1、鈉電池產(chǎn)業(yè)化加速，有望成為鋰電池的有效補充

1.1

鈉電池原理與鋰電池相似，產(chǎn)業(yè)化可借鑒鋰電體系經(jīng)驗

鈉與鋰化學性質相似，但鋰在電池應用方面更具優(yōu)勢。在元素周期表上鈉與鋰屬于同組金屬，因此鈉的化學性質與鋰相似。但是，鋰作為最輕且電位最負的金屬，在電池應用方面相對鈉有先天的有優(yōu)勢，這也意味著相同的重量，鈉攜帶的電荷比鋰更少?；瘜W性質決定了鈉電池僅是退而求其次的選擇，并非最優(yōu)解。

圖表：鋰與鈉屬于同組金屬，化學性質相似

資料來源：化學元素周期表、中金公司研究部

從工作原理看，鈉電池與鋰電池基本相似，根本區(qū)別在于傳導離子的差異。鈉電池工作原理與鋰電池基本類似，采用搖椅式工作原理，即正負極均為具有儲鈉能力的材料，通過鈉離子在正負極間穿梭并脫嵌以實現(xiàn)能量存儲和釋放的目的。兩類電池體系根本性的區(qū)別為傳導離子的差異(Li+ vs。 Na+)，因兩種離子的離子半徑、溶劑化能力以及電化學勢等不同最終衍生出不同的電池體系。

圖表：鈉離子電池采用“搖椅”式工作原理

資料來源：中科海納官網(wǎng)、中金公司研究部

從電池結構看，鈉電池的主要材料體系也和鋰電類似，可借鑒鋰電產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。鈉離子電池整體結構與鋰電池類似，均包括正極、負極、電解液、隔膜、集流板等基本單元，而且在架構、封裝工藝等方面與鋰電池高度相似，因此可借鑒鋰電池體系的現(xiàn)有經(jīng)驗，實現(xiàn)在電池生產(chǎn)設備、工藝方面的兼容，產(chǎn)線可快速切換。

具體到主要材料，由于核心傳導離子的區(qū)別，鈉電池在正極、負極、電解液、集流體方面與鋰電池均有所差異，但是隔膜材料基本一致：

正極：主要有氧化物類、普魯士藍類、以及聚陰離子類三大類材料，目前中科海鈉、鈉創(chuàng)等企業(yè)采用了O3層狀結構氧化物體系，寧德時代選用了能量密度更高但合成較為困難的普魯士藍體系，其能量密度可達160 Wh/kg，通過對材料體相結構進行電荷重排，解決了容量在循環(huán)過程中快速衰減的問題。

負極：因鈉離子難以像鋰離子般在石墨間自由穿梭，鋰電池常用的石墨負極難以應用在鈉電池上。目前鈉電池負極材料主要有碳材料和鈦氧化物兩大類，其中，寧德時代采用的硬碳材料可讓大量的鈉離子儲存和快速通行，克容量可達到350mAh/g以上且具備優(yōu)異的循環(huán)性能。

電解液：寧德時代開發(fā)了適配鈉電池正負極材料的獨特電解液體系，溶劑方面，鋰電池的溶劑均可與鈉電池兼容；溶質方面，鈉電池中溶質濃度要求更低，鈉鹽更換為NaPF6、NaClO4等。

隔膜：鈉電池隔膜與鋰電池基本沒有區(qū)別，主要包括聚乙烯和聚丙烯等。

集流體：相比鋰離子電池的正極鋁箔、負極銅箔的集流體體系，鈉電池正負極皆可適用鋁箔。

圖表：鈉離子電池主要材料體系以及產(chǎn)業(yè)化程度

資料來源：Yangyang Huang等《Electrode Materials of Sodium-Ion Batteries toward Practical Application》(2018)、Jang-Yeon Hwang等《Sodium-ion batteries: present and future》(2017)、中金公司研究部

