中金：锂电设备还有哪些超预期因素？(2)
安全性：钠离子电池有更高的安全性。电池的过充电与过放电都会对锂电池正负极造成不可逆的损伤。钠离子没有过放电性质，可以将钠离子的电池放电到零伏而不受损伤。并且，钠电池还通过了过充、针刺、挤压等安全测试。
成本：钠电池和锂电池的原材料分别为钠元素和锂元素。钠元素产地遍布世界，且钠元素产量较高；锂元素产量较少，原料大多集中于美洲，有一定的运输成本。此外，钠离子电池正负极均为铝箔，成本低于锂电池负极的铜箔。因此，我们预计钠电池成本将比锂电池少30%到40%。
能量密度：钠电池的能量密度较低。锂电池主要由三元锂电池和磷酸铁锂电池构成。以国产特斯拉为例，Model 3的磷酸铁锂电池能量密度为125Wh/kg，三元锂145Wh/kg。据《Na-lon Batteries—Approaching oldand New Challenges》总结：18650型的钠离子电池能量密度约为90Wh/kg；而根据宁德时代所发布的钠离子电池，其能量密度可以达到160Wh/kg。
极限工况：在寒冷条件下，钠电池放电性好。温度较低时，锂离子电池放电特性变差；钠离子电池在低至-30℃、高至80℃的环境中，放电特性良好。
充电时间：钠离子充电时间较锂电池较短。
2021-2025年储能电池年复合增长率将达52.5%，钠离子电池可能带来更大增量。根据起点研究院的统计数据，2020年全球锂电池出货量为260GWh，同比+33.6%；其中，储能电池出货量为10GWh。起点研究院预计，2025年储能锂电池出货量将达到168GWh，年复合增长率将达到54.5%。而我们预计，钠离子电池的推广可能带来储能电池的超预期放量。
宁德时代将钠离子电池推向动力时代
2020年7月28日，宁德时代发布钠离子电池，使动力钠电池成为可能。宁德时代电芯单体能量密度高达160Wh/kg，常温下充电15分钟，电量可达到80%以上，目前处于全球最高水平，解决了以往钠离子电池的能量密度短板，使用场景扩展至新能源车领域，不再局限于储能领域。
钠离子电池在架构、封装工艺上与锂电池高度相似，锂电设备企业可在少量资本投入的情况下进行钠离子电池生产。所以，即使钠电池在未来替代部分锂电池，锂电设备企业的下游需求仍将维持高位，加之储能电池的高速增长，锂电设备或将超预期增长。
技术进步：新工艺带来新的设备要求
电池制作工艺流程分为前道、中道和后道。前道为极片制作，流程包括正极/负极匀浆、涂布、辊压、分切。前道技术核心为材料化学，生产流程中所使用的设备包括搅拌机、涂布机、辊压机、分切机。中道为电芯装配，流程包括制片、模切、卷绕/叠片。中道技术核心为自动化，生产流程中所使用的设备包括模切机、卷绕机/叠片机。后道为电池组装，流程为封装、注液、化成、分容等环节。后道技术核心为电化学，生产流程中所使用的设备包括注液机、封焊机、化成测试设备等。
图表：锂电池生产工艺流程设备
资料来源：万得资讯，公司公告，中金公司研究部
正负极材料变化带动前道工序变革
三元电池相对于磷酸铁锂电池对前段设备的性能，例如真空、除湿的要求更高。三元聚合物锂电池的正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂，主要来自于Ni2+/Ni4+氧化还原。对于镍基材料，颗粒表面会发生自发反应，Ni3+转变为Ni2+会释放O2-，当镍含量高的材料暴露在空气中时，更容易吸收空气中的二氧化碳和水，该过程会在颗粒表面形成Li2CO3和LiOH层。为使材料容量提高，Ni含量提升，从而PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，并且不具备电化学活性，因此会造成容量衰减。且颗粒表面致密的Li2CO3层阻碍Li的扩散，影响电池性能。为满足真空、除湿等要求，新的设备需求增加，从而带动整体锂电设备市场空间的扩张。
三元材料将影响正极浆料制备。在高镍正极浆料制备过程中，PVDF溶解于NMP中，材料表面的碱性基团会攻击相邻的C-F、C-H键，使PVDF发生双分子消去反应，在分子链上形成一部分的碳碳双键。当PVDF内双键増加时，其粘结力也将増加，从而导致浆料粘度増加，甚至形成凝胶状态，影响涂布过程进行；另一方面，极片脆性也将增加，在辊压、分切等工艺流程中，易造成极片断裂。
三元材料使涂布面临更大的挑战。涂布生产的效率瓶颈本就在于烘干干燥，而三元电池对涂布过程中水分控制的要求更高。且如果水分与材料已经发生了反应，常规的干燥过程无法去除水分的影响。所以，为保证涂布过程湿度要求，材料的切换对风场、温度场和布局形式由更高的要求。
电池封装带动中道工序变革
锂电池封装类型分为方形、圆柱、软包三类。方形电池主要采用卷绕工艺，抗冲击力强、电池循环寿命长、容量大，外壳通常采用方形钢壳或铝壳；圆柱电池主要采用叠片工艺，一致性好、工艺成熟，外壳采用钢壳或铝壳；软包电池主要采用叠片工艺，能量密度高、安全性与散热性好、设计较为灵活，外包装多采用铝塑膜。其中，软包电池多用于消费锂电领域。
图表：不同类型锂电池包装差异对比
资料来源：汽车之家，中金公司研究部
方形电池主导市场。2020年方形电池市占率为80.8%，圆柱电池为9.7%，软包电池为9.5%。我们预计未来方形电池占比略有下降，而圆柱电池和软包电池占比逐步上升，平分方形电池外的剩余市场。
图表：2017年-2025年中国动力电池市场电池封装方式渗透率
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