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重磅 | 深度系列二,开源能源】携手中科海钠,钠离子电池业务为公司贡献新成长
春韭369
中线波段的机构
2022-07-24 15:13:59

摘要

公司携手中科海钠,钠电池业务有望打造第二成长曲线

考虑钠离子电池具备多种优势,未来需求空间广阔,公司携手行业翘楚中科海钠优势互补,技术路线以铜基层状氧化物正极+碳基负极为核心,凸显全面成本优势,未来钠电业务有望为公司贡献新成长。我们维持预计2022-2024年实现归母净利润60.7/65.6/75.0亿元,同比增长71.8%/8.1%/14.2%;EPS为2.52/2.73/3.12元,对应当前股价PE为6.8/6.3/5.5倍,维持“买入”评级。

钠离子电池具备较高性价比,未来有望替代铅酸电池并和锂电池形成互补,2030年规模或增至约120GWh

钠离子电池是一种摇椅式二次电池,能量密度已达到100-150Wh/kg,循环次数2000以上,高低温适应性强且降本空间大,未来有望替代铅酸电池并和锂电池形成互补。由于我国锂资源储量不高、依赖进口,近年来碳酸锂价格不断上涨,致使锂电池制造商压力倍增,也间接推动钠电池发展。钠离子电池未来应用场景主要在低速车、储能领域。我们测算2025/2030年钠离子电池在低速车领域的需求为16/51GWh;在电力储能领域2025/2030年新增需求量分别为19/ 68GWh。

龙头公司技术研发共性基础上彰显局部创新,行业布局整体处于商业化初期

钠离子电池电解液和隔膜基本沿用锂离子电池体系,创新差异主要体现在正极材料上,主要分为过渡金属氧化物、普鲁士蓝、聚阴离子三种,代表企业分别为中科海钠、宁德时代、众钠新能源等。目前行业产能布局整体处于商业化初期。

公司与中科海钠合作关系紧密、优势互补,技术路线与投产进度均有优势

公司与中科海钠合作关系紧密,双方研发优势形成互补,公司及集团合计持有中科海钠15.53%股份(截至2022Q1),为第二大股东。双方合作选取铜基层状氧化物+软碳负极的技术路线成本优势明显;产能落实节奏明显提升,根据公司及集团官方网站公布,预计公司1GW规模Pack电池生产线及电芯厂将于2022Q3投产,并有望在未来扩大至10GW。

风险提示:(1)新建产能不及预期风险(2)新业务转型进度不及预期

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钠离子电池具备多种优势,具备较高性价比

钠离子电池具备不俗的能量密度、高安全、高适应性等特性

钠离子电池(SIBS)是一种摇椅式二次电池,工作原理与锂离子电池类似。但不同之处在于,其主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作。在放电过程中,电池内部负极Na+穿过电解液到达正极,外部电路中电子从负极流向正极,正极中过渡金属得电子价态,充电过程则相反。

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钠离子电池能量密度、循环次数高于铅酸电池,较锂电池也有竞争力。相较于传统铅酸电池30-50Wh/kg的能量密度,钠离子电池已经达到100-150Wh/kg的能量密度,约为传统铅酸电池能量密度的2-5倍,与锂电池的 120-200Wh/kg相比也有一定竞争力;在循环寿命方面,目前技术水平钠电池寿命已经达到 2000次以上,超过铅酸电池300次的循环次数,未来有望取代铅酸电池在电动低速车的地位。

钠电池性能优异,具备高倍率性能及优秀的高低温性能。近些年,研究人员通过对钠电池正极材料进行改性,如改变材料尺寸和导电中间相以提高电极反应动力,大幅提高了钠电池的倍率性能,充电时间得以控制在10分钟左右。而三元锂电池即使是在直流快充的加持下,将电量从20%充至80%仍需30分钟,磷酸铁锂需要45分钟左右。相较于其他电池,钠离子电池可适应的温度区间更大,可在-40℃到80℃的温度区间内保持正常工作,即使在零下20摄氏度依然拥有90%以上容量保持率,而铅酸电池和锂电池在此温度下保持率分别小于60%、70%。

安全、环保方面钠电具备较强竞争优势。安全性方面,由于钠离子电池内阻相对较高,发生短路时的瞬间发热量相对锂电池小,温升相对较低,具备更高安全性;同时,钠电中正负极都采用铝箔,电池的结构和组分更简单,也更易于回收再利用,使钠电池具备绿色环保性质。相比之下,铅酸电池中含有的铅、酸成分会对环境造成污染,因此环保性较差。

