钒电池材料深度报告

1、目录钒电池进入快速发展期储能打开钒需求增长新空间质子交换膜迎来新应用碳毡电极带动碳纤维需求增长建议关注标的风险提示1.钒电进入快速发展期1. 1 钒电池性能优异， 在储能市场市占率有望提升钒电池是一种先进、被广泛商用的氧化还原液流电池， 相较于其他储能电池， 钒电池具备配置灵活性、电池寿 命长、安全性高、环境友好、全生命周期成本低的优势， 有望在储能领域不断提升市场占有率。1. 2 国内储能项目涌现， 2026 年钒电池新装机量有望达4 . 93 GW近年， 储能领域国家级政策频出， 大力支持钒电等新型储能发展。2017 年8 月， 国家发改委发布的能源技术 创新“ 十三五” 规划将全钒液流电

2、池储能产业化技术列入应用推广； 2022 年6 月， 国家能源局明确了中大型 电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池， 这也将推动钒电池快速发展。近年国内钒电池项目也开始涌 现， 据国海化工测算， 至2026 年钒电池新增装机规模将达4. 93 GW， 累计规模达10. 24 GW。1. 3 钒电池快速发展， 上游材料迎新机遇钒电池主要由电堆、电解液、及循环泵等其他结构性部件构成， 而电堆主要包括离子交换膜、电极、双极板等。 其中， 电解液约占钒电池成本的35%、电堆占成本的35 %、其他结构件占成本的30 %， 随着钒电池的快速发展， 上游材料将迎发展新机遇。1.1钒电池是较为先进、被广

3、泛商用的液流电池无机水系液流电池研究进展负极循环正极循环离子交换膜资料来源：大连发布公众号钒电池， 即钒氧化还原液流电池（ VRB）， 是一种较为先进、被广泛商用的基于金属钒元素的氧化还原液流电池。液流电池是指由电堆（ 包含电极和离子交换膜）、电解液存储供给单元以及电池管理控制单元组成的电池类型， 与其他电池 最主要的区别在于电解液的储存方式。工作时， 正负极电解液分别从正、负极电解液储罐通过循环泵进入电堆的正负极单元， 然后再经管道分别回到正负极电解液储罐， 完成循环。在电堆内， 正负极电解液活性物质均在电极上进行电化学反应， 反应过程中只有价态变化而无相转化发生， 正负极电解液通 过离子交

4、换膜隔开并交换电荷。图表：液流电池的电解液分开储存图表：大连液流电池储能项目中电解液、电堆分处两层1.1钒电池电能以化学能的方式存储在电解液中钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中， 通过外接泵把电解液压入电池堆体内， 使其在不同的储 液罐和半电池的闭合回路中循环流动， 采用质子交换膜作为电池组的隔膜。电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应， 通过双电极板收集和传导电流， 从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。钒电池电解液包含溶解在硫酸中的4 种不同氧化态钒离子， 正极电解液含有钒( ) 和钒( ) 氧化还原对 ， 负极电解液含有钒( ) 和钒 ( ) 的氧化还原对。

5、充电时， 阳极VO 2+ 向VO 2 + 转换， 阴极V 2+ 向V 3+ 转换； 放电时， 阳极VO 2 + 向VO 2+ 转换， 阴极V 3+ 向V 2+ 转换。这个可逆的反应 过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。图表：钒电池充电（左）、放电（右）工作原理钒氧化还原流电池技术综述，综合能源服务用钒电池储能1.2钒电池技术及商业化能力掌握在少数国家手中钒电池技术最早于1984 年由澳大利亚新南威尔士大学提出并申请专利， 经过三十多年发展， 核心技术主要掌握在日本、中国、 澳大利亚、加拿大等国家。日本是一个电力短缺的国家， 并且有多年的集团化开发大型化学液流电池储能系统的经验。从1985

6、年起, 日本住友电工( SEI) 与日本关西电力公司最早开始合作开发钒电池。之后， 住友电工成为日本具备完整生产和组建钒电池系统全套技术的公司， 技术成熟度居世界首位。北美主要以初创公司及小微企业为主， 在美国能源部等支持下进行了全钒液流电池商业化推广。2021 年， 美国能源部宣布拨 款419 万美元资助Largo公司进行高效全钒液流电池生产工艺的开发。图表：钒电池技术及商业化能力发展历程钒电池储能系统的发展现状及其应用前景，北极星电力网，国际储能网，钒电池大规模储能技术的亮点，国海证券研究所1984大学（UNSW）的Marria Kazacos提出 钒电池概念，次年申 请专利。日本住 Ka

7、nsai Power发钒电池。住友电工200 kW4 h电站调峰用钒电池在住友电工250 kW、520 kWh钒电池在日本第一次投入商立普能国际。美国能源部投入370万美元在俄亥俄安装鹿岛电厂建成 , 达650 次循环, 证明钒电池可 以商业化。业运营。Vanteck公司收购Pinnacle， 后改名为VRB能源系统公司。1MW /8 MWh钒电池 系统用于智能电网示 范。1985199719982001200820092021友电工与日本 Electric Plant 合作开UNSW将专利权转授 予澳大利亚 Pinnacle矿业公司。VRB财务状况出现较 大危机，并在2009年 被北京普能收

8、购，成美国能源部宣布拨款1790 万美元资助四家美国公司 进行长时储能液流电池生澳大利亚新南威尔士产技术的开发。1.2国内钒电池商业化能力以普能、融科为首200820122014201620211995中国工程物理研究院电子工程研究所开始钒电池的研制。国内钒钢龙头企业攀枝花钢 铁公司以深化资源利用为目 的, 与中南大学合作介入了 钒电池的研发。北京普能公司成立， 并在2009年收购VRB 能源系统公司，后成 立普能国际。20022007中科院大连化物和大连 恒融新能源有限公司共 同组建大连融科储能技 术发展有限公司。融科储能与国电龙源合作 建成当时全球最大规模的5 MW/10 MWh全钒液流电

