWh鈉離子電池生產(chǎn)線，總投資5.88億，后期規(guī)劃5/25GWh。量產(chǎn)多采用常規(guī)工藝，與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容度較高。專利數(shù)據(jù)顯示，中科海鈉在正極方面，技術(shù)積累主要在利用鈉離子超導(dǎo)材料、普魯士藍(lán)類材料對(duì)鎳、鐵、銅、錳等氧化物進(jìn)行參雜、包覆，從而得到高性能正極，主要加工工藝為單次燒結(jié)、球磨包覆。得到的Na3O2V2(PO4)2F包覆的NaNi0.23Cu0.11Fe0.33Mn0.33O2循環(huán)200次容量保持率在94.2%。負(fù)極主要是以煤粉、瀝青等原料高溫碳化制作，得到的軟碳材料可逆比容量達(dá)到245.4mAh/g，循環(huán)200次容量保持96%。鈉電池性價(jià)比介于鋰電池和鉛酸電池鈉電池vs鋰電池：鈉電池電化學(xué)性能更穩(wěn)定，成本更低鈉離子與鋰離子物理性能存在差異。鈉是元素周期表中緊跟鋰排列的堿金屬元素，鈉和鋰在物化性質(zhì)上存在一定差異，由此帶來(lái)電化學(xué)性能上的差異。鈉離子質(zhì)量和半徑較大，使其在儲(chǔ)鈉材料中的遷移速度過(guò)慢而嚴(yán)重限制了鈉離子電池倍率性能的提升和儲(chǔ)鈉容量的表達(dá)，也導(dǎo)致了鈉離子的質(zhì)量和體積能量密度不及鋰離子。因此，鈉電池需要通過(guò)不同與鋰電池的材料體系來(lái)發(fā)揮鈉離子自身的優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池能量密度、循環(huán)壽命有劣勢(shì)，但是具備更好的熱穩(wěn)定性。鈉離子電池能量密度70-200Wh/kg，現(xiàn)階段鈉電池能量密度主要集中在130-160Wh/kg區(qū)間，與磷酸鐵鋰的140-190Wh/kg的能量密度有部分重疊，可以替代部分鐵鋰的市場(chǎng)，而三元鋰電池能量密度較高，達(dá)到240-350Wh/kg，鈉電池與三元電池存在一定互補(bǔ)關(guān)系。鈉電池的理論循環(huán)可以達(dá)到10000次，目前主流產(chǎn)品循環(huán)在3000-4000次，與磷酸鐵鋰電池還有一定差距。鈉離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程中容易鈍化失活，安全實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)較鋰離子電池更好，目前鈉離子電池已通過(guò)中汽中心的檢測(cè)，針刺時(shí)不冒煙、不起火、不爆炸，經(jīng)受短路、過(guò)充、過(guò)放、擠壓等實(shí)驗(yàn)也不起火燃燒。對(duì)比鋰離子電池起始自加熱溫度達(dá)到165℃，鈉離子電池則達(dá)到260℃；

且在ARC測(cè)試中鈉離子電池最大自加熱速度顯著低于鋰離子電池，這些均表明鈉離子電池具有更好的熱穩(wěn)定性。鈉離子電池相比鋰離子電池理論材料成本下降30-40%。材料的主要降本方式是通過(guò)替換正極和電解液中的鋰元素，通過(guò)使用原材料無(wú)煙煤降低負(fù)極成本，同時(shí)負(fù)極集流體用鋁箔替換掉負(fù)極的銅箔。根據(jù)中科海鈉數(shù)據(jù)，理論上鈉離子電池相較鋰離子電池材料成本能下降30%-40%。鈉電降本關(guān)鍵在正負(fù)極，遠(yuǎn)期理論成本可降低至0.3-0.4元/Wh。目前鈉離子電池價(jià)格高昂主要是正負(fù)極材料及配套的電解液未大規(guī)模量產(chǎn)，正極材料中，層狀氧化物價(jià)格在15-20萬(wàn)元/噸（CuFeMn基價(jià)格稍低），普魯士白類在20萬(wàn)元/噸，未來(lái)遠(yuǎn)期普魯士白類理論價(jià)格可以做到3萬(wàn)元/噸。負(fù)極材料目前主要是國(guó)外可樂(lè)麗在硬碳技術(shù)上領(lǐng)先，單噸售價(jià)超20萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)硬碳價(jià)格在15萬(wàn)元/噸左右，遠(yuǎn)期可以做到3-5萬(wàn)元/噸。