钠电池成本优势凸显潜力。根据中科海钠团队研究,钠离子电池(铜基软碳体系)原材料成本为0.29元/Wh,锂电池(磷酸铁锂/石墨体系)成本为0.43元/Wh,铅酸电池成本为0.4元/Wh(不考虑回收条件下)。总的来看,钠离子电池材料成本较锂电池(磷酸铁锂/石墨体系)降低约30-40%。

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未来主要应用场所为大规模储能以及低速交通工具。由于钠离子电池具备可观的能量密度、优秀的倍率性能以及显著的成本优势,在新能源电池同行中性价比较高,未来将被应用至大规模储能以及低速交通工具领域。其中,大规模储能主要包括风力电站、太阳能电站以及家庭储能;低速交通工具主要包括物流车、农具车、电动车以及电动船。

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其它电池发展受限:铅酸电池将被替代,锂电池成本大增供给承压

铅酸电池:能量密度低或将面临强制淘汰

国家出台电动自行车新标准,铅酸电池未来或将被逐步淘汰。2019年4月,我国出台《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准,规定电动自行车的整车质量(含电池)不高于55kg,车辆蓄电池系统能量密度不应低于70Wh/kg,而铅酸电池的能量密度一般只有30-50Wh/kg,因此未来铅酸电池在电动两轮车领域可能会被逐步淘汰。

近年来我国铅酸电动车渗透率不断下降。2016年至2020年,我国电动两轮车保有量从2.3亿辆增加至3.2亿辆,年均复合增速为9%。2016年-2021年,我国铅酸两轮电动车渗透率从94.6%下降至73%,而锂电池渗透率从5.4%上升至27%。预计未来随着电动自行车新标准的不断落实,铅酸电动车保有量会持续减少,并且该部分市场需求有望被锂/钠离子电池替代。

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锂电池:资源有限且价格大幅上升,电池供给端承压

锂资源在地球上的储量低且总量增长缓慢。地壳中钠储量达到2.74%,而锂储量仅为0.0065%。2017年全球锂矿储量为1600万公吨,直至2021年储量增长至2200万公吨,四年CAGR为8.3%。其中,锂矿储量第一的智利近年来储量增长缓慢,2017年锂矿储量为750万公吨,2021年增长至920万公吨,四年CAGR为5.2%。2021年我国矿产储量为150万公吨,居全球第四位。

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全球锂矿资源分布不均,超过75%的锂资源分布在南美洲地区。根据美国地质调查局数据,2021年锂矿储量排名前五的国家分别为智利、澳大利亚、阿根廷、中国和美国,锂矿资源储量分别占比41.8%、25.9%、10.0%、6.8%以及3.4%,锂资源主要分布于南美洲地区,智利、澳大利亚以及阿根廷三个国家锂矿资源储量合计占到全球总储量的77.7%。

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近年我国锂矿产量增速总体保持下滑趋势,在全球总产量中占比较低。2019-2021年,我国锂矿产量分别为1.08、1.33以及1.4万公吨,同比分别上涨52.1%、23.1%以及5.3%,增速出现明显下滑。全球锂矿总产量分别为8.6、8.25以及10万公吨,同比分别变动-9.5%、-4.1%以及21.2%。2021年,全球锂矿产量占比从高到低依次为澳大利亚、智利以及中国,分别占比55%、26%以及14%,我国占比较低。锂矿产量主要集中于澳大利亚和智利两国,合计约占81%。

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国内锂资源对外依存度高,制约锂电池生产量增长。我国锂资源大部分储存在盐湖中,约占到资源总量的79%,且盐湖中镁锂比例较其他国家高,加工难度相对更大,导致我国盐湖锂资源的利用率总体上只有五成。由于国内锂资源供给受限,致使我国锂资源的对外依存度超过七成,而这种对进口的过度依赖将会限制我国锂电池产量的快速增长。

2021年1月以来电池级碳酸锂价格大幅上涨,锂电池供给端承压。2021年1月,我国轻质纯碱月平均价格、电池级碳酸锂月平均价格分别为1324元/吨、63098元/吨,分别上涨至2022年5月的2869元/吨、476003元/吨,上涨幅度分别为116.5%、654.4%。锂资源价格的大幅上涨,使得锂电池制造商成本压力倍增,这将促使他们加快替代产品的技术研发,进而间接推动钠离子电池行业的发展。