9、池储能系统， 成功并网投运。普能国际开发出第 二代MW 级250 kW 钒液流电池储能产品。融科储能全钒液流电池储能装备产业化基地（一期）建成投运，实现年产300 MW/年。普能国际开发出全新第三 代MW级500 kW钒液流电 池储能产品，启动100 MW 级大型储能电站项目开发。钒电池储能系统的发展现状及其应用前景，普能公司官网、融科储能公司官网，国海证券研究所国内的钒电池技术一方面源自于2009 年北京普能公司收购VRB能源系统公司， 拿到钒电池生产核心技术。目前， 普能在全球 12 个国家和地区已安装投运项目70 多个， 累计安全稳定运行时间接近100 万个小时， 总容量接近70 MWh

10、， 处于开发阶段的项 目总容量达到3 GWh。另一方面， 上世纪中科院大连物化所开始研发钒电池技术， 并于2008 年与大连恒融新能源有限公司共同组建融科储能公司。 公司已成为全球领先的全钒液流电池全产业链开发、完整自主知识产权及高端制造能力的服务商， 相关钒电池产品已在国内 以及美、澳、德等海外地区实现广泛应用。此外， 国内钒电池生产企业还包括武汉南瑞（ 国网英大子公司） 、上海电气及伟力得等。图表：国内钒电池商业化能力以普能、融科为首1.3钒电池配置灵活，功率和容量具备加和性系列规模模块功率模块容量ReFlex小型柜式10 kW40 kWh循环寿命可组串模块数20年，16000次以上12-

11、24模块尺寸模块质量875*1775*2060 mm2800 kg系列规模模块功率模块容量TPower一体化预制舱式125 kW500 kWh循环寿命单元模块数20年，16000次以上4单元尺寸单元质量6.1*11.3*2.9 m152 t系列规模模块功率模块容量VPower容量可定制250 kW可定制循环寿命单元模块数20年，16000次以上2单元占地面积质量124 m23.5 t/m2钒电池的关键驱动因素包括其灵活性， 耐久性， 安全性， 环境友好性以及全生命周期成本优势。配置灵活性： 钒电池设计灵活， 功率和容量独立设计。电池的输出功率由电堆大小决定， 增加单电池数量和有 效面积， 即可

12、增加电堆功率； 电池的容量大小由电解液的量决定， 增加电解液的体积和浓度， 即可增加电池容 量； 可根据各种应用场所和领域的负载大小进行功率和容量的调节。对于大型新能源发电厂而言， 增加能量存 储容量可以降低每千瓦时的均衡成本。 图表：钒电池配置灵活，厂商推出多种规模产品资料来源：融科储能公司官网，国海证券研究所1.3钒电池全生命周期成本更低电池寿命长： 钒电池循环次数可大于13000 次， 使用寿命可达20 年以上。同时系统深充深放不会对电池性能造 成影响， 系统放电深度（ DOD） 90 %。在快速、大电流密度下充放电， 不会对电池造成损伤。安全性高： 钒电池为水系体系， 几乎不需要热管理

13、， 无爆炸起火等危险， 备有防漏装置， 避免发生电解液泄漏。环境友好： 钒电池正负电解液相互不直接接触， 能无限次循环使用， 且可回收利用， 不会对环境造成污染； 电 堆材料中电极采用炭/ 石墨毡， 双极板大多采用石墨或碳材料， 报废后不会对环境造成污染； 其他材料多为高分 子材料， 可回收利用。全生命周期成本低： 钒电池前期投入较大， 材料成本占很大比重， 因而单位投资成本高于锂电池， 但其具有耐 久性优势。以大连液流电池储能调峰电站国家示范项目为例， 单位投资成本达4750 元/ k Wh， 电池使役时间可达 20 年，循环次数16000 次以上， 全生命周期成本0 . 30 元/ k W

14、h， 具备成本优势。图表：钒电池全生命周期成本可达0.30元/kWh资料来源：大连发布公众号，融科储能公司官网，莆田发改委官网，国海证券研究所项目投资金额（亿元）建设规模单位投资成本（元/kWh)循环次数（次）全生命周期成本（元/kWh)大连液流电池储能调峰电站国家示范项目38800MWh4750160000.30莆田大型锂电池储能电站项目10500MWh200040000.501.3钒电池更适用于大容量储能电池图表：钒电池更适用于大容量储能电池新能源分布式发电系统储能电池综述，CNESA，国海证券研究所性能指标铅酸电池钠硫电池锂电池钒电池工作温度/-540300360-3060045比能量/

15、(Wh/kg)4080150300803001240比功率/(W/kg)1505001502301500120150效率/7278909585循环寿命/次515年，50010001220年，2000100001520年，10000每月自放电率/25211响应时间msmsmsms放电速率/C1355103充电速率/C0.410.2511单位投资成本/(元/kWh)80013002200800240025003900安全性技术相对成熟，工作安全陶瓷隔膜比较脆，容易引起火灾或 爆炸等事故过充、内部短路温升严重导致起火 爆炸比较安全，即使交换膜损坏，电解 液可以恢复环保指标毒