1.2

鈉電池已經(jīng)具備一定優(yōu)勢，有望成為鋰電的有效補充

1.2.1

鈉更加低價可得，鋰電材料漲價倒逼產(chǎn)業(yè)化加速

前期鈉離子電池由于負極材料問題開發(fā)相對滯后。鈉離子電池與鋰離子電池均起源于上世紀70年代，并同步發(fā)展出適用于正極的材料。80年代石墨儲鋰機理被發(fā)現(xiàn)，并以此為負極開發(fā)出搖椅式鋰離子電池原型，而鈉離子較鋰離子半徑更大，無法以石墨作為鈉離子電池負極，這也成為兩類電池發(fā)展的轉折點。這一發(fā)展差異隨著90年代Sony將鋰離子電池商業(yè)化進一步拉大，世界對鈉離子電池的相關領域的研究投入大幅降低。2000年，適用于鈉離子電池的硬碳負極終于被開發(fā)，但此時鋰電替代需求不足，鈉電飽受性能不如鋰電的詬病，同樣未得到大發(fā)展。

圖表：鈉電池和鋰電池發(fā)展歷程對比

資料來源：Kudakwashe Chayambuka等《From Li-Ion Batteries toward Na-Ion Chemistries: Challenges and Opportunities》(2020)，中金公司研究部

我們認為，鋰價的上行帶來的成本焦慮和鋰資源緊缺帶來的供應安全焦慮，是電池企業(yè)加快鈉電池產(chǎn)業(yè)化的兩大主要驅動力：

一是鋰價上漲帶來鋰電池企業(yè)成本焦慮。2020年中至2021年整體鋰行業(yè)經(jīng)歷大幅度的供需抽緊，導致電池級碳酸鋰價格由2020年底部的3.95萬元/噸增長至目前(2021年8月3日)的9.10萬元，上漲幅度高達130%，電池企業(yè)壓力陡增，根據(jù)我們測算，假設其余成本不變，僅碳酸鋰價格上漲就帶動鋰電池原材料成本增加約5%。從長期看，我們預測隨著新能源汽車市場的發(fā)展，至2025年全球鋰需求將迎百萬噸級需求增量，而鋰資源項目的開發(fā)更具不確定性，或難以匹配需求增長的速度和量級，未來鋰價抬升的預期進一步增加了電池企業(yè)的成本焦慮。

圖表：2020年底部至今鋰價漲幅達到130%

資料來源：亞洲金屬網(wǎng)、中金公司研究部

圖表：鋰價上漲增加動力電池企業(yè)成本

資料來源：高工鋰電、中金公司研究部

二是全球鋰資源分布不均，中國鋰原材料對外依賴程度高加劇供應安全焦慮。鋰資源的供給風險根源于全球資源分布不均的格局，中國鋰資源儲量雖位居全球第六，但是以青藏高原的鹽湖鹵水為主，優(yōu)質硬巖鋰礦相對稀缺。這導致中國鋰鹽廠原材料高度依賴進口，根據(jù)我們測算，2020年國內(nèi)約74%鋰鹽供給的原材料來自進口澳礦，原材料供給對外依賴程度高且供給來源高度集中。因此基于原材料供給安全的考慮，電池廠也有動力尋找鋰資源的替代選項。

圖表：2020年全球已探明鋰資源儲量分布

資料來源：USGS、中金公司研究部

圖表：2020年全球鈉資源產(chǎn)量分布

鈉電池原料更加低價可得，迎來加速產(chǎn)業(yè)化契機。相比鋰資源，鈉資源在地殼中具有高達2.75%的豐度(鋰資源僅0.0065%)，且在礦石、鹽湖、海水等中均有廣泛的分布。由于材料體系的差異，鈉離子電池在正極、負極、電解液、集流體等原材料方面均可不同程度的實現(xiàn)降本，根據(jù)中科海納估計，Gu-Fn-Mn基鈉離子電池原材料成本僅(0.29元/Wh)，相比磷酸鐵鋰(0.43元/wh)具有明顯的成本優(yōu)勢，預計實際原材料成本將相對磷酸鐵鋰/石墨體系鋰電池降低30%-40%。