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钠电池行业需求空间广阔,行业布局处商业化初期

双碳政策背景下化学电池需求空间上升

双碳政策背景下,清洁能源重要性不断提高。面对近些年来日益突出的气候、环境问题,各国先后提出碳减排目标。其中,我国提出碳排放在2030年前达到峰值,在2060年前实现碳中和的目标。根据碳排放估算数据库Carbon Monitor统计,2021年,电力行业、交通行业碳排放比较多,约占全球碳排放比重分别为38.9%、20.3%,因此提高电力行业中风电、光伏等清洁能源发电占比、加大新能源车普及力度显得十分必要,未来新能源电池在碳减排目标中的地位将不断提升。

新能源转型趋势加速,动力电池、储能电池需求空间上升

新能源汽车销量大幅增长,电动化率不断提高。2021年我国新能源汽车销量为352.1万辆,同比增长157.6%,电动化率为13.4%,同比增长8个百分点;2021年欧洲30国实现新能源乘用车注册量226.3万辆,同比增长65.7%,电动化率为19.2%,同比增长7.7个百分点;2021年美国新能源轻型车实现销量71.6万辆,同比增长124.6%,电动化率为4.8%,同比增长2.6个百分点。

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我们预计2025年钠离子电池在动力电池领域的需求量超过16GWh,2030年需求量超过51GWh。假设:(1)我们预计2022-2030年我国两轮电动车销售增速为5%;(2)2022-2030年A00级电动车销量增幅为20%;(3)两轮电动车和A00级电动车的单车带电量分别假设为0.71KWh/辆、21KWh/辆;(4)两轮电动领域,2022-2026年钠电池渗透率分别为0%/2%/10%/20%/30%,2027年-2030年维持在50%,A00级电动车领域,2022-2026年钠电池渗透率分别为0%/2%/10%/20%/25%,2027年-2030年维持在25%。

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可再生能源装机热潮下储能装机容量高速增长,预计2025/2030年储能新增容量为95.5/135.4GWh,测算钠离子电池2025/2030年储能新增需求量分别为19/ 68GWh。2021年我国可再生能源新增装机规模为134GW,累计装机规模为1068GW,中国新增储能装机规模为7.4GW,同比上涨190%。假设:(1)2022-2030年每年可再生能源新增装机135GW;(2)考虑到未来储能重视程度上升,新增装机储能配比从2022年的8%提升至2025年及以后的20%;(3)风光新增装机储能配比相同;(4)存量装机储能配比从2022年的0.1%提升至2025年及以后的0.3%;(5)钠电池储能渗透率逐步提高,从2022年的0%提升至2025年20%、至2030年50%。

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多项政策助力钠离子电池行业发展

我国相关政策:聚焦可再生能源利用储能、动力电池方面,提出2025年新型储能装机规模达3000万千瓦以上,开展钠离子电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。2021年,《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》提出,聚焦可再生能源大规模利用储能、动力电池等重点,深化应用基础研究;2021年,《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》提出,鼓励可再生能源发电企业与储能电站等签订新增消钠能力的协议或合同,明确市场化调峰资源的建设、运营等责任义务;2021年,《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出,到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,装机规模达3000万千瓦以上;2022年,《“十四五”新型储能发展实施方案》指出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段、具备大规模商业化应用条件,开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键核心技术、装备和集成优化设计研究。

国外方面,欧美明确提升钠离子电池的战略地位。2019年,欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位;同年,提出 “Fit for 55” 一揽子计划,预计2030年可再生能源在总能源供应中的占比目标,从原来的40%提高到45%;2020年,美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系,公布《基础设施计划》,指出2035年实现100%无碳电力以及清洁能源发电。

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钠离子电池龙头公司技术研发共性基础上彰显局部创新

各公司钠离子电池电解液和隔膜基本沿用锂离子电池体系,一定程度上加快规模化生产进度。钠离子电池参考锂电池的摇椅式二次电池理念,电池整体基本沿用锂离子电池体系,通用部分产业链、组装方法方面也基本一致,致使钠离子电池能够在较短时间内大规模生产和商业化。

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钠离子电池内部重要组成部分主要分为正负极、电解液、隔膜以及集流体五部分,就技术研发而言,各公司钠离子电池技术上整体沿用锂电池体系,各家差异主要体现在正负极材料的选取。