16、性物质无无毒性物质应用类型（功率、能量）功率应用功率应用，能量应用功率应用能量应用，兼顾功率应用应用等级（功率、时间）几MW几百MW；放电时间几min几h几kW几百MW；放电时间几s十几h几kW几百MW；放电时间几s几h几kW几百MW；放电时间几s几h可以更长制造商国内外主要电池制造商日本NGK等国内外主要电池制造商三友电工，普能，融科等1.4国家政策大力支持储能钒电池进一步发展钒电池由于其安全性能突出以及循环寿命长， 有望在储能领域发展为锂电池的“ 继任者”， 近年来， 面向储能 领域的国家级政策频出， 大力支持储能钒电池进一步发展。图表：国家政策大力支持储能钒电池进一步发展资料来源：政府部

17、门官网，国海证券研究所时间部门政策要点2017.08国家发改委能源技术创新“十三五”规划全钒液流电池储能产业化技术列入应用推广。2019.06国家发改委，科技部，工 信部，能源局贯彻落实2019- 2020年行动计划推进储能设施建设及与与分布式发电、集中式新能源发电联合应用。2021.07国家发改委，能源局关于加快推动新型储能发展的 指导意见统筹开展储能专项规划，大力推进电源侧储能项目建设，积极推动电网侧储能 合理化布局，积极支持用户侧储能多元化发展。2022.01国家发改委，能源局“十四五”新型储能发展实施方 案明确发展目标：到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，其中电化学储

18、能 技术性能进一步提升，系统成本降低30以上。要求加大关键技术装备研发力度，推动包 括钒电池在内的多元化技术开发。2022.05国家发改委，能源局关于进一步推动新型储能参与 电力市场和调度运用的通知建立完善适应储能参与的市场机制，鼓励新型储能自主选择参与电力市场，发挥储能技术 优势，提升储能总体利用水平，保障储能合理收益，促进行业健康发展。2022.06国家能源局防止电力生产事故的二十五项 重点要求（2022年版）（征求意 见稿）明确了中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池的要求。1.4钒电池国内项目开始涌现图表：钒电池国内项目开始涌现（已投运）资料来源：相

19、关公司官网，索比光伏网，北极星储能网，国海证券研究所投运时间项目公司功率容量类型2011国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心 储能项目普能国际500 kW1 MWh可再生能源平滑与接入2012四川攀枝花光伏发电加油站储能项目普能国际20 kW50 kWh峰荷与能源管理2013国电龙源卧牛石风电场储能项目融科储能5 MW10 MWh风电场储能2019南瑞继保厂区微电网储能项目（Tpower）融科储能125 kW500 kWh工业区微电网储能2019南瑞继保厂区微电网储能项目（ReFlex）融科储能80 kW320 kMh工业区微电网储能2019国顺乐甲网源友好风电场储能项目融科储能10 MW

20、40 MWh风电场储能2019湖北枣阳10MW光储用项目一期普能国际3 MW12 MWh峰荷与能源管理2020新疆阿瓦提全钒液流储能电站项目伟力得7.5 MW22.5 MWh光伏储能2020河北承德首个钒储能示范项目河钢承钢5 kW20 kWh光伏储能2021国电投驼山网源友好风电场储能项目融科储能10 MW40 MWh平滑输出，跟踪计划发电，黑启动，参与电力系统安全稳定控制等2021大唐国际镇海网源友好风场储能项目融科储能10 MW40 MWh平滑输出，跟踪计划发电，黑启动，参与电力系统安 全稳定控制等2021华电滕州新能源热电有限公司项目融科储能1 MW2 MWh电网调峰，调频和新能源消纳

21、2021汕头智慧能源示范项目上海电气1 MW1 MWh风能储能，光伏储能2022国家光伏、储能实验实证平台（大庆基地）项 目普能国际125 kW500 kWh光伏储能2022大连液流电池储能调峰电站国家示范项目融科储能100 MW400 MWh电网调峰，黑启动，备用电源等1.4钒电池国内项目开始涌现续表：钒电池国内项目开始涌现（待投运）资料来源：相关公司官网，相关公司公告，阳光工匠光伏网，北极星储能网，河北项目网，国海证券研究所启动时间项目公司功率容量类型2020河北石家庄赵县储能电站项目中新能源300MW800MWh新能源储能，预计2023年投产2021襄阳光储一体电站项目一期普能国际40M

22、W-光伏储能2021国家电投湖北全钒液流电池储能电站项目普能国际100MW500MWh投资额43.2亿元，风电光伏储能2021河北承德森吉图全钒液流电池风储示范项 目丰宁建投3MW12MWh风能储能，投资9.7亿元，2023年投产2021国电盐城射阳港全钒液流储能电站江苏电力20MW100MWh已完成选址工作2021河北承德全钒液流储能光热发电示范项目河钢承钢2MW16MWh光伏储能，风能储能2021中广核全钒液流集中式储能电站中广核100MW200MWh总投资达10亿元，拟打造建设“集中式储能电站2022大唐中宁共享储能电站项目伟力得100MW400MWh该项目由100MW/400MWh全钒

23、液流电池和100MW/400MWh压缩空气储能装置组成2022寰泰储能全钒液流储能全产业链项目寰泰储能110MW550MWh项目总投资约100亿元，包括新建10MW/50MWh、100MW/500MWh全钒液流储能电站项目2022上海电气盐城立凯储能电站项目上海电气-300MWh项目总投资5亿元已签约甘肃张掖全钒液流储能及光伏项目中核钛白， 伟力得200MW800MWh集中式共享储能电站”1.5新型储能市场空间规模广大CNESA，国海证券研究所CNESA，国海证券研究所 据CNESA 统计， 截至2021 年底， 中国已投运电力储能项目累计装机规模46 . 1 GW ， 占全球市场总规模的22

