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钠离子电池负极行业深度报告负极材料产业化

发布时间:2025/5/18 12:27:16   

(报告作者:国海证券分析师李航、邱迪)

钠电产业化在即,负极材料成为行业发展关键。目前储能行业高景气需求激增,但是锂资源开发较慢、储量不足导致其价格上升,在未来锂资源供需紧平衡的情况下,钠电池产业化进程有望迎来加速发展。而钠离子电池的正负极材料决定其电池性能,其中负极材料国内企业布局较少,同时相对价格更高,例如国内无定形碳材料的成本约为8-20万元/吨,行业壁垒较高。

一、钠离子电池负极概况:钠电产业化在即,硬碳负极成为行业发展关键

钠离子电池:核心资源可控,年为其产业化元年

全球锂资源短缺,钠离子电池应运而生。目前新能源转型策略是全世界的发展共识,新能源过去几年的高景气发展催生了较多的电池需求。目前电化学电池主要以锂电池为主,但是锂资源开发较慢、储量不足导致其价格上升,在未来锂资源供需紧平衡的情况下,钠电池产业化进程加速。钠在地壳中的储量丰富,约占2.36%,资源含量比锂高多倍,开采更加容易,核心资源更加可控。但是钠电池相比锂电池能量密度更低,循环次数较低,因此其主要应用于储能及电动两轮车领域。

行业龙头积极推动钠电产业发展,年为钠电产业化元年。年宁德时代将钠离子电池视为其未来发展的重大战略,首代钠离子电池将选取普鲁士白材料作为重点,其电芯单体能量密度高达Wh·kg-1,并宣布将于年形成钠离子电池产业链。同时多家企业例如中科海钠、浙江钠创等公司对钠离子电池发展也都极为重视,仅原材料上,中科海钠就能把电池成本降低约30%。根据传艺科技公告,其钠离子电池项一期产能拟于年年底前完成厂房及中试线的建设施工和产品中试,并于年初完成产能投产,整体看钠电的产业化进程较快。

正负极材料决定钠离子电池关键性能,成本占比较高

钠离子电池正负极材料决定其主要性能,价值量较高。钠离子电池主要由两种不同的钠嵌入型材料(正极材料、负极材料)、电解液、隔膜等关键部件组成。充电时,钠离子从正极材料中脱出,经过电解液,隔膜,最后嵌入到负极材料;与此同时,电子经外电路从负极流向正极。放电过程则与充电过程相反。可以看出钠离子电池的工作原理和锂离子电池基本类似,也是一类“摇椅式电池”。

钠离子电池正、负极材料体系在电池产品中起决定性因素,电解液/隔膜主要与正、负极材料体系进行选择匹配使用,因此,正、负极材料体系也直接决定了电池最终的性能指标。根据《高功率高安全钠离子电池研究及失效分析》,以NaCRP圆柱钠离子电池为例,材料和制造成本各约占75%和24%,管理费用等约1%。而在原材料成本中:正极成本占其35%,负极成本约占10%,电解液和隔膜成本分别约占11%和7%,其他装配物料成本约占37%。制造成本中人工成本、设备折旧、能源消耗以及质量/环境成本又分别约占总成本的比例的8%、9%、5%、2%。整体看,钠离子电池正负极材料成本约占电芯成本一半左右,价值量较高,行业壁垒相对更高。

钠电负极目前以硬碳为主,行业壁垒相对更高

从产业化进程看,钠离子电池负极材料国内布局较少,行业壁垒相对更高。目前钠离子电池的正极材料主要为层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物,层状氧化物工业化生产技术可以直接沿用锂离子电池的生产工艺,因此其产业化程度更高,传统锂电正极材料企业可以快速布局。而负极材料主要以碳基材料(软碳/硬碳等)、合金类材料、过渡金属化合物和有机化合物为主,由于硬碳材料具备储钠比容量较高、储钠电压较低、循环性能较好等诸多优势,所以其产业化进展较快。

目前日本可乐丽为硬碳的主要生产厂商,国内公司如宁德时代、中科海钠、璞泰来、翔丰华等公司研发布局硬碳材料,但是产业化进程相比正极材料较慢。同时硬碳单位成本更高,目前国内无定形碳材料的成本约为8-20万元/吨,相对正极材料而言,其盈利能力相对更好。其余原材料(如隔膜、铝箔、极耳、粘结剂、导电剂、溶剂及外壳组件等)可直接借用锂离子电池业已成熟的商业化产品,相对行业壁垒较低。

钠电负极目前以硬碳为主,行业壁垒相对更高

钠离子电池负极材料应当尽量满足工作电压低、比容量高、结构稳定(体积形变小)、首周库仑效率高、压实密度高、电子和离子电导率高、空气稳定、成本低廉和安全无毒等特点。目前钠离子电池负极材料主要包括碳基、钛基、有机类和合金类负极材料等。目前常见的碳基材料包括石墨、石墨烯、硬碳、软碳等。由于钠离子的半径为0.nm,远大于锂离子的半径(0.nm),致使钠离子在石墨层间的脱嵌过程极易破坏石墨的结构,因此石墨较难作为钠电负极的材料。

无定形碳负极材料因资源丰富、结构多样、综合性能优异,被认为是最有应用前景的钠离子电池负极材料。硬碳也称为不可石墨化碳,因其高比容量和易合成而得到了广泛的

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