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钠电池负极集流体基本选用铝箔

集流体,指电池中汇集电流的结构或零件。集流体是电池中不可或缺的组成部件之一,作为正负极材料的载体它不仅能承载活性物质,而且还可以将电极活性物质产生的电流汇集并输出,有利于降低电池的内阻,提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。

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锂电池和钠离子电池的正极集流体相同,都采用铝箔。而在负极集流体的选取上,不同于锂电池的铜箔,钠电池采用的是铝箔。主要优势在于,一方面金属铝的价格低于金属铜,使用铝箔能降低材料成本;另一方面,铝的质量比铜轻,采用铝箔制造的集流器重量更轻,可以降低电池整体重量,有效降低运输成本。

钠电企业技术路线差异主要体现在正极材料选取

目前,各公司钠离子电池技术整体沿用锂电池体系,负极材料也基本选用碳基材料,因此技术路线差异主要体现在正极材料的选取。按照正极材料不同,各公司技术路线主要分为过渡金属氧化物+碳基负极(以层状金属氧化物为主)、普鲁士蓝+碳基负极以及聚阴离子+碳基负极三种,分别对应过渡金属氧化物、普鲁士蓝以及聚阴离子三种正极材料。

(1)制造简单、高比容量,层状金属氧化物为首选材料。过渡金属氧化物按结构可分为层状结构氧化物和隧道结构氧化物。其中层状氧化物正极材料,通式为NaxTMO2(TM指过渡金属),结构上可进一步分为O2、O3、P2、P3 型。由于层状氧化物结构是良好的离子通道,具有较高的平均电压、高比容量和易于合成等特性,有望率先实现产业化,因此层状氧化物被认为是最具前景的钠离子电池正极材料之一。

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目前研究主要分布于层状金属氧化物成分改性、结构设计以及表面设计等方面,开发具有高比能量、高循环稳定性和良好空气稳定性的新型层状氧化物正极材料是钠离子电池研究的热点方向。

在实际应用中,英国Faradion公司、法国Tiamat Energy公司均使用层状金属氧化物作为电池正极。在我国,中科海钠使用铜基层状氧化物,具备成本优势;钠创新能源、百川股份、立方新能源所使用的正极材料以层状氧化物为主。

(2)普鲁士蓝具备结构稳定性良好、前驱体价格低廉、循环寿命长等优势,但商业化运用存在一定难度。普鲁士蓝为人类历史上首个人工合成的配位化合物,自电沉积现象被发现以来,普鲁士蓝就因其独特的电化学性质开始引起关注。普鲁士蓝类是氰基与铁、锰等过渡金属的化合物材料,独特的开放框架和三维大孔道结构特别适合钠离子的迁移和存储,三维结构的稳定也保障该材料具备较长循环寿命。同时,铁氰根的普鲁士蓝化合物具有前驱体价格低廉、简单易制等其他优势。但由于其在合成过程中产生许多结晶水以及自身结构缺陷,导致倍率性、电子传导性等电化学性能降低,电池在循环过程中更容易坍塌。

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目前研究聚焦于普鲁士蓝聚焦制备方法改良和材料改性。其中,共沉淀法是最常用的合成方法,但容易产生晶格缺陷和间隙水,因此龚文哲等人采用简单易行的球磨法并结合后续的低温热处理工艺,可得到电化学优异的材料。除通过优化合成工艺,也可通过与其它材料复合、离子掺杂等方法进行改性以提高其电化学性能。

在实际应用中,我国宁德时代、圣阳股份以及美国Natron Energy公司均使用普鲁士蓝作为正极。

(3)聚阴离子类具备良好抗氧化性和热稳定性,但电子电导率不高。钠基聚阴离子类化合物是指由聚阴离子多面体和过渡金属离子多面体通过强共价键连接形成化合物,大致可分为磷酸盐系列、硫酸盐系列、单一聚阴离子系列、混合聚阴离子系列四大类。由于聚阴离子类电池具有开放的框架,这使其具有开阔的钠离子扩散通道和较高的工作电压,较强的共价键也加强了材料的热稳定性和高电压时的抗氧化性。然而在聚阴离子化合物结构框架中,过渡金属离子往往被不传导电子的聚阴离子基团分隔,较大程度限制了材料的本征电子电导率。

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目前研究主要聚焦于材料性质研究及选取。在现阶段研发出四类正极材料中,磷酸盐类电极材料高度开放的骨架结构为钠离子提供了三维扩散通道和较大的迁移间隙;硫酸盐方面主要聚焦于低成本储能领域;其他单一聚阴离子中,硅酸盐聚阴离子材料具有成本低、元素丰度高等优点,受到研究人员的广泛关注;混合聚阴离子型化合物能有效结合不同阴离子基团以提高材料结构多样性,同时为离子迁移提供必要的骨架结构和迁移通道。