24、 % 。其中， 抽水 蓄能的累计装机规模为39 . 8 GW， 占比为86 . 3 %， 较去年同期下降3 个百分点； 市场增量主要来自新型储能， 累计装机规模达 到5 . 73 GW， 同比增长75 %， 占比达12 . 5 %。随着电力市场的逐渐完善， 储能供应链配套， 新型储能凭借建设周期短、环境影响小、选址要求低等优势， 在市场中将呈现 稳步、快速增长的趋势。据CNESA 预测， 保守场景下新型储能累计装机规模在2022 - 2026 年的年均复合增长率为53 . 3 % ， 2026 年将达到48 . 5 GW ； 理想场景下， 在2022 - 2026 年的年均复合增长率有望达到

25、69 . 2 % ， 预计2026 年累计规模将达到79 . 5 GW。图表：中国电力储能市场结构（2021年）图表：中国新型储能市场累计装机规模新型储能市场 累计装机规模 新型储能市场理 累计装机规模 水 能 新型储能 融 储 1.52026 年钒电池新增装机量有望达4 . 93 G WCNESA，EVTANK，华经产业网，国海证券研究所测算CNESA，EVTANK，华经产业网，国海证券研究所 基于中性考虑， 我们预计未来新型储能累计装机规模将介于CNESA保守与理想场景之间， 至2026 年累计装机 规模约为63. 98 GW（ 取保守与理想预测的均值）。同时， 考虑未来随着产业链成熟化发

26、展、以及伴随规模效应降本等多种因素影响下， 钒液流电池累计装机规模 将快速增长， 渗透率也将逐步提升， 预计到2026 年将达16 %。在这样的基础上， 我们测算出到2026 年钒液流电 池新增装机规模将达4 . 93 GW， 累计装机规模将达到10 . 24 GW。图表：钒液流电池渗透率变化图表：钒液流电池累计装机规模（GW)钒液流电池新 装机规模钒液流电池累计装机规模 年份新型储能累计 装机规模(GW)钒电池累计装机 规模在新型 储能占比( )钒电池累计 装机规模(GW)钒电池新增 装机规模(GW)20203.283.00.100.0820215.734.00.230.132022E9.2

27、46.00.550.322023E14.938.51.270.722024E24.2011.02.661.392025E39.3013.55.312.642026E63.9816.010.244.931.6钒电池由电堆、电解液、循环泵及其他结构性组件构成四氟乙烯三氧化硫碳酸钠碳毡石墨毡钒钛磁铁矿石煤钒矿全氟磺酸膜（离子交换膜）电极电堆五氧化二钒硫酸电解液循环泵，密封， 其他全钒液流电池全钒液流电池电极研究进展，钒液流电池电解液研究综述，氢云链微信公众号， 国海证券研究所全钒液流电池主要由电堆、电解液、及循环泵等其他结构性部件构成， 其中电堆主要包括离子交换膜、电极、双极板、垫片、 集流板等。图

28、表：钒电池产业链1.6离子交换膜和电极是钒电池性能、成本优化的关键电解液 电堆 资料来源：华经产业网，国海证券研究所 系统 电堆是钒电池的主体部分， 在钒电池成本中占比35 % ， 其核心在于离子交换膜、电极和双极板。离子交换膜用于阻隔正负极电 解液， 选择性通过符合条件的粒子， 既使得电路形成闭合， 又阻碍了电解液间不同价态钒离子因交叉污染引起的自放电现象； 电极是电化学反应发生的场所； 双极板表面刻印有流道从而降低系统内电解液流动的压力损失， 降低泵功。电解液是钒电池材料成本的主要来源， 占比35%， 工业领域多使用硫酸和V 2 O 5 作为钒电解液的原料， 其技术路线是一种是基 于电化学

29、溶解的方式， 在电解池的阴极将V 2 O 5 粉末溶于一定浓度的硫酸， 电解池阳极电解液仅使用于阴极等浓度的硫酸， 最 终可得到四种不同价态的钒离子硫酸溶液。产业链的技术层面上， 未来的发展趋势为通过改进电极、离子交换膜等设计来实现能量转化率的提升。据IRENA预测， 全钒液流电池的能量转化效率预计将从2016 年的60 % - 85% 提高到2030 年的67 % - 95%。图表：钒电池成本结构其 目录钒电池进入快速发展期储能打开钒需求增长新空间质子交换膜迎来新应用碳毡电极带动碳纤维需求增长建议关注标的风险提示2. 储能打开钒需求增长新空间2.1 国内钒电解液产能较为集中， 钒资源企业积极

30、布局电解液是钒电池的重要组分， 国内产能较为集中， 据不完全统计， 国内目前钒电池电解液产能约7 . 5 万立方米， 其中大连博融 新材料约6 . 6 万立方米。同时钒资源企业积极入局， 中核钛白与伟力得拟合作新建30 万立方米/ 年电解液项目， 同时河钢股份、 攀钢钒钛也积极进行电解液产能布局。2.2 国内钒储量丰富， 钢铁冶金加工得到的钒渣为主要来源据USGS测算， 2021 年全球钒矿石已探明可供开采的储量为2400 万吨， 中国储量为950 万吨， 占比分别为39 . 6 %， 位居世界第 一。目前， 国内约0 . 3 % 的钒产量直接来自于钒钛磁铁矿； 约87% 的钒来自于钒钛磁铁矿