無(wú)煙煤路線價(jià)格較低，在1萬(wàn)元/噸左右。現(xiàn)階段供應(yīng)鏈不完整，生產(chǎn)工藝待提升，目前鈉離子電池未量產(chǎn)前的成品成本在1.07元/Wh，未來(lái)隨著技術(shù)近一步成熟，產(chǎn)量增長(zhǎng)后的規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，我們根據(jù)專家調(diào)研的單耗及材料價(jià)格預(yù)測(cè)后續(xù)大規(guī)模量產(chǎn)后鈉電池材料成本能降低至0.3-0.4元/Wh。鈉電池相較鉛酸電池、全釩液流電池性價(jià)比更高從能量密度看，鈉離子電池能量密度70-200Wh/kg，遠(yuǎn)高于鉛酸和全釩液流電池。全釩液流電池的優(yōu)點(diǎn)在于其功率和容積可以獨(dú)立設(shè)計(jì)構(gòu)思。溫度性能上，鈉離子電池?fù)碛休^好的低溫保持率，-20℃容量保持率>88%，全釩液流電池對(duì)工作環(huán)境要求高（5-40℃），鉛酸電池低溫性能較差，-20℃放電保持率＜60%，目前來(lái)看鈉離子電池有望在極寒地區(qū)儲(chǔ)能得到率先應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度上，鉛酸電池產(chǎn)業(yè)化最成熟，但是面臨環(huán)保問(wèn)題，目前已形成了鉛回收全產(chǎn)業(yè)鏈布局。鈉離子電池相關(guān)資源豐富，目前主要問(wèn)題是配套的正負(fù)極材料及電解液產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，導(dǎo)致成本難以下降。全釩液流電池則在生產(chǎn)技術(shù)還沒穩(wěn)定，滲漏液技術(shù)并沒有攻克，還存在電解液、離子交換膜等至關(guān)重要材料的牽制。同時(shí)由于行業(yè)仍處在示范到商業(yè)化的前期，供應(yīng)鏈不成熟，市場(chǎng)仍處在開發(fā)階段。從投資單位的造價(jià)來(lái)說(shuō)，以集裝箱方艙交付的形態(tài)，釩電池價(jià)格在3元/Wh左右，價(jià)格較為高昂。應(yīng)用場(chǎng)景：百億廣闊市場(chǎng)，等待經(jīng)濟(jì)性、循環(huán)能力得到驗(yàn)證鈉離子電池當(dāng)前產(chǎn)品的突出優(yōu)勢(shì)在于其低溫表現(xiàn)和安全性，但是也受制于其在能量密度和循環(huán)能力上的劣勢(shì)。未來(lái)隨著產(chǎn)業(yè)鏈逐步建成形成規(guī)模效應(yīng)后成本的降低，以及功率、能量密度的優(yōu)化創(chuàng)新，其有望完全取代錳酸鋰需求、部分替代磷酸鐵鋰需求，在低能量密度電動(dòng)乘用車、電動(dòng)兩輪車、儲(chǔ)能、電動(dòng)工具等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。我們預(yù)計(jì)2027年鈉離子電池對(duì)應(yīng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到582.7億元。2027年低能量密度電動(dòng)乘用車潛在市場(chǎng)空間51.8億元。電動(dòng)乘用車對(duì)電池的底線要求是安全性和功率，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)是單位容量?jī)r(jià)格，兼顧電池能量密度。目前低能量密度電動(dòng)乘用車主要采用磷酸鐵鋰電池。鈉離子電池安全性優(yōu)于三元電池，和磷酸鐵鋰接近，充放功率上限高，有望提升汽車加速和快充性能，同時(shí)單位容量?jī)r(jià)格有較大的降低空間，且價(jià)格波動(dòng)較小，具備在電動(dòng)乘用車上應(yīng)用的基本條件。雖然其由于能量密度上限較低，難以適應(yīng)未來(lái)高端車的長(zhǎng)續(xù)航、功能化需求，但是由于其低溫性能遠(yuǎn)好于磷酸鐵鋰，因此更能滿足用戶在冬季、高緯度地區(qū)的使用需求。此外寧德將在體積重量允許下優(yōu)先推麒麟電池結(jié)合鈉電方案，將鈉電池和鋰電池混合使用加速了鈉電池上車。