圖表：鈉電池原材料成本相比磷酸鐵鋰電池降低30%-40%

資料來源：中科海納官網(wǎng)、中金公司研究部

1.2.2 鈉電池部分性能具備一定優(yōu)勢，但應用于主流動力場景仍存瓶頸

鈉電池相對鉛酸電池已經(jīng)體現(xiàn)出全面性能優(yōu)勢，短期鉛酸替代將是主戰(zhàn)場。從具體指標看，相比鉛酸電池，鈉離子通過整個體系的原材料降本，產(chǎn)業(yè)化后單位能量原材料成本可以做到0.29元/Wh，低于鉛酸電池(0.40元/Wh)，且在能量密度、循環(huán)壽命、低溫性能以及環(huán)保性等方面全面優(yōu)于鉛酸電池。我們認為，鈉電池有望在兩輪車、小動力以及低端儲能領域對鉛酸電池形成替代，短期內(nèi)將是其需求的主戰(zhàn)場。

圖表：各電池體系性能對比

資料來源：《鈉離子電池：從基礎研究到工程化探索》、SMM、鉅大鋰電、中金公司研究部

相比磷酸鐵鋰電池，鈉電池在主流動力場景仍存在瓶頸。根據(jù)《鈉離子電池：從基礎研究到工程化探索》，鈉離子電池相對鐵鋰的優(yōu)勢主要體現(xiàn)于兩個方面，一是成本優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)化后預計其單位原材料成本顯著低于磷酸鐵鋰(鈉電池：0.29元/Wh；磷酸鐵鋰電池：0.43元/Wh)，二是低溫性能，在零下20度的環(huán)境下，鈉電池的低溫保持率(88%)高于磷酸鐵鋰(70%)，或使其在特定應用場景下對磷酸鐵鋰形成替代。但是，從能量密度方面，鈉電池(100-160Wh/Kg)的峰值僅達到磷酸鐵鋰(150-220Wh/kg)的下限，循環(huán)壽命(1000-2000次)也顯著低于鐵鋰，將成為制約鈉電池在主流動力電池領域應用的主要瓶頸。

三元電池主要應用于高端動力以及儲能領域，鈉電池難以直接競爭。我們認為相比三元電池，鈉離子電池在能量密度上存在明顯瓶頸，難以應用于高端動力領域，因此對于三元電池需求難以產(chǎn)生直接影響。

2、短期看，鈉電池對鋰需求影響有限，不改鋰供需走向緊缺趨勢

2.1

從主要應用場景看，鈉電池對鋰需求影響有限

短期鈉電池潛在需求將集中于兩輪車、小動力、低端儲能三大領域，對鋰需求影響有限。鈉電池性能全面優(yōu)于鉛酸電池，我們認為，2021-2022年鈉電池將以鉛酸替代為主要需求場景，目前中科海納已有鈉電池儲能系統(tǒng)正式運行。考慮到寧德時代預計2023年初步形成鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈，其第一代鈉電池能量密度(160Wh/kg)已經(jīng)與磷酸鐵鋰(150-200Wh/kg)的下限接近，且部分性能相對鐵鋰具有一定優(yōu)勢。因此我們認為隨著規(guī)模效應逐步增強，鈉電池在部分場景下將對鐵鋰需求形成有效補充，但仍然難以應用于主流動力場景。

2.1.1

電動兩輪車

我們認為鈉電池相對傳統(tǒng)鉛酸電池優(yōu)勢明顯，有望復刻鋰電池對于鉛酸替代的路徑。電動兩輪車領域電池以鉛酸電池為主，而2020年開始磷酸鐵鋰已相對鉛酸電池具備成本優(yōu)勢，實現(xiàn)對鉛酸電池的大規(guī)模替代。根據(jù)鑫欏資訊和高工鋰電數(shù)據(jù)，2020年中國電動兩輪車產(chǎn)量3385萬輛，其中鋰電兩輪車為970萬輛，占比26.6%，相比2015年提升了22.9%。我們認為鈉電池相對鉛酸電池在成本等方面優(yōu)勢更為明顯，有望逐步形成對鉛酸電池的替代。

圖表：鈉電池在電動兩輪車領域對鋰需求影響測算

資料來源：鑫欏資訊、The confederation of the European bicycle industry、EBWR、中金公司研究部

我們預計未來五年鈉離子電池潛在市場空間在17.84Gwh，2025年對鋰需求影響約0.10萬噸。

1)全球電動車銷量：我們以國內(nèi)電動車銷量為基礎，根據(jù)中國電動兩輪車全球占比超過80%計算，預計全球新能源汽車銷量將從2021年的5627萬輛增長至2025年的9178萬輛，對應CAGR為10%；