31、经钢铁冶金加工得到的钒渣； 约12 . 7 % 的钒由二次回收的含钒副产品及含钒石煤生产。2.3 攀钢钒钛是国内钒产品龙头， 龙佰等企业积极布局截至2021 年， 国内五氧化二钒产能达17 . 14 万吨， 其中攀钢钒钛产能达4 万吨， 位居全国第一。同时， 龙佰等企业积极布局，其中龙佰拟投资25 亿元建设年产3 万吨五氧化二钒创新示范工程。2.4 钢铁行业是钒主要下游应用， 钒电池将打开成长新空间国内钒需求量2021 年约13 . 5 万吨（ 按五氧化二钒计）， 其中95% 以上的钒产品应用在钢铁领域， 约3% 应用在钛合金及化工行 业，其余约2% 应用在钒储能和其他领域。随着钒电池快速发展

32、， 预计2026 年钒电池对五氧化二钒的需求量将达4 . 4 万吨， 打 开钒需求增长新空间， 这也将带动钒产品中长期呈现供需趋紧态势。2.1电解液是钒电池重要组分电解液是钒电池的重要组分， 占钒电池成本比例约40 %。钒电池正极电解液由含有V 5 + 和V 4 + 离子的硫酸溶液组成， 在溶液中的 存在形式为VO 2 + 和VO 2 +， 负极电解液是由含有V 2 + 和V 3 + 离子的硫酸溶液组成。由于V 2 O 5 溶解度小， 不能直接由V 2 O 5 粉末溶解到酸性溶液中制备电解液。出于经济性考虑， 工业上常采用电化学溶解法或 化学还原法助溶得到高浓度钒离子溶液。前者先将少量V 2

33、O 5 粉末溶于硫酸， 通过外加电源和持续投料， 最后在电解池阴极得 到等浓度的V（ ） 和V（ ） 溶液， 可直接用于钒电池充放电循环。后者是将V 2 O 5 粉末混合于硫酸后， 再加入草酸或水合肼 等还原剂， 得到V（ ） 溶液， 单一价态溶液最后再通过电解获得不同价态的钒电池用电解液。图表：钒电池电解液 备工艺钒氧化还原流电池技术综述，国海证券研究所电化学溶解法V2O5H2SO4VO2+V3+电解助溶V2O5 + 8H+ + 3e- V3+ + VO2+ + 4H2OV2O5H2SO4还原剂VO2+多价态 电解液还原助溶电解化学还原法V2O5 + 4H+ + H2C2O4 2VO2+ +

34、 3H2O + 2CO22.1国内电解液产能较为集中，钒资源企业积极布局国内电解液产能较为集中， 据我们不完全统计， 国内目前钒电池电解液产能约7 . 5万立方米， 主要的生产企业为 大连博融新材料， 产能约6. 7 万立方米， 同时湖南汇锋新材料有0. 5 万立方米产能， 河钢股份有0. 1 万立方米产能、 四川星明能源科技有0. 2 万立方米产能。随着钒电池装机量的增加， 国内其他厂商也开始积极布局钒电池电解液的生产项目， 其中以钒资源企业为主。 中核钛白与伟力得拟合作新建30万立方米/ 年电解液项目， 同时寰泰储能、江西银汇新能源、河钢股份、广西联 储新材料、攀钢钒钛与大连融科均有钒电池

35、电解液的产能布局。图表：国内电解液现有产能较为集中资料来源：环评报告，相关公司公告，相关公司官 网，铁合金在线网，国海证券研究所图表：钒资源企业积极布局电解液资料来源：环评报告，相关公司公告，北极星储能网， 国海证券研究所公司产能（万立方米）大连博融新材料约6.7（1GW）湖南汇锋高新能源0.5四川星明能源科技0.2河钢股份0.1总计7.5公司产能（万立方米）中核钛白-伟力得30寰泰储能9江西银汇新能源6.6河钢股份5广西联储新材料0.6攀钢钒钛-大连融科0.2总计51.4图表：自然界中的钒矿石资料来源：矿材网图表：不同钒矿石的区别资料来源：矿材网，国海证券研究所2.2电解液上游原料主要为钒电

36、解液上游原料主要为钒， 自然界中钒很难以单体形式存在， 主要以钒矿的形式存在， 钒矿是含有钒的矿物， 包括钒钛磁铁矿、含钒石煤、钾钒铀矿和石油伴生矿等。我国钒矿资源主要是钒钛磁铁矿和含钒石煤。矿物类型主要成分主要特征主要产地钒钛磁铁矿FeOV2O3尖晶石形态四川攀枝花、河北承德、南非含钒石煤V2O5呈黑色，具有半亮光泽湖南、湖北、广西钾钒铀矿K2O2UO3V2O5浅黄色或浅绿黄色矿石美国石油伴生矿较为复杂寄生在石油中中美洲国家2.2钒矿石主要来自钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工得到的钒渣据统计，2020 年全球约13 . 8 % 的钒产量直接来自于钒钛磁铁矿； 约74 . 8 % 的钒来自于钒钛磁铁矿

37、经钢铁冶金加 工得到的钒渣； 约11 . 4 % 的钒由二次回收的含钒副产品（ 含钒燃油灰渣、废化学催化剂等） 及含钒石煤生产。2020 年国内约0 . 3 % 的钒产量直接来自于钒钛磁铁矿； 约87 % 的钒来自于钒钛磁铁矿经钢铁冶金加工得到的钒渣； 约12 . 7 % 的钒由二次回收的含钒副产品（ 含钒燃油灰渣、废化学催化剂等） 及含钒石煤生产。图表：全球钒矿石生产方式分布（2020年）2020年全球钒工业发展报告，国海证券研究所图表：国内钒矿石生产方式分布（2020年）2020年全球钒工业发展报告，国海证券研究所2.2我国钒矿石储量和产量位居全球第一据USGS测算， 2021 年全球钒矿