目前在磷酸鐵鋰能量密度迭代較成熟、天花板顯現(xiàn)的情況下，我們看好鈉離子電池對(duì)磷酸鐵鋰電池的逐步替換，預(yù)計(jì)隨著寧德時(shí)代麒麟電池結(jié)合鈉電池的方案的使用有望替代部分磷酸鐵鋰在乘用車的市場(chǎng)，按照鈉離子電池5%的滲透率，我們認(rèn)為預(yù)計(jì)中國(guó)2027年將有186GWh的潛在替代空間，以0.5元/Wh價(jià)格計(jì)算，對(duì)應(yīng)鈉離子電池2027年潛在市場(chǎng)空間為51.8億元。2027年電動(dòng)兩輪車潛在替代空間130.7億元。電動(dòng)兩輪車電池成本占總成本絕大部分，性價(jià)比極其重要，另外由于兩輪車電池外露，難有預(yù)熱、冷卻系統(tǒng)，同時(shí)容量較小、充電較頻繁，因此對(duì)電池的工作溫度范圍、安全性、循環(huán)性能也有較高要求。目前電動(dòng)兩輪車常用鉛酸或磷酸鐵鋰電池，但是兩者的低溫表現(xiàn)都不好。鈉離子電池在滿足低溫表現(xiàn)上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也能滿足安全性、循環(huán)性要求、具有輕量化優(yōu)勢(shì)，并且其制造成本有望低于鉛酸電池制造成本和鋰離子電池，當(dāng)其回收系統(tǒng)建立完善后，將在電動(dòng)兩輪車領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。目前鉛酸電池售價(jià)在0.47-0.66元/Wh，兩輪車成本敏感，由于鈉電池循環(huán)壽命是鉛酸電池的3倍以上，理論上鈉電池價(jià)格只需低于鉛酸電池的2倍，約0.9元/wh，兩輪車企業(yè)有明確的替代意愿，我們預(yù)計(jì)到2022年底鈉電池?fù)碛蠫Wh以上生產(chǎn)能力時(shí)，鈉電池價(jià)格有望降至0.8元/Wh,首先在兩輪車領(lǐng)域?qū)︺U酸電池形成替代，并且滲透率逐步增加，2027年鈉離子電池滲透率有望到50%，預(yù)計(jì)中國(guó)2027年有52GWh潛在替代空間，以0.5元/Wh價(jià)格計(jì)算，2027年潛在市場(chǎng)空間為130.7億元。2027年儲(chǔ)能電池潛在市場(chǎng)空間341.7億元。儲(chǔ)能建設(shè)成本、電價(jià)、電池循環(huán)壽命、充放電深度是影響儲(chǔ)能收益的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)常用磷酸鐵鋰電池，國(guó)外以三元鋰電池為主，但由建設(shè)成本、循環(huán)壽命驅(qū)動(dòng)逐漸轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰。目前鈉離子電池已經(jīng)在充放電深度上相較于磷酸鐵鋰有優(yōu)勢(shì)，另外我國(guó)重要的風(fēng)力資源區(qū)大量位于寒冷地帶或氣候溫差較大，如內(nèi)蒙古、甘肅北部、黑龍江、青藏高原，鈉離子電池的耐低溫特性能發(fā)揮很大作用。隨著改性帶來(lái)的循環(huán)性能提高（中科海鈉鈉離子電芯4500周期容量保持率>83%，接近磷酸鐵鋰電芯）和規(guī)?；慨a(chǎn)持續(xù)降本，鈉離子電池有望在建設(shè)成本、電池循環(huán)壽命兩方面達(dá)到儲(chǔ)能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在我們2021年5月27日發(fā)布的《碳中和至，儲(chǔ)能風(fēng)起》報(bào)告中，我們測(cè)算中國(guó)2027年儲(chǔ)能市場(chǎng)將達(dá)到152GWh。我們預(yù)計(jì)鈉電池首先在儲(chǔ)能上因?yàn)榈统杀緝?yōu)勢(shì)得到滲透，2022年小批量出貨滲透率以示范性項(xiàng)目為主，2023-2027年隨著鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)后價(jià)格快速下降滲透逐步提升，根據(jù)我們測(cè)算鈉電池大規(guī)模量產(chǎn)成本有望降至0.4元/Wh，以0.5元/Wh價(jià)格和鈉離子電池45%的滲透率計(jì)算，2027年潛在市場(chǎng)空間為341.7億元。