2021 年以來，新能源電動汽車滲透率快速提升，帶動鋰電池需求持續旺盛，上游主要原料之一的碳酸鋰價格連續大幅上漲。碳酸鋰價格重返50萬元/噸之際，鋰電池替代開始重新提上議程。

 

9 月30日，華陽股份發布公告稱，旗下全資孫公司山西華鈉芯能科技有限責任公司投資建設的鈉離子電芯生產線正式投產。寧德時代方面透露，公司正努力推進鈉離子電池在2023年實現產業化。

 

分析人士認為，碳酸鋰價格重返高位將推動鈉離子電池的替代加速，伴隨國內鈉離子電池產線落地投產，2023年或將成為鈉離子電池商業化元年。

 

鈉離子電池落地加速

 

9 月20日，澳洲Pilbara鋰精礦第九次拍賣落錘，較前次成交價上漲近10%，再創歷史新高。在綜合考慮運費、加工費、增值稅等因素后，此次拍賣鋰礦折合成電池級碳酸鋰的成本預計超過50萬元/噸。

 

2021 年以來，新能源電動汽車滲透率加速提升。乘聯會最新數據顯示，2022年1-9月，國內新能源乘用車批發銷量達到434.1萬輛，同比增長115.4%，約占當期乘用車批發銷售總量的25.99%。其中，9月份，國內新能源汽車批發銷量達到67.5萬輛，滲透率接近30%。

 

新能源汽車高速發展背景下，鋰電池需求持續旺盛，其上游主要原料之一的碳酸鋰價格因此連續大幅上漲。數據顯示，2021年6月至今，國內電池級碳酸鋰價格由8萬元/噸一路飆升至50萬元/噸以上，區間漲幅超過500%。10月11日，電池級碳酸鋰價格報收52.35萬元/噸，較年初上漲24.6萬元/噸，區間漲幅88.65%，接近歷史新高。

 

受碳酸鋰價格大幅上漲影響，年初以來，國內鋰電池生產成本持續攀升，下游車企經營壓力驟增。2022年3月起，近20家新能源汽車廠商先后發布提價通知以應對成本增長壓力。

 

鋰資源瓶頸凸顯背景下，鈉離子電池產業化重新提上議程。9月第1周，鈉離子電池指數單周上漲6.51%。9月30日，華陽股份發布公告稱，公司與中科海鈉共同投資開發建設的鈉離子電芯生產線設備安裝調試已完成，公司鈉離子電芯生產線正式投產。據介紹，華陽股份的鈉離子電芯生產線主要生產圓柱鋼殼和方形鋁殼電芯，能量密度約為120Wh/kg到130Wh/kg，項目滿產后將成為國內首條產能達到GW級別的鈉離子電池產線。

 

同時，寧德時代在接受投資者調研時透露，公司正致力于推進鈉電池在2023年實現產業化。2021年7月，寧德時代召開了公司首次全球發布會，正式推出首款鈉離子電池和M3P電池，標志著公司鈉離子電池替代路徑開始逐步進入產業階段。

 

據寧德時代披露，公司鈉離子電池的能量密度是160Wh/kg，常溫下充電15分鐘，電量可達80%以上，與161Wh/kg的磷酸鐵鋰電池能量密度相比，公司現有鈉離子電池體系的能量密度已逼近磷酸鐵鋰電池。

 

在安全性方面，由于鈉離子電池的熱失控起始溫度略高于鋰離子電池，因此電芯層面的安全性有所提升，盡管不能完全杜絕熱失控情形下的爆燃風險，但從目前的電芯穿刺等破壞性實驗看，鈉離子電池實際安全性與磷酸鐵鋰電池基本相近。

 

而在產品成本上，鐵鋰電池對鈉離子電池的性價比優勢在逐步縮小。根據SNE Research發布的2022年上半年全球動力電池市場銷售數據，1-6月，寧德時代動力累計銷售動力電池104GWh，成本約為791.6億元（含儲能業務）。以此計算，寧德時代電池成本約為7.61億元/GWh。

 

根據東吳證券研究報告，目前鈉離子電池處于推廣期，設備工藝不成熟、生產設備不完善、產業鏈不完善，預計當前成本應在0.8-0.9元/Wh以上。東吳證券認為，隨著產業鏈的完善，規模效應顯現以及技術趨于成熟，鈉離子電池成本有望降至0.5元/Wh。與磷酸鐵鋰電池0.7元/Wh的總成本相比，鈉離子電池成本將便宜20%以上；其中，在電芯材料成本方面，鈉電池成本預計比鐵鋰電池低0.1元/Wh，降至0.3元/Wh，便宜25%以上。

 

華泰證券認為，在鋰資源緊張、鋰價持續高位背景下，鈉離子電池戰略意義凸顯，產業鏈建設有望提速。

 

“低”成本競爭

 

