基础化工：钠离子电池材料深度报告之一：普鲁士蓝类正极材料未来可期

中心思想

钠离子电池产业化提速与普鲁士蓝类材料机遇

本报告核心观点指出，钠离子电池凭借其显著的成本优势、优异的性能表现以及广阔的应用场景，正迎来快速产业化发展期。在多种正极材料路线中，普鲁士蓝类化合物因其低成本、高比容量等突出优势，被视为未来钠离子电池正极材料的重要发展方向。

成本优势驱动市场扩张，重点企业积极布局

报告强调，钠离子电池的原材料成本优势将是其市场扩张的关键驱动力，预计在电动两轮车、储能和A00级电动车等领域将实现规模化应用，市场空间巨大。面对这一新兴市场机遇，相关产业链企业，特别是具备普鲁士蓝类材料生产技术或上游氰化物资源优势的化工企业，正积极布局，有望在钠离子电池产业化进程中占据有利地位。

主要内容

钠离子电池市场潜力与技术优势

• 工作原理与材料构成分析： 钠离子电池与锂离子电池在“摇椅式”工作原理上相似，但其核心材料构成有所不同。钠离子电池的正极材料主要包括层状过渡金属氧化物、普鲁士蓝类化合物和聚阴离子化合物；负极材料以无定形碳基材料为主；电解液常用六氟磷酸钠；集流体正负极均可采用成本更低的铝箔，而锂电池负极通常使用铜箔。
• 资源与成本优势显著： 钠元素在地壳中的丰度高达2.75%，远高于锂元素（0.0065%），且分布更为均匀，为钠离子电池提供了丰富的资源基础。产业化后，钠离子电池的原材料成本优势将非常明显，主要得益于钠、铜、铁、锰等大宗元素的广泛应用，以及集流体可全部由铝箔替代（铜箔价格约为铝箔的3倍）。
• 性能表现优异： 钠离子电池在多项性能指标上展现出优势。其安全性更高，内阻相对锂电池稍高，在短路等安全性试验中温升较低，未发现起火、爆炸现象。高低温性能更佳，在-40℃下放电容量仍可超过额定容量的70%，在-20℃下充放电效率接近100%。倍率性能也更为优异，钠离子的斯托克斯直径较小，溶剂化能更低，有助于提升电解液中的离子电导率和界面扩散性能。
• 市场定位与广阔应用前景： 尽管钠离子电池的能量密度（目前约为100-150Wh/kg，宁德时代已达160Wh/kg）和循环次数（超2000次）仍有提升空间，但其综合性能已优于铅酸电池。报告预计，钠离子电池将首先替代铅酸电池进入低速二轮车市场，随后切入储能和A00级电动车领域，部分替代磷酸铁锂电池。根据测算，假设2025年全球电化学储能、电动两轮车和A00级电动车中钠离子电池的渗透率分别达到10%、25%和20%，则2025年全球钠离子电池需求将达到67.5GWh，市场规模预计接近500亿元。
• 产业化加速与政策支持： 钠离子电池的产业化进程自2010年以来显著提速，中科海纳、宁德时代等企业已取得重要突破。预计2023年将成为钠离子电池产业化元年，国内外已有超过二十家企业积极布局量产。据统计，2023年钠离子电池预计投产产能为7.5GWh，将带动正极材料需求约1.38万吨，市场规模约9.63亿元。国家层面也出台多项政策，如工信部组织标准制定，发改委和能源局推动技术开发和规模化试验示范，为钠离子电池的商业化发展提供了有力支持。

普鲁士蓝类正极材料的技术特性与产业化挑战

• 正极材料路线比较与普鲁士蓝类优势： 钠离子电池正极材料主要有层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物三大主流路线。普鲁士蓝类化合物（PBAs）因其低成本、高比容量和高能量密度，以及优异的倍率性能，被认为具有巨大的发展潜力。宁德时代发布的第一代钠离子电池即采用了克容量较高的普鲁士白材料，电芯能量密度达到160Wh/kg，并在快充和低温性能上表现突出。
• 普鲁士蓝类材料的结构与电化学特性： PBAs具有独特的三维开框结构，钠离子可存储在结构间隙中。其易于制备，骨架中过渡离子环境友好，成本较低。理论比容量可达170 mA⋅h/g，工作电势较高，且具有较长的循环寿命。此外，普鲁士蓝具有较低的溶度积常数，可在水溶液体系中作为正极材料使用。
• 主要生产工艺分析： 普鲁士蓝类正极材料的制备工艺主要包括共沉淀法、水热合成法和球磨法。共沉淀法是目前最主流的合成方法，其优点是生产成本低、合成工艺易调节，但耗时较长且易产生晶格缺陷和结晶水。水热合成法能加快反应速率并提高产物分散性，但对生产设备要求高。球磨法操作简单，可降低材料结晶水，但易导致粒子团聚和杂质混入。黄血盐钠（Na4Fe(CN)6）是制备普鲁士蓝类化合物的关键上游原料，工业上通常通过氰化钠和硫酸亚铁或铁粉反应制备。