38、石已探明可供开采的储量为2400 万吨， 全球四分之三的钒矿石资源主要集中在 中国、俄罗斯与南非， 已探明可开采的储量分别为950 、500 和350 万吨， 占比分别为39 . 6 %、20. 8 % 和14. 6 %。 同时2021 年全球钒矿石产量为11 万吨， 中国产量为7. 3 万吨，占比66. 4%，位居世界第一。据USUG数据， 2016 年中国的钒矿石储量从2015 年的510 万吨增加到了900 万吨， 因此2016- 2019 年的钒矿石静态开采年限均位于180年以上， 近年来随着产量增加， 静态开采年限逐渐降低，2021 年为130. 14 年。图表：全球钒矿石产量分布（

39、2021年）USGS 2022，国海证券研究所图表：全球钒矿石储量分布(2021年)USGS 2022，国海证券研究所图表：全球钒矿石储量分布(2021年)Wind，USGS 2022，国海证券研究所 中国 其 国 大利 中国 其 国内钒矿石产量（ ）全球钒矿石产量（ ） 国内 开 年 （年）全球 开 年 （年）图表：国内企业钒矿石相关产能分布(2021年)资料来源：河钢股份公司公告，百川盈孚，2020 年全球钒工业发展报告，国海证券研究所2.3攀钢钒钛是国内钒产品龙头国内企业的钒产品原料主要为副产炼钢的钒渣， 产能规模较大的企业主要有攀钢钒钛、河钢集团承钢公司、北 京建龙重工、成渝钒钛以及四

40、川德胜集团等， 其中攀钢钒钛的产能为4 万吨/ 年， 位居全国第一。地区名称产能(折V2O5)/万吨原料西南攀钢钒钛4.00钒渣华北河钢股份2.20钒渣西南成渝钒钛2.00钒渣华北、东北北京建龙集团1.92钒渣西南四川德胜钒钛1.00钒渣西南达钢集团0.72钒渣西北五洲矿业0.50石煤（碳质页岩）华中玉典钒业0.42东北虹京实业0.40中国其他厂商3.98钒渣、废催化剂、富钒磷铁、石煤总计17.14图表：国内五氧化二钒在建产能资料来源：龙佰集团公司公告，相关公司官网，北极星电力网，国海证券研究所2.3龙佰等企业积极布局钒产品新产能龙佰集团于2022 年7 月发布公告拟投资25 亿元建设年产3

41、万吨五氧化二钒创新示范工程， 项目分期实施， 一期建 设年产1 . 5 万吨98 % V2 O5 和360万吨铁精矿碱性球团； 二期建设年产1 . 5 万吨V2 O 5 和360 万吨铁精矿碱性球团， 最终达到年产3 . 0 万吨98 % V2 O5 和720 万吨铁精矿碱性球团， 建设周期31 个月。陕西秦枫科技于2022 年2 月在陕西商南县举行年产1 . 1 万吨五氧化二钒项目开工仪式， 该项目拟投资8 . 9 亿元。湖北工建集团于2021 年4 月在湖北宜都签约钒电材料生产及钒电池项目， 总投资10 亿元， 一期建设年产3000 吨 五氧化二钒生产线， 二期建设年产6 GWh钒电池生产

42、线。地区名称产能(折V2O5)/万吨投资额预计投产时间四川攀枝花龙佰集团325 亿元2024-2025陕西商南秦枫科技1.18.9 亿元2024-2025湖北宜都湖北工建集团0.310 亿元总计4.42.4钒下游应用领域广泛钢铁行业细化钢组织和精粒，降低过热敏感性；提高韧性、强度和服役性能；增加淬火钢的回火稳定性钒硅钙、钒硅铁、钒锰铁、氮化钒铁、钒钛硅、钒铝合金、钒碳与钒氮合金航空工业钒、铝元素改良钛合金，使其具有良好的延展性、 很好的强度、耐腐蚀、轻盈等优点发动机、太空舱骨架、火箭发动机外壳蒸 汽锅轮机叶片化工催化化工及相关行业中，钒基催化剂是非常重要的化 催化剂，其催化机理是基于钒的配位作

43、用钒系催化剂用于聚合、烷基化、氨化反应、 氧化脱氢反应及醋酸生产等方面钒电池钒系正极材料比容量高，制备成锂电池可实现存 放电，且价格相对低廉钒电池(全钒氧化还原液流电池)医疗钒可以促进糖的代谢，促进血红细胞生长，具有 良好的类胰岛素作用连麦氧钒胶囊钒的应用研究综述，国海证券研究所在现代工业中， 钒铁和金属钒主要应用于钢铁冶金和航空航天行业； 含钒化合物应用于化工和电池行业； 钒元 素作为材料添加剂， 可用于硬质合金、磁性、超导及核反应堆材料等； 钒的氧化物及其化合物充当着色剂可有 效应用在玻璃和陶瓷工业； 最后， 作为新型领域， 钒还用于生产钒电池、稀土钒、钒纳米和钒薄膜材料等高科 技材料。图

44、表：钒的下游应用领域2.4钢铁行业是钒主要下游应用据国际钒技术委员会统计， 全球钒需求量2021 年约12 . 04 万吨，大约90% 的钒以钒合金的形式消费于钢铁行业中， 大约5% 以钒 铝中间合金的形式用于钛合金， 其余大约5% 应用于化工及其他行业。国内95 % 以上的钒产品应用在钢铁领域， 约3% 应用在钛合金及化工行业， 其余约2% 应用在钒储能和其他领域。图表：钒的全球下游消费结构（2021年）资料来源：攀钢钒钛公司公告，国海证券研究所图表：钒的国内下游消费结构（2021年）资料来源：攀钢钒钛公司公告，国海证券研究所2.4钒电池对钒的需求将快速提升我们按照1 kwh钒电池电解液预计