在实际应用方面,法国Tiamat公司使用氟化钒基聚阴离子作为正极,具备优异的电池输出功率能力;我国众钠新能源使用硫酸铁钠系正极材料。

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钠离子负极材料:以碳负极为主,未来或将发展合金类材料

负极材料主要分为四类:碳基负极材料、非金属单质材料、金属或合金类负极材料以及有机化合物等。碳基材料具有优异的储钠性能、良好的稳定性、低廉的成本、绿色环保和可再生等一系列的优点,被认为是最有希望实现商业化应用的一种钠离子电池负极材料。碳基材料分为软碳和硬碳,软碳指在2800℃的高温下能石墨化的非晶碳材料,也被称为无定形碳。而硬碳是高分子聚合物的热解碳。软碳负极材料具有低而平稳的充放电电位平台,充放电容量大且效率高、循环性能好;硬碳结构稳定且可逆容量高,但用于生产硬碳的前驱体如生物质等,通常表现出较低的碳收率而不利于发挥钠离子电池的低成本优势。

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合金化反应材料主要集中在元素周期表的IVA族和VA族,具有理论比容量高、导电性好、工作电位适宜、原料廉价丰富等优点,被认为是一类有应用前景的钠离子电池负极材料;其他负极材料例如非金属单质材料、硫化物、硒化物、氮化物和磷化物等有机化合物,这些材料的成本相对较低,比容量相对较高,目前正处进一步研究。

根据《钠离子电池软碳基负极材料研究进展》,未来研究方向主要为改性碳材料以提升其储钠容量,开发具有高首效和高低电势平台区容量的沥青衍生碳阳极,以及更多具有简单且环保的制造工艺等。

目前行业内公司生产基本以碳基负极为主。原因主要在于,一方面碳资源在地球储量丰富,成本较其他资源低;另一方面,由于钠离子半径较大而石墨晶格间距小,石墨材料多次脱嵌钠离子后会导致结构崩坍,而碳基负极具有较大的层间距,可用于钠离子的存储和可逆的嵌入与脱出。

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电解液:以有机电解液体系为主

在钠离子电池中,电解液是钠离子电池的关键材料之一,成分主要由电解质、溶剂和添加剂组成。而电解质在电池正负极之间起到传导和输送能量的作用,它的设计主要考虑是否满足高离子电导率、良好的电化学稳定性以及良好的热稳定性等。电解质主要分为液体电解质、固液复合电解质和固体电解质三大类。一般情况下,液体电解质的离子电导率高于固体电解质,因为它们具有较好的流动性,有利于钠离子的快速迁移。液体电解质主要可划分为水系电解质、有机电解质。相比于水系电解质,有机电解质具有更高的电压窗口,能更有效地提高能量密度,因此拥有更广阔的应用领域。而水系电解液通常被认为是低成本、环境友好型的体系,然而其有限的电化学窗口限制其在大能量密度和高功率密度条件下的应用。

固液复合电解质通常被称作凝胶聚合物,由聚合物、增塑剂以及钠盐等组成,在钠离子电池中可以充当隔膜和离子导电载体;而固体电解质通常被用来解决液体电解质等存在的安全性问题,因为它们具有不易燃性,良好的热稳定性、力学性能等,目前尚处于研究。

根据《有机电解液在钠离子电池中的研究进展》,未来主要研究方向:(1)从分子动力学模拟的角度探究溶剂分子内部能量平衡,结合电极材料的特殊结构分析钠离子电池的储钠机理;(2)常用的有机电解液无法在高温环境下正常运行,所以未来应考虑钠离子电池的安全性,开发阻燃剂或者使用离子液体等具有较高热稳定性的溶剂;(3)注重电解液与电极材料的兼容性,强调电极电解液的匹配及开发新型添加剂。

实际应用方面,我国以中科海钠为代表的大部分公司都使用有机电解液体系,使用水系电解液路线的公司较少,已知的公司有美国Natron Energy公司以及我国贲安能源。