中信建投證券在研報中指出，“常規”鈉離子電池立足成本優勢潛力，與磷酸鐵鋰性能指標各有所長，高能鈉離子電池可能在能量密度單一性能指標上超過鐵鋰。盡管目前技術成熟度相對較低，但鈉的地殼豐度大幅高于鋰，碳酸鈉廉價，在能源革命的大背景下，鈉離子電池將迎來以性能較好、成本控制潛力較大為核心競爭力的歷史機遇。

 

資料顯示，鈉離子電池體系與鋰離子電池一致，均由正極材料、負極材料、隔膜、電解液、集流體、結構件等組成，但除隔膜外，鈉離子電池的正極材料、負極材料、電解液體系均與鋰電池有較大差異。

 

在正極材料方面，目前，鈉離子電池的正極主要有過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物、普魯士化合物和非晶態材料四種路線。正極材料的選取需要遵循具有較高的比容量，較高的氧化還原電位，良好的結構穩定性和電化學穩定性，嵌入化合物需要具有良好的電子電導率和離子電導率，資源豐富易得、成本低、制備工藝簡單等原則。

 

鈉離子電池正極材料中，過渡金屬氧化物是目前最受歡迎的正極材料，包括磷酸鐵鈉、錳酸鐵鈉、鈦錳酸鈉等，華陽股份（合作方中科海鈉）投產的鈉離子電池即采用了銅鐵錳層狀氧化物+軟碳路線。同時，普魯士類材料依靠較好的電化學性能、成本低、穩定性好等優點，也成為目前研究的主流方向之一。寧德時代推出普魯士白體系+AB電池以及后續計劃推出的錳基富錳普魯士白體系，均為普魯士類材料路線。

 

東吳證券在研究報告中指出，目前鈉離子電池價格高昂主要是正負極材料及配套的電解液未大規模量產。正極材料中，層狀氧化物價格在15萬-20萬元/噸，僅考慮正極成本，層狀氧化物中碳酸鈉單噸價格不足3000元，以目前碳酸鋰50萬元/噸計，兩者相差超過150倍。

 

從原材料儲量來看，鋰元素在地殼中的儲量占比僅為0.0065%，且分布多位于較偏遠的地區。截至2022年1月，全球探明鋰資源總量約8900萬噸，可開發儲量約為2200萬噸。其中，南美洲可開發鋰資源儲量占全球53%，中國僅占7%，國內鋰資源80%以上依靠進口，對外依存度偏高。與鋰元素相比，鈉元素是地殼中儲量最大的堿金屬元素，地殼豐度約為2.36%，是鋰的360倍以上，且鈉元素具有儲量豐富、價格低廉、分布廣泛的優點，其產品價格相對穩定。

 

根據東吳證券測算，如果使用銅錳鐵元素層狀氧化物體系，鈉離子電池的正極價格將比LFP正極價格便宜一半以上；根據中科海鈉官網數據，在碳酸鋰價格15萬元/噸、碳酸鈉價格2000元/噸的背景下，鈉離子電池材料成本相較鋰離子電池降低30%-40%。最新報價數據顯示，國內電池級碳酸鋰報價52.35萬元/噸，碳酸鈉報價不足3000元/噸，兩者報價相差174.5倍。同時，東吳證券預計，目前普魯士白類正極材料價格在20萬元/噸，未來普魯士白類的理論價格預計可以做到3萬元/噸，較目前降低80%。

 

在負極材料上，目前，鈉離子電池負極技術路線主要有金屬化合物、碳基材料、合金材料、非金屬單質等技術路線。其中，碳基材料因循環性能穩定、嵌入度高等優勢是目前性價比最高的鈉離子電池負極路線。據介紹，碳基材料包括硬碳、軟碳、石墨和類石墨等產品路線，其中軟碳和硬碳是商業化最快的碳基負極。

 

數據顯示，由于現階段供應鏈不完整，國外可樂麗在硬碳技術上保持領先，進口硬碳材料的每噸售價約在20萬元，國產硬碳價格約在8萬-10萬元/噸。但從長期來看，隨著未來硬/軟碳技術的近一步成熟以及產量增長后的規模效應顯現，硬/軟碳的生產成本有望大幅下降。

 

中金公司預計，到2025年，國產硬碳材料價格有望降至6萬元/噸。根據東吳證券測算，目前，國內硬/軟碳的價格預計分別約為8萬元/噸和5萬元/噸，未來成本可降至4萬元/噸和2萬元/噸以下，比現有人造石墨負極價格低30%。

 

此外，除了鈉元素相對鋰元素的成本替代之外，鈉離子電池的成本優勢還表現在集流體材料的選擇優勢方面。由于鋁制集流體在低電位下易與鋰發生合金化反應，從而影響電池的整體性能，鋰電池負極只能使用銅箔，但鈉電池可以在正極負極都使用鋁箔。

 

根據鑫鑼咨詢數據，目前，每GWh三元鋰電池大約需要電池鋁箔300-450噸，每GWh磷酸鐵鋰電池需要電池鋁箔400-600噸。由于鈉電池正負極集流體均采用鋁箔，且負極集流體對鋁箔的需求量高于正極，每GWh鈉電池需要鋁箔700-1000噸，用量是鋰電池的2倍以上。不過，與銅箔相比，鋁箔價格要大幅低于銅箔價格。數據顯示，截至10月10日，國內電池級銅箔（6μm）報價12.35萬元/噸；同期，電池級鋁箔價格約為3.7萬元/噸，與電池級銅箔價格相差近3倍。