45、将消耗9 千克五氧化二钒测算， 2021 年国内钒液流电池新增装机规模约为0 . 13 GW， 消耗的五氧化二钒约有0 . 12 万吨。根据前文对钒电池的规模预测， 预计2026 年钒电池新增装机量将达 到4 . 93 GW， 消耗的五氧化二钒将达到4 . 44 万吨。 图表：钒电池对钒的需求CNESA，EVTANK，华经产业网，国海证券研究所年份202020212022E2023E2024E2025E2026E钒液流电池新增装机规模(GW)0.080.130.320.721.392.644.93五氧化二钒单耗(万吨/GW)0.90.90.90.90.90.90.9五氧化二钒消耗量（万吨）0.

46、070.120.290.641.252.384.442.4钒电池快速发展将带动钒产品供需趋紧图表：国内五氧化二钒供需平衡表资料来源：百川资讯，攀钢钒钛公司公告，四川钒钛钢铁产业协会，国海证券研究所测算以V2 O5 计， 2021 年国内产能达17 . 14 万吨， 产量13 . 6 万吨， 表观消费量13 . 5 万吨。随着钒电池的快速推广， 预 计2025 年国内表观消费量将达17 . 4 万吨， 产能利用率将逐步提升， 呈现供需趋紧态势。202020212022E2023E2024E2025E名义产能（万吨）17.1417.1417.1417.1418.6421.24产能利用率747983

47、878683产量（万吨)12.6013.6014.1614.9316.0517.68进口量（万吨）0.920.260.270.280.300.28出口量（万吨）0.450.380.390.410.500.52表观消费量（万吨）13.0713.4814.0414.8015.8517.44表观消费量增速（ ）3.144.185.427.0510.02目录钒电池进入快速发展期储能打开钒需求增长新空间质子交换膜迎来新应用碳毡电极带动碳纤维需求增长建议关注标的风险提示3. 质子交换膜迎来新应用3 . 1 全氟磺酸质子交换膜为目前钒电主流离子交换膜是钒电池中的重要结构部件， 其可以分隔阴阳极电解液， 选择

48、性地通过符合条件的粒子。目前商业领域广泛采用 的是全氟磺酸质子交换膜， 由于其主链的碳氟结构， 使得膜具有优异的化学稳定性、水稳定性和较高的机械稳定性， 同时有 较高的质子导电能力。钒电池也是质子交换膜除PEM电解槽和燃料电池外， 又一应用领域。3.2 国外企业占据主导地位， 东岳等国内企业积极突破质子交换膜由于制备工艺复杂， 长期被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。目前， 以东岳、科润为代表的国内 企业也致力于质子交换膜的国产化， 东岳50 万平米质子交换膜已于2020 年投产。同时， 融科为代表的钒电池厂商也在钒电池 用离子交换膜领域持续投入研究， 同时在质子交换膜改性上也加大研

49、发， 有望成功自主研发可大量工业生产的钒电池用离子 交换膜。3.3 钒电池用质子交换膜市场有望达63 亿元每生产1 MW的钒电池所需要消耗的离子交换膜约为830 m 2 ， 随着钒电池在储能领域的快速发展， 预计2026 年钒液流电池新 增装机规模将达4 . 93 GW ， 消耗的质子交换膜将达到409 . 33 万平方米, 对应市场规模可达63 亿元。3.1离子交换膜是钒电池关键构件离子交换膜是钒液流电池中的重要结构部件， 其可以分隔阴阳极电解液， 选择性地通过符合条件的粒子， 既使得电路形成闭合， 又阻碍了电解液间不同价态钒离子因交叉污染引起的自放电现象。钒氧化还原流电池的膜应该具有以下特

50、性： 对钒离子和水分子的渗透率要低， 降低自放电倾向； 对质子或选择性阴离子（ 硫酸根离子） 有高的传输能力， 减小膜的电阻， 降低因膜内阻造成的效率损失； 优良的循环稳定性和化学稳定性； 较低的制造成本。图表：钒电池离子膜主要性能要求钒氧化还原流电池技术综述，国海证券研究所关键指标性能要求钒离子渗透率对钒离子和水分子的渗透率要低，降低自放电倾向选择性离子传输能力对质子或选择性阴离子（硫酸根离子）有高的传输能力，减小膜的电阻，降低因膜内阻造成的效率损失，提高电池效率化学稳定性优良的循环稳定性和化学稳定性，使得薄膜在酸性条件下的寿命长制造成本较低的制造成本，有利于隔膜和钒电池的广泛应用3.1离子

51、交换膜是钒电池关键构件根据附着于膜上离子官能团的带电情况， 离子交换膜可以分为阳离子交换膜、阴离子交换膜以及两性离子交换膜。目前钒液流电池大都选用阳离子交换膜， 阳离子交换膜中起离子传输作用的是带负电的基团（ 磺酸基- SO 3 H，羧基- COOH， 酚羟基- OH等）， 阳离子交换膜具有良好的化学稳定性和质子传输能力， 但离子选择性较差， 钒离子在膜中的通量较高。阴离子交换膜中起离子传输作用的是带正电的基团（ 如： 季胺基- NRH 3 等能解离出氢氧根离子的基团）， 阴离子交换膜允许阴离子（ 如： 硫酸根离子） 作为电荷载体形成闭合回路， 有效地抑制钒离子的扩散， 但电导率较低， 内阻较