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钠电行业具备潜力,各国龙头公司争先布局

国内企业:中科海钠处领先地位

国内钠电企业大致分为两类,一类是以中科海钠、钠创新能源为代表的专注于钠离子电池研发与生产的高新技术型企业,这些公司拥有实力雄厚的科研团队以及丰富的钠电池研发经验,研发进度也相对较快。另一类是以宁德时代为代表,包括圣阳股份以及欣旺达等公司,这些公司基本为铅酸电池、锂电池等领域的龙头,为扩展业务转型发展钠电池。相较于中科海钠等企业,这些公司拥有较为成熟的产业布局,能为钠电池的生产布局提供经验。

截至目前,行业内大部分公司处于小规模试产阶段,行业整体产业规模尚未成型。我国最早开展钠离子电池相关研究的机构为中科院物理所,并于2017年成立中科海钠公司开始产业布局,国内其他企业例如钠创新能源、彭辉能源以及众钠能源等均集中在2021年以后开始逐渐投产,而圣阳股份以及欣旺达等公司仍处于研发阶段。

主要公司投产进度:

中科海钠:打造全球首个具有里程碑意义的1MWh钠离子电池光伏储能系统。中科海钠由中国工程院院士陈立泉、中国科学院物理研究所研究员胡勇胜等人领导,在国内、外的钠离子电池研发领域处于领先地位,公司与股东华阳股份展开合作,迅速布局落实钠离子电池产能。2018年,首辆钠离子电池低速电动车亮相;2019年,全球首座30kW/100kWh钠离子电池储能电站问世,标志着钠离子电池的商业化之路正式开启;2020年,钠离子电池产品实现量产,电芯产能达到30万只/月,海外订单第一期十万只,国内联合开发产品出货量数万只;2021年,与华阳股份合作打造了全球首个具有里程碑意义的1MWh钠离子电池光伏储能系统,具有产业化应用价值;2022年,全球首条钠离子电池一期1GWh规模化量产线预计将正式投产,总规划产能5GWh,分两期建设。

钠创新能源:年产8万吨钠离子电池正极材料项目于2021年正式签约。公司于2018年成立,由上海交通大学教授马紫峰钠离子电池技术研发团队提供技术支持,集研发、生产和销售为一体,致力打造具有全球影响力的钠离子电池系统创新企业。2021年5月,推出钠离子电池-甲醇重整制氢-燃料电池综合能源产品,其中300W、5000W功率规格系统已进行产业化推广实施;2021年7月,与爱玛合作推出全球首批钠离子电池驱动的双轮电动车;2021年11月,年产8万吨钠离子电池正极材料项目正式签约,总投资15亿元,建设包括铁酸钠三元正极材料等在内的钠离子电池关键材料。

宁德时代:计划于2023年形成基本产业链。公司成立于2011年,是国内率先具备国际竞争力的锂电池制造商之一,专注于新能源汽车动力电池系统、储能系统的研发、生产和销售。2021年7月,公司举行钠离子电池发布会,宣布正式进军钠离子电池行业,并称钠离子电池能量密度达到160Wh/kg,是目前全球最高水平,计划于2023年形成基本产业链。

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国外其他企业:主要聚焦于车用钠电池开发和应用

国外龙头企业集中于2020年开始布局钠电池生产,包括Faradion、Natron Energy以及Tiamat Energy等公司,主要聚焦于车用钠电池的开发和生产。其中,Faradion公司在2020年签署了多个车用钠电池生产订单,并于2021年7月宣布将钠离子电池应用于光伏电站储能。其他企业例如Tiamat Energy,仍在进行针对混合动力汽车上钠离子电池应用进行大规模测试。

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公司与中科海钠优势互补,合作钠电布局产业优势明显

华阳股份与中科海钠合作关系紧密

公司全面布局新能源产业,与钠电池行业龙头中科海钠合作关系紧密。2021年,公司通过受让集团旗下阳煤智能制造基金49.8%股份,进而间接参股中科海钠。截至2022年一季度末,公司间接持有中科海钠7.75%股份,公司及集团合计持有中科海钠15.53%股份,为第二大股东。同时,公司成立山西新阳清洁能源全资子公司,通过该子公司与中科海钠合资成立山西华钠铜能科技有限责任公司、山西华钠碳能科技有限公司两家孙公司,正式布局钠离子电池正负极生产线。其中,子公司山西新阳清洁能源公司与中科海钠分别持股两家孙公司45%、55%股份。