普鲁士蓝类正极材料壁垒较高，相关公司积极布局

• 量产技术难点： 普鲁士蓝类正极材料的量产面临多重技术挑战。首先是结晶水和缺陷的去除，结晶水会占据储钠位点并影响钠离子脱嵌通道，Fe(CN)6空位缺陷则可能导致结构坍塌，影响循环稳定性。其次是导电性偏低及电芯工艺控制，这可能导致容量快速衰减，需通过材料复合改性（如与碳材料、聚合物包覆）或离子掺杂（降低带隙及迁移能垒）等方式提升电化学性能。宁德时代通过创新性地对材料体相结构进行电荷重排，有效解决了这一难题。
• 上游氰化物准入门槛： 普鲁士蓝类化合物的上游原料氰化钠属于危险化学品，其生产和销售受到公安部门的严格管制，准入门槛高，新增产能批文稀缺。尽管市场对热失效可能产生剧毒氰化氢存在担忧，但研究表明钠离子电池需在300℃以上高温才会释放氰化物，在电池系统高度安全设计下，安全性能够得到保障。美联新材作为全国产量最高的氰化钠上市生产商，拥有30万吨液体氰化钠和1.5万吨固体氰化钠产能，具备显著优势。
• 重点企业产业布局： 宁德时代、星空钠电、美国Natron Energy等电池厂商已采用普鲁士蓝类正极体系。在材料端，美联新材、容百科技、格林美、百合花等公司正积极布局普鲁士蓝类化合物体系。美联新材与七彩化学合作规划年产18万吨电池级普鲁士蓝（白）项目，目前50吨中试线已投产。百合花则利用其成熟的颜料级普鲁士蓝生产技术，已进入钠电正极材料的小试阶段。

建议关注标的

• 百合花 (603823.SH)： 作为国内有机颜料龙头企业，公司拥有4.03万吨有机颜料产能，并积极向新能源领域拓展。公司已控股内蒙古源晟制钠，并规划年产4万吨磷酸铁锂和3000吨电池级碳酸锂项目。凭借其在颜料级普鲁士蓝生产技术上的积累，公司已布局钠电正极材料，处于小试阶段，有望受益于钠离子电池产业化。公司营收和归母净利润保持稳定增长，2021年归母净利润同比增长20.13%。
• 美联新材 (300586.SZ)： 公司是色母粒龙头，并完善产业链布局至精细化工和医疗卫生材料。其控股子公司营创三征拥有9万吨三聚氯氰产能，且是全国产量最高的氰化钠上市生产商。公司积极切入锂电隔膜市场，并凭借氰化钠资源优势与七彩化学合作投资“年产18万吨电池级普鲁士蓝（白）项目”，50吨中试线已投产，一期1万吨生产装置预计2023年底投产。公司业绩快速增长，2022年前三季度归母净利润同比增长1482.39%。
• 七彩化学 (300758.SZ)： 公司深耕高性能有机颜料，并通过外延收购积极向新材料领域转型，布局光敏性中间体、光刻胶、特种尼龙、特种聚氨酯等。公司与美联新材合作的“年产18万吨电池级普鲁士蓝（白）项目”中试线已投产，一期1万吨生产装置预计2023年底投产。公司拥有普鲁士蓝（白）产业化技术、成本及环保处理优势，结合美联新材的氰化钠资源，有望在钠离子电池材料市场占据一席之地。公司业绩稳定增长，2021年营收同比增长33.58%。

总结

本报告深入分析了钠离子电池材料的市场前景与技术发展。钠离子电池凭借其丰富的钠资源、显著的成本优势以及在安全性、高低温和倍率性能上的优异表现，正