2)鈉電池滲透率：參考鋰電池在兩輪車領域的變化，我們假設未來五年鈉電池的滲透率逐步提升至27%；

3)替代比例：假設2021-2022年鈉電池需求增量全部替代鉛酸電池，2023年開始逐步對磷酸鐵鋰電池形成替代。

2.1.2

小動力領域

在小動力領域，我們預計未來五年鈉離子電池潛在市場空間在25.96Gwh，2025年對鋰需求影響約0.04萬噸。

1)分車型銷量測算：我們預計2021-2025年電動三輪車、微型四輪車、A00級車型銷量增長CAGR分別為42%、0%、4%；

2)鈉電池滲透率：我們假設2021-2025年鈉電池的滲透率逐步提升至27%；

3)替代比例：小動力領域普遍對能量密度要求不高，且對價格相對敏感，鈉電池應用具備一定優(yōu)勢，我們假設2021-2022年鈉電池需求增量主要替代鉛酸電池，2023年開始逐步對磷酸鐵鋰電池形成替代。

圖表：鈉電池在小動力領域對鋰需求影響測算

資料來源：中汽協(xié)、三車快訊、GGII、中金公司研究部

2.1.3

儲能領域

在儲能領域，我們預計未來五年鈉離子電池潛在市場空間在65.20Gwh，2025年對鋰需求影響約3.72萬噸。

1)全球電化學儲能新增裝機規(guī)模：我們預計全球電化學儲能裝機規(guī)模將從2021年的47.2Gwh增長至2025年的326.0Gwh，對應CAGR為10%；

2)滲透率：儲能需求對于能量密度要求相對較低，鈉離子電池在成本方面優(yōu)勢明顯，目前中科海納已經(jīng)有鈉電池儲能系統(tǒng)投入運行，另外，考慮到鈉電池優(yōu)異的低溫性能，或滿足部分特定場景下的儲能應用，我們假設2021-2025年鈉電池的滲透率逐步提升至20%；

3)替代比例：根據(jù)CESA，2020年新增電化學儲能裝機中以鋰電池為主，鉛酸及其他電池僅占3%，因此我們假設2021年開始電化學儲能裝機中鈉電池在儲能領域的需求增量皆為替代鐵鋰需求。

圖表：儲能領域鈉離子電池對鋰需求影響測算

資料來源：IEA、BNEF、GGII，中金公司研究部

2.2

2021-2025供需平衡：鈉電池擾動無憂，不改鋰供需走向緊缺趨勢

綜合考慮上述應用場景，我們認為2021-2025年鈉電池對鋰需求影響有限。綜合鈉電池在兩輪車、小動力和儲能領域的潛在需求空間測算，我們預計鈉電池2025年潛在市場空間在90.05Gwh，考慮各領域對磷酸鐵鋰電池的替代情況，對應鋰整體供需的影響不超過3.86萬噸LCE，占2025年總需求比例僅2.61%。

圖表：考慮鈉電池影響后2021-2025年鋰供需平衡

資料來源：Marklines、中汽協(xié)、中金公司研究部

鈉電池不改鋰供需走向緊缺趨勢，鋰系產(chǎn)品價格中樞有望維持更高水平。全球新能源轉型驅動鋰需求進入新一輪增長周期，動力和儲能電池將貢獻主要需求增量，我們預計2021-2025年全球鋰需求增速將高達36%，考慮到鈉電池影響有限，鋰需求仍具備高增速及高確定性。相對而言，鋰資源端的開發(fā)進度或難以匹配需求增長的速度和量級，我們預計2021-2025年全球鋰供給增速將達到33%。

我們認為，鈉電池的推出不改全球鋰供需走向緊缺的行業(yè)趨勢，而鋰系產(chǎn)品價格亦有望維持更高的價格中樞，我們預計2021-2025年鋰行業(yè)供需分別為+3.54萬噸、+4.54萬噸、+0.07萬噸、-1.89萬噸、-4.82萬噸。