2027年電動(dòng)工具潛在市場(chǎng)空間58.5億元。電動(dòng)工具主要包括鉆孔機(jī)、沖擊扳手類、角磨機(jī)、鋸類、砂光機(jī)等，工業(yè)、專業(yè)級(jí)產(chǎn)品注重高功率、穩(wěn)定耐用，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品注重性價(jià)比。鈉離子電池有穩(wěn)定的高功率輸出能力、良好的循環(huán)特性、性價(jià)比潛力，并且工作范圍較廣，能適應(yīng)冷天、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，在該領(lǐng)域有良好的滲透潛力。我們認(rèn)為電動(dòng)工具有著需求持續(xù)提升、無(wú)繩化率提升、容量提升、國(guó)產(chǎn)電芯價(jià)格提升向國(guó)際產(chǎn)品價(jià)格看齊等多重趨勢(shì)，我們給予電動(dòng)工具市場(chǎng)未來(lái)10%的平均增速假設(shè)，鈉電池有望在2023年大規(guī)模量產(chǎn)后逐步滲透，按照鈉離子電池2027年30%的滲透率，對(duì)應(yīng)2027年潛在市場(chǎng)空間為58.5億元。鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈：跟鋰電比材料除隔膜外其他有變化，設(shè)備通用鈉離子電池體系與鋰離子電池一致，由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、集流體、結(jié)構(gòu)件等組成，但材料除隔膜外均需要調(diào)整，設(shè)備與鋰電設(shè)備通用。正極材料主要有過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態(tài)材料四種路線，其中進(jìn)展較快的是過(guò)渡金屬氧化物和普魯士化合物；負(fù)極材料主要有金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質(zhì)四類路線，其中進(jìn)展較快的是碳基材料；電解液主鹽由六氟磷酸鋰變?yōu)榱姿徕c；負(fù)極集流體可以從銅箔變?yōu)殇X箔；隔離膜保持原先產(chǎn)品；鈉離子電池產(chǎn)線與鋰離子電池保持一致，無(wú)需額外建設(shè)產(chǎn)線。正極：重點(diǎn)關(guān)注過(guò)渡金屬氧化物和普魯士化合物路線正極材料的選取有五大原則：1）具有較高的比容量；2）具有較高的氧化還原電位，以保證電池具有較高的輸出電壓；3）良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性；4）嵌入化合物需要具有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率；5）資源豐富易得，成本低，制備工藝簡(jiǎn)單。金屬氧化物和普魯士化合物是主流技術(shù)路線。鈉離子電池的正極主要有過(guò)渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態(tài)材料四種路線：1）過(guò)渡金屬氧化物是目前最受歡迎的正極材料，例如磷酸鐵鈉、錳酸鐵鈉、鈦錳酸鈉等，中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源和Faradion主要采用該技術(shù)路線；2）普魯士類材料具有較好的電化學(xué)性能，具備成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但在制備過(guò)程中存在配位水含量難以控制等問(wèn)題，寧德時(shí)代、星空鈉電和NatronEnergy是主要公司；3）聚陰離子型材料穩(wěn)定性和循環(huán)壽命好，化合物族類具有多樣性，但是較低的本征電子電導(dǎo)率，限制了這類材料的實(shí)際應(yīng)用。多家三元正極及前驅(qū)體企業(yè)布局兩類主流正極。