钠电池:最新风口!百亿市场!三板起步

2023-03-09 投资快报

【附股,重点!!】钠电池:最新风口!百亿市场!三板起步!

引领新能源**!钠离子电池或成我国能源超车新赛道

随着全球新能源产业的迅猛发展,引发了各国对上游锂资源的争夺战。我国是锂消费大国,也是锂资源大国,但受到生产工艺的制约,产量远不能满足需求,对外依存度达58%以上。为了解决我国的锂资源高度进口依赖,且锂资源牢牢把控在发达国家手上的尴尬局面,开发不依赖于稀有资源、成本较低的储能电池技术成为解决我国锂资源困境的重要举措,因此与锂离子电池技术最接近的钠离子电池又重新成为了化学电池研究的重要方向。目前钠离子电池已经取得了初步示范应用成果,如电动自行车、低速电动车、储能电站等。

钠离子电池已经取得了初步示范应用成果

资料来源:中信建投

钠离子电池成本优势明显,有望在储能领域应用

在研究历程上,钠离子电池和锂离子电池的技术路线有着几乎同步的起点,但是上世纪九十年代锂离子电池商用化的顺利进行反向抑制了钠离子电池技术路线的发展。随着研究的不断深入,研究者发现钠离子电池不仅具有钠资源储量丰富、分布广泛、成本低廉、无发展瓶颈、环境友好和兼容锂离子电池现有生产设备的优势,还具有较好的功率特性、宽温度范围适应性、安全性能和无过放电问题等优势。且钠离子原理跟锂电池完全一样,工艺也基本一样,只是金属元素性质上存在一些差别,转换成本低,因此钠离子电池成为一个顺理成章的替代选择。

锂/钠离子电池的特点及应用领域对比

资料来源:网络资源

其特点具体包括:①钠资源储量丰富,分布均匀,成本低廉;②钠 离子电池与锂离子电池的工作原理相似,与锂离子电池的生产设备大多可兼容;③由于铝和钠在低电位不会发生合金化反应,钠离子电池正极和负极的集流体都可使用廉价的铝箔;④在固态电池中,可设计双极性电极,在同一张铝箔两侧分别涂布正极和负极材料,将这样的极片周期堆叠,在一个单体电池中实现更高电压,并可节约其他非活性材料以提高体积能量密度;⑤钠离子的溶剂化能比锂离子更低,即具有更好的界面离子扩散能力;⑥钠离子的斯托克斯直径比锂离子的小,相同浓度的电解液具有比锂盐电解液更高的离子电导率,或者更低浓度电解液可以达到同样离子电导率;⑦根据目前初步的高低温测试结果,钠离子电池高低温性能更优异;⑧在所有安全项目测试中,均未发现起火现象,安全性能更好。

纳离子电池的研究现状

从化学电池的循环寿命,能量密度,倍率性能等技术维度去看,目前纳离子电池的技术水平大约等同于14年锂离子电池的水平。如今我们已经可以做到每公斤的单体能量面120wh电池的能量密度,循环寿命接近3400,工艺进一步成熟,未来有望突破4400~5000次循环。

而宁德时代作为新能源电池的龙头,进年来技术水平不断获得突破,10年前其动力电池循环寿命只有500~800次,目前能做到8000-10000次,而其钠离子电池方向也取得重大突破,据董事长曾毓群透露,今年7月份左右将发布钠电池,这意味着,电池技术将迎来一次重大革新。

研究工作制备电池在混合工况下的循环次数

资料来源:中信建投

超高性价比,钠离子电池有望取代锂电产业链中的低端需求

正极、负极、电解液是钠离子电池的三大要素,其核心定位是性价比,材料体系具有低成本属性。

正极方面,和锂离子电池正极不同,钠离子电池的高价态过渡金属选择多为铜、铁、镍、锰等,也有锂掺杂手段使用。充放截止电压多在 2.5-4.2V 范围,比容量在 70-130mAh/g 之间(相对高比容量体系的电压稍低)。前瞻性的研究还包括引入晶格氧、类似富锂正极的“富钠”正极材料(首次比容量超过 200mAh/g)构建等。

几种铜基氧化物正极材料的典型首充放电曲线

资料来源:中信建投

负极方面,和在锂离子电池中的行为不同,石墨在含有碳酸酯电解液的钠离子电池中的可逆比容量却不足 50 mAh/g,不足以作为质优价廉的负极材料。相比之下各类无定型碳材料的可逆比容量在 200-400mAh/g,甚至还有进一步的提升空间。

几种无定形碳负极材料的典型首周充放曲线

资料来源:中信建投

电解液设计在电解液设计方面,锂离子电池和钠离子电池基本是相同的,可以采用同样的溶剂,两者的主要区别体现在盐的选择上,在锂离子电池电解液中主要是采用六氟磷酸锂,而在钠离子电池中则主要是采用六氟磷酸钠。但是目前高纯六氟磷酸钠在**上具有显著优势,仅为高纯六氟磷酸锂**的1/4左右。

长期来看,新能源大潮已势不可挡,锂离子电池作为主力军,但由于各种**,锂离子电池无法同时支撑电动汽车和规模储能两个巨大市场。在众多电化学储能技术中,钠离子电池具有资源丰富、低成本、高安全、转换效率高、灵活方便易于集成、响应速度快、免维护等优点,因此是规模储能的理想选择之一。由于巨大的储能市场及产业需求推动,结合我国完善的锂离子电池产业链,钠离子电池已然具备了在我国率先实现产业化和商业化的条件。

【重点!!】标的梳理:

①宁德时代(300750):公司2020年成立21C创新实验室在福建宁德正式奠基,实验室投资额为33亿元,专注于金属锂电池、全固态电池和钠离子电池等下一代电池研发,将于今年7月份左右发布钠电池。

②欣旺达(300207):正在研发钠离子电池前沿产品,已对相关的阶段性技术成果进行了专利布局。

③圣阳股份(002580):与院士工作站等单位联合开发的高环保、高循环性钠离子电池已通过实验阶段,进入样品测试,测试结果符合预期目标,效果良好。

④道氏技术(300409):有钠离子电池及其制备方法的专利。

⑤百利电气(600468):拥有钠镍技术的电池产品及相关能源储存和备用能源产品。

⑥中盐化工(600328):目前公司金属钠的产能已经达到4.8万吨,位居全球第一,而且是国内电耗最小,成本最低,质量**的生产企业,金属钠产品国内市场占有率高达42%。公司金属钠生产工艺采用美国杜邦先进技术,较国内其他制钠企业生产工艺成熟可靠。

越声理财投研部

2021.05.23

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