圖表：2019年至今(2021年7月31日)鋰系產(chǎn)品價格

資料來源：亞洲金屬網(wǎng)、中金公司研究部

3、從長期看，鈉電池產(chǎn)業(yè)化不改鋰需求剛性

我們認為，從長期看，鈉電池仍存在能量密度和循環(huán)壽命兩大主要瓶頸，將限制其在主流動力以及儲能領域的應用：

一是能量密度瓶頸，未來可能通過AB電池解決方案有所突破，但仍需與鋰電池共用。一般來講，目前的鈉離子電池能量密度主要在100-150Wh/kg的區(qū)間，而寧德時代在電池集成系統(tǒng)方面進行創(chuàng)新，開發(fā)了AB電池系統(tǒng)解決方案，將鈉電池與鋰電池按照一定比例進行混搭，集成到同一個電池系統(tǒng)中，以解決鈉電池在能量密度上的短板。基于電池以及材料體系的突破，寧德時代第一代鈉電池能量密度可以達到160Wh/kg，而下一代鈉電池能量密度的目標高達200Wh/kg以上，我們認為這也意味著鈉離子電池要突破能量密度的瓶頸，應用于更高端的需求領域，仍需鋰電池的助力。

圖表：各電池體系能量密度對比

資料來源：國軒高科、中科海納、寧德時代官網(wǎng)、中金公司研究部

圖表：寧德時代開發(fā)AB系統(tǒng)解決方案

資料來源：寧德時代、中金公司研究部

二是循環(huán)壽命瓶頸，將限制其在乘用車以及儲能領域的應用空間。寧德時代在發(fā)布會上并未披露具體的循環(huán)壽命次數(shù)，而目前鈉電池循環(huán)壽命僅1000-2000次(鋰電池循環(huán)壽命普遍在3000次以上)，難以滿足消費者對于新能源汽車在使用期內(nèi)保持合理電池容量的要求，也難以滿足儲能領域逐步增長的使用壽命要求(目前普遍要求大于10年)，鈉電池的循環(huán)壽命仍需走出實驗室，經(jīng)歷完整系統(tǒng)的檢驗。因此，我們認為在主流動力及中高端儲能領域，循環(huán)壽命將成為鈉電池應用的瓶頸。

圖表：2021-2025年各領域鋰增長CAGR

資料來源：Marklines、中金公司研究部

圖表：2021-2025年全球鋰需求結構

資料來源：Marklines、中金公司研究部

從長期看，鈉電產(chǎn)業(yè)化不改鋰需求剛性。鋰在電池領域的需求剛性本質上由其化學性質決定，作為最輕且電位最負的金屬，鋰是先天的電池金屬，而鈉離子電池僅是在當前環(huán)境下退而求其次的選擇。目前來看，鈉電池能量密度以及循環(huán)壽命方面的存在明顯瓶頸，將限制其在主流動力以及儲能領域的應用，而如何實現(xiàn)兩大性能的共同提升也成為技術發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。我們認為未來動力領域以及儲能領域的電池需求，將是鋰需求增長的主要驅動力，而鈉電池的產(chǎn)業(yè)化不改鋰的需求剛性，也難以實質性撼動鋰的需求增長。

4、投資建議

鈉電池產(chǎn)業(yè)化不改鋰價進入大牛市的行業(yè)趨勢，我們認為2021-2025年全球鋰供需有望抽緊并逐步走向緊缺。在整體供需邏輯之下，建議關注符合四條結構性邏輯的機會：

一是資源為王，鋰精礦價格正在迎來加速上行，高資源自給率或有資源并購潛力的企業(yè)或將顯著受益。

二是供給可控，考慮到中國鋰資源對外依存度高以及海外資源供應風險上升，布局國內(nèi)優(yōu)質鋰資源以及海外供給風險可控的鋰資源的企業(yè)或將迎來戰(zhàn)略性重估。

三是氫氧化鋰，結構性的供需抽緊將強化氫氧化鋰上行邏輯，氫氧化鋰主要供應商以及具備擴產(chǎn)預期和能力的企業(yè)有望實現(xiàn)量價齊升。

四是鹽湖提鋰技術的外溢，青海主要鹽湖提鋰工藝已經(jīng)基本穩(wěn)定，并通過技術進步向更大規(guī)模和更優(yōu)質量迭代，而其提鋰技術有望逐步外溢至西藏及海外，帶來當?shù)貎?yōu)質鹽湖資源實現(xiàn)更高效率開發(fā)的契機。