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中科海钠与公司合作分工明确。

中科海钠主导钠电池技术研发。2011年起,中科海钠团队致力于高安全性、低成本、高性能钠离子电池技术研发,研发专利覆盖全电池,包括低成本铜基正极材料、煤基碳负极材料、低盐浓度电解液等,核心专利获得中国、美国、日本及欧盟授权。最新研究提出通过在铝集流体上引入石墨碳涂层以及电池中加入含硼电解质,可使电池能量密度达到200Wh/kg,而目前行业中能量密度最高水平为160 Wh/kg。该项目目前仍处研究阶段。

公司负责钠离子电池全产业链布局工作。目前,公司已实现钠离子电池布局全产业链覆盖,包括正负极材料生产、电芯生产以及电池组装部分。其中,正负极材料生产项目由子公司山西新阳清洁能源有限公司与中科海钠合作推进。而电芯生产部分由孙公司山西华钠芯能科技有限公司负责,电解液部分与多氟多合作生产。电池组装部分由公司负责。

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公司钠电池产能落实节奏快。2021年4月,公司各投资8000/6000万元新建钠离子电池正、负极材料各2000吨生产项目(约0.8GWh);2021年6月,公司与中科海钠合作打造全球首个具有里程碑意义的1MWh钠离子电池光伏储能系统。自9月起,公司依次同多氟多新材料股份有限公司就电解液添加剂以及负极材料等领域展开合作、通过1GWh钠离子Pack电池生产线可研报告、完成生产线设备调试,根据公司及集团官方网站公布,预计钠离子Pack电池生产线以及电芯厂将于三季度投产,未来正负极产能预计扩充至10GWh。

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公司充分发挥自身优势,钠电产业布局优势明显

集团公司凭借自身禀赋优势,自主研发负极材料生产专利           

集团公司发挥自身无烟煤资源禀赋,自主研发钠米超纯碳生产技术,为钠电负极材料提供高性价比解决方案。钠米超纯碳,是指灰分≤2%、粒度达到钠米级的煤炭,集团公司联合科研院校等开展“超低灰无烟煤提炼技术研究”科研项目,自主研发制造钠米超纯碳新技术,以煤炭洗选加工中的副产品煤泥为原料进行提炼,可以为钠离子电池负极生产提供高性价比材料,还可以制造钠米碳管、活性炭、碳素等产品。集团公司已就该项目申请一项发明专利和一项实用新型专利。

多道工序提升负极材料质量。钠米超纯碳制作工艺包括先由煤泥粗选得到精碳,然后通过磨浮工艺得到超纯碳(C>97%),再经过化学浸出、深度脱灰、焙烧活化以及湿法碱浸等工艺处理得到超高纯碳(C>99.5%),最后,将所得超高纯碳进一步石墨化制作纯碳材料。

钠米超纯碳工艺技术核心在“纯度”。集团公司生产实现“超高纯”的核心环节是化学脱灰及隔氧焙烧,需掌握五道关键工艺,一是灰分在苛性碱环境中的溶出工艺,解决“脱灰”;二是突破碳材料与灰分在苛性碱溶液中快速洗涤分离工艺,解决“超纯”“超高纯”;三是苛性碱溶液中的硅、铝快速分离工艺,实现“利废”;四是苛性碱循环利用工艺,实现“闭环”;五是通过隔氧焙烧工艺去除材料中的氧、氮、氢等其它元素,进一步提升碳“品位”,实现“高品位”。

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公司为无烟煤龙头,副产品煤泥产量稳定。2021年公司煤泥产量为240.5万吨,除2020年以外,近五年煤泥年产量稳定在220-240万吨区间,这保障了公司在钠离子电池负极材料的生产供应能力。

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公司与中科海钠强强合作,技术路线凸显全面成本优势

公司和中科海钠为充分发挥钠电池成本优势,选择层状氧化物+碳基负极技术路线,并通过研发特定正负极材料进一步降低电池成本。电池正极方面采用铜基层状氧化物,负极采用无定型碳,电解液选用有机电解液体系。

正极材料优势:选用铜基材料,电化学性能优异且成本优势明显

区别于其他公司所采用的层状氧化物,公司与中科海钠使用廉价铜元素层状氧化物作为高性能正极材料。中科海钠团队通过研究发现,过渡金属铜元素在钠离子电池层状材料中可以实现Cu3+/Cu2+氧化还原电对的可逆转变,进而设计了新一代电化学性能优异且比容量高的Cu-Fe-Mn基正极材料,其在2.5~4.0V的电压范围内可实现130mA·h/g左右的比容量。该材料最大优点是在电化学脱嵌钠过程中结构保持不变,体积变化不到5%,有利于实现长循环性能。同时能量密度可以达到145Wh/kg,拥有较强竞争优势。