目前主流三元正極及前驅(qū)體企業(yè)對(duì)于兩類主流鈉離子電池正極均有布局。容百科技三條路線均有布局，規(guī)劃2023年層狀氧化物正極材料年產(chǎn)能3.6萬(wàn)噸，其中普魯士白材料供貨寧德。振華新材合作寧德時(shí)代，主要布局層狀金屬氧化物體系，生產(chǎn)線與現(xiàn)有三元產(chǎn)線兼容，正處于噸級(jí)送樣階段。格林美擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉的方法、鈉離子電池及其制備方法等多項(xiàng)專利；在普魯士藍(lán)和層狀氧化物等鈉離子電池材料兩大技術(shù)路線均已積累了相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，并有多家下游客戶認(rèn)證中。湖南邦普正在進(jìn)行磷酸鐵鋰生產(chǎn)線改產(chǎn)鈉離子電池中試。中偉股份已具備千噸級(jí)鈉電前驅(qū)體產(chǎn)量。金屬氧化物的核心原材料是錳酸，普魯士化合物的核心原材料是氰化物。過(guò)渡金屬氧化物的主流體系是錳/鐵/鈷/鎳/銅的氧化物，其中錳酸鈉的性能和成本的綜合表現(xiàn)相較其他材料更好，目前發(fā)展較快。錳酸的主流制備路線是用氫氧化鉀或碳酸鉀和二氧化錳，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)二氧化錳企業(yè)包括湘潭電化、南方錳業(yè)、廣西桂柳化工、貴州紅星發(fā)展、西南能礦等。普魯士類材料主要由亞鐵氰化鈉組成，氰化物在工業(yè)中使用廣泛，在油漆、染料、橡膠等行業(yè)應(yīng)用。鈉電池領(lǐng)域?qū)⑹乔杌镂磥?lái)的核心增量。普魯士藍(lán)類化合物無(wú)毒無(wú)害，但其原材料氰化物有毒，所以生產(chǎn)普魯士化合物需要生產(chǎn)資質(zhì)。目前具備氰化物生產(chǎn)資質(zhì)的主要是海外企業(yè)，國(guó)內(nèi)的主要生產(chǎn)商有美聯(lián)新材的子公司營(yíng)創(chuàng)三征、河北誠(chéng)信、重慶紫光化工等公司。負(fù)極：碳基材料是重點(diǎn)方向碳基材料是性價(jià)比最高的鈉離子電池負(fù)極路線。鈉離子電池負(fù)極技術(shù)路線眾多，主要有金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質(zhì)四類路線。碳基材料循環(huán)性能穩(wěn)定，在鈉中的嵌入度高。常見的碳基材料包括硬碳、軟碳、石墨和類石墨，石墨類碳材料主要通過(guò)使碳層膨脹或者選取相比配的電解質(zhì)來(lái)提高材料儲(chǔ)鈉能力。軟碳和硬碳是商業(yè)化最快的碳基負(fù)極。軟碳和硬碳主要區(qū)別在于2800℃的高溫?zé)崽幚硐率欠窨梢猿浞质＼浱己陀蔡贾卸加惺⒕?，石墨微晶石墨無(wú)定形碳中呈現(xiàn)互相平行的堆積狀態(tài)的細(xì)小石墨片，但軟碳內(nèi)部的微晶尺寸更大，具有更高的有序性，軟碳經(jīng)高溫?zé)崽幚頃?huì)充分石墨化，在層間距離和微晶尺寸上的變化速度會(huì)顯著大于硬碳，從而使軟碳內(nèi)部的層間距減小，儲(chǔ)鈉能力大幅降低。硬碳對(duì)鈉離子的儲(chǔ)蓄方式主要是微晶插嵌和微孔吸附，與軟碳相比，硬碳表現(xiàn)出更強(qiáng)的儲(chǔ)鈉能力以及更低的工作電位，更適用于鈉離子電池負(fù)極材料。我們預(yù)計(jì)硬碳是主流材料，主要的負(fù)極企業(yè)均有技術(shù)儲(chǔ)備。硬碳的來(lái)源廣泛，主要包括有機(jī)物的熱解、生物質(zhì)材料、酚醛樹脂等，具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。相比于石墨，硬碳主要是在微觀結(jié)構(gòu)和制備工藝上進(jìn)行改進(jìn)，目前主要的負(fù)極企業(yè)均有技術(shù)儲(chǔ)備，仍以璞泰來(lái)、貝特瑞、中科電氣等負(fù)極廠商為主，其中貝特瑞軟硬碳已有量產(chǎn)產(chǎn)品。華陽(yáng)集團(tuán)從煤基出發(fā)，與中科海鈉合作開發(fā)高溫裂解無(wú)煙煤負(fù)極，儲(chǔ)鈉容量220mAh/