 

經測算，相較于鋰電池，鈉離子電池的材料成本分布更為分散，其中正極材料的成本占比從鋰電池的43%下降為26%；負極材料占比由鋰離子電池的11%提升至16%；集流體材料成本占比將由鋰離子電池的10%降至4%。

 

根據東吳證券測算，鈉離子電池可以通過替換正極材料和電解液中的鋰元素、鋁箔集流體替換銅箔以及使用原材料無煙煤硬碳材料替代負極等方式降低原材料成本。

 

當碳酸鋰價格在10萬元/噸以上，鈉離子電池相比磷酸鐵鋰電池具備經濟性優勢。

 

未來市場前景廣闊

 

根據華陽股份披露，相比于鉛酸和鐵鋰電池，鈉離子電池具有價格低廉、安全性能高、高低溫性能優異、充放電速率快等優點，適用于儲能電池、動力電池（輕型電動車、乘用車、重卡等）、備用電池（數據中心、通信電源、UPS等）和汽車啟動等場景，未來市場前景廣闊。

 

中信建投證券認為，現階段鈉電池能量密度主要集中在130-160Wh/kg區間，與磷酸鐵鋰的140-190Wh/kg有部分重疊，隨著產業鏈逐步建成形成規模效應后成本的降低，以及功率、能量密度的優化創新，其有望完全取代錳酸鋰需求、部分替代磷酸鐵鋰需求。

 

中國自行車協會數據顯示，2021年，中國共銷售電動兩輪車4900萬輛。截至2021年年末，中國電動兩輪車保有量約為3.4億輛。在電動兩輪車的總成本構成中，電池成本的占比超過30%，主要為鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池。2021年，中國電動兩輪車電池出貨量接近220GW。

 

根據東吳證券測算，目前，鉛酸電池售價在0.47-0.66元/Wh，由于鈉電池循環壽命是鉛酸電池的3倍以上，理論上鈉電池價格只需低于鉛酸電池的2倍（約0.9元/Wh），兩輪車企業將產生替代意愿。與鉛酸電池相比，鈉離子電池具有耐低溫、輕量化等優勢，當其制造成本低于鉛酸電池和鋰離子電池制造成本時，將在電動兩輪車領域占據絕對優勢。

 

2022 年8月，小牛電動CEO李彥在接受媒體采訪時曾表示，小牛電動正在尋找新的電池技術替代，并且公司計劃于2023年推出旗下首款鈉離子兩輪電動車。

 

根據李彥的介紹，在相同續駛里程下，鈉離子電池雖然比鋰電池重，但是其具有明顯的成本優勢。

 

東吳證券預計，到2022年年底鈉電池擁有GWh以上生產能力時，鈉電池價格有望降至0.8元/Wh，將在兩輪車領域對鉛酸電池形成替代，并且滲透率逐步增加；預計到2027年，鈉離子電池滲透率有望到50%，預計形成52GWh潛在替代空間，以0.5元/Wh的價格計算，2027年潛在市場空間為130.7億元。

 

同時，鈉離子電池的耐低溫特性將在儲能領域獲得部分應用空間。據介紹，建設成本、電池循環壽命、充放電深度以及電價是影響儲能建設收益的幾個關鍵因素。

 

目前，國內常用磷酸鐵鋰電池，國外以三元鋰電池為主，但由于建設成本、循環壽命驅動等因素影響，正逐漸轉向磷酸鐵鋰。

 

與磷酸鐵鋰相比，鈉離子電池在充放電深度上存有優勢，同時其耐低溫特性適用于寒冷地帶或氣候溫差較大地帶，如內蒙古、甘肅北部、黑龍江、青藏高原等重要的風力資源地區。10月10日，中國能建發布公告稱，公司中標三峽能源安徽阜陽南部風光儲基地項目儲能系統EPC總承包工程，該項目是目前華東區域最大的電網側電化學儲能項目，也是目前國內最大的鈉離子儲能電池項目。

 

據介紹，該項目計劃建設300兆瓦/600兆瓦時儲能電站，含270兆瓦/540兆瓦時磷酸鐵鋰電池和30兆瓦/60兆瓦時鈉離子電池，項目預計2023年6月全部投運。

 

東吳證券認為，隨著改性帶來的循環性能提高和規模化量產持續降本，鈉離子電池有望在建設成本、電池循環壽命兩方面達到儲能應用標準。以0.5元/Wh的價格和鈉離子電池45%的滲透率計算，預計到2027年，中國儲能市場將達到152GWh，對應鈉離子電池儲能應用潛在市場空間將達到341.7億元，鈉離子電池全部市場應用規模將達到582.7億元。

 

中信建投證券預計，到2025年，鈉離子電池的市場空間約為30GWh，市場規模接近200億元。