铜基层状氧化物成本优势明显。中科海钠团队在铜元素基础上,利用成本更加低廉的过渡金属铁元素替换部分铜和锰元素,虽然在性能表现上不如镍、钴这样的贵金属,但整体表现不错,且价格明显更低。2020年1月至今,金属铜和锰的价格远低于金属镍、钴,2022年6月金属铜、锰月均价格分别为6.96万元/吨、1.66万元/吨,而金属镍、钴月均价格分别为20.93万元/吨、42.02万元/吨。

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负极材料优势:软碳性能优异且成本相对更低

软碳材料充放电效率高、循环性能好。集团公司研发团队自主研发制造的钠米超纯碳,相比于其他公司所使用的硬碳,具有低而平稳的充放电电位平台,充放电容量大且效率高、循环性能好的优点。中科海钠创始人胡勇胜表示,裂解无烟煤得到的软碳材料较沥青中的软碳性能更佳,在1600℃以下仍具有较高的无序度,产碳率高达90%,储钠容量达到220mAh/g,循环稳定性优异。

相比硬碳,软碳成本大幅下降。行业内大多公司采用硬碳作为负极材料,虽然其在钠离子电池体系中发挥不错效果,但阻碍其商用的还是价格问题。中科海钠团队表示,煤基材料价格优势明显,即使将其进一步加工成负极使用的无定形碳,所需的成本也远低于硬碳。

以钠离子电池为起点,探索“新能源+储能”未来能源解决方案

钠电储能系统与光伏、物理储能协同发展,公司所提系统解决方案潜力无限。公司大力推动“光储网充”一体化智能系统应用,集成光伏发电、飞轮储能、电化学储能、充电桩等多项已有技术,通过交流组网、能量管理,能源云平台的“能量流”与充电云平台的“信息流”实时互动,对配电网提供辅助性响应和协同调度服务,使电量可储可控,既支持分布式独立组网,又能够并网运行、削峰填谷,构建了高效、智能、稳定、经济的能源生态,以“光伏+电化学储能+物理储能+智能微电网+充电桩”为解决方案,开启新一代全场景智能化绿色能源。

光伏组件、物理储能项目进展:

规划5GW高效光伏组件项目,首条光伏组件生产线于2022年1月全面投产。2021年1月,全资子公司新阳公司成立山西华储光电有限公司,专业生产光伏组件。根据公司相关公告,公司在2021年2月份于山西省阳泉市规划建设5GW高效光伏组件生产基地,采用中来股份N型TOPCon高效光伏组件制造技术,项目规划占地356亩,预计项目总投资10.7亿元。2022年1月,公司首条0.5GWh生产线全面投产,第二条生产线进入单班产能爬坡阶段。

积极拓展物理储能(飞轮储能)业务。针对解决新能源发电不稳定、储能问题,公司积极涉足“电化学储能+物理储能”领域,公司物理储能业务主要是飞轮储能业务。在电力富足条件下,由电能驱动飞轮到高速旋转, 电能转变为机械能储存,当系统需要时,再将机械能换成电能,该项业务可以广泛应用于发电厂、地铁等领域。公司致力于打造全国最大的飞轮储能生产基地,飞轮储能项目依托下属子公司山西新阳清洁能源有限公司的参股公司阳泉奇峰聚能科技有限公司(持有股份49%)开展,项目总投资1亿元,当前年规划产能200台套,实际产量根据订单需求决定。

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盈利预测与投资建议

盈利预测与估值:我们维持预计2022-2024年实现归母净利润60.7/65.6/75.0亿元,同比增长71.8%/8.1%/14.2%;EPS为2.52/2.73/3.12元,对应当前股价PE为6.8/6.3/5.5倍,考虑钠离子电池具备多种优势,未来需求空间广阔,公司携手行业翘楚中科海钠优势互补,技术路线以铜基层状氧化物正极+碳基负极为核心,凸显全面成本优势,未来钠电业务有望为公司贡献新成长,维持“买入”评级

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  • 只看TA
    2022-08-16 14:57
    可以可以
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  • 只看TA
    2022-07-24 18:27
    中军华阳,先锋传艺科技
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  • 只看TA
    2022-07-24 16:18
    谢谢
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  • 只看TA
    2022-07-24 15:28
    感谢分享
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  • 只看TA
    2022-07-24 15:27
    谢谢分享
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