52、大。两性离子交换膜拥有两种类型的官能团， 带正电的官能团能阻挡钒离子传输， 从而抑制钒离子的交叉污染， 而带负电的官能团 可以保证较高的质子传导率， 增强膜的导电性。然而， 离子传输能力与离子选择性具有矛盾性， 很难兼顾， 导致两性离子交换 膜两种官能团的配比多样， 膜制造工艺复杂， 成本较高。图表：离子交换膜比较钒氧化还原流电池技术综述，国海证券研究所隔膜类型优点缺点代表膜材质阳离子交换膜良好的化学稳定性、质子传输能力强离子选择性较差全氟磺酸膜阴离子交换膜离子选择性强，防止钒离子的交叉污染电导率较低，内阻大季铵盐功能化膜两性离子交换膜具备阳离子、阴离子交换膜的优点，离子传输能力和离子选择性方

53、面较好膜制造工艺复杂，成本较高磺化聚酰亚胺膜3.1钒电池的商用隔膜主要为全氟磺酸膜目前商业领域广泛采用的是以美国杜邦公司生产的Nafion膜为代表的全氟磺酸膜， 是一种质子交换膜。全氟磺酸膜主链主要是由高度疏水的碳氟骨架构成， 而亲水磺酸基则分布在侧链上， 这些基团容易聚在一起形成若干富离子区 域， 这些富离子区域彼此相连形成有利于质子传递的通道， 从而形成较高的质子导电能力。而由于主链的碳氟结构， 使得膜具 有优异的化学稳定性、水稳定性和较高的机械稳定性。然而全氟磺酸膜离子选择性一般， 钒离子在膜中的通量较高， 会导致阴阳极电解液交叉污染， 电池的库伦效率还有较大提升空 间。为此也可以对全氟

54、磺酸膜进行适当改性， 以提高其离子选择性。目前主要改性方式包括向全氟磺酸膜中加入无机物（ Si O 2 、Ti O 2 等） 添加剂填充离子传输通道、使用聚醚对膜表面进行修正、 在膜表面涂敷磺化有机硅、与其他质子膜进行热压处理以及在膜孔中引入亲水纳米颗粒等方式， 制成阳离子复合膜， 从而降低 因钒离子在膜中的传输造成的交叉污染。图表：钒电池的商用隔膜主要为全氟磺酸膜燃料电池用质子交换膜产业分析3.2国外企业在质子交换膜市场仍占主导地位质子交换膜由于制备工艺复杂， 长期被杜邦、戈尔、旭硝子等美国和日本少数厂家垄断。杜邦是全球最早开发并销售质子交换膜的企业， 早在1962 年就开发出性能优良的全氟

55、磺酸型质子交换膜， 即Nafion系列产品， 截至目前Nafion膜也是全球使用最广泛的。目前， 国外品牌全氟磺酸膜价格相对较高， 以Nafion 117 为例， 价格在500 - 1000 美元/ 平方米； Nafion 212 价格在300 - 400 美元/ 平方米， 高价膜也一定程度抑制钒电池的推广。以东岳、科润为代表的国内企业也致力于质子交换膜的国产化， 目前主要集中 在主流需求的全氟磺酸质子交换膜的生产以及技术攻关上。图表：市场上质子交换膜产品仍以国外品牌为主最具潜力的电解水 氢技术PEM ，东岳未来氢能材料官网，国海证券研究所厂家膜型号厚度/m每摩尔磷酸盐基团的聚合物干重 EW值

56、/(gmol-1）特点杜邦NafionTM系列膜25-2501100-1200全氟型磺酸膜，市场占有率高，高湿度下导电率高，低温下电流密度大，质子传到电阻晓，化学稳定性强陶氏XUS-B204膜125800含氟侧链短，难合成，价格高戈尔GORE-SELECT复合膜基于膨体聚四氟乙烯的专有增强膜技术形成的改性全氟 型磺酸膜，具有超薄、耐用、高功率密度的特性，适用 燃料电池旭硝子Flemion系列膜50-1201000支链较长，性能接近Nafion膜旭化成Aciplex-S膜25-10001000-1200支链较长，性能接近Nafion膜东岳集团DF988/DF280150-150800-1200短

57、链全氟磺酸膜，适用于水电解制氢、燃料电池DMV85050内部存在增强材料复合，具有厚度薄、强度大、溶胀度低、尺寸稳定性高、耐久性好等特点，可广泛应用于全钒液流电池、铁铬液流电池等领域3.2东岳集团是国内领先质子交换膜生产商东岳集团是国内目前最为领先的质子交换膜生产厂商， 由于其自身具有比较完备的氟化工产业链， 在质子膜研发和制造上具有优 势， 目前已具备规模化量产的能力。2020 年11 月，东岳150 万平米质子交换膜生产线一期工程投产， 一期产能主要包括50 万平米质子交换膜， 一期投产标志我国质 子交换膜的技术和生产规模迈入全球领先行列， 剩余100 万平米质子膜将在三期建设。同时， 国

58、内另一大产商江苏科润100 万平米质子交换膜项目也已于2021 年2 月开工， 预计于2023 年分两期建设完毕。东岳150 万平米生产线和科润100 万平米项目， 是目前国内质子交换膜规模化量产的主要运营和在建项目， 随着技术的不断突破， 国产质子交换膜实现进口替代， 空间广大。图表：东岳质子交换膜发展历史公司官网，Trendbank，国海证券研究所2012质子交换膜寿命 达800h。 奔驰 -福特公司合作 进行量产氢燃料电池车 的稳定性、适应性和经 济性的科研公关。投资创建东岳未 来氢能材料有 公司成功开发三种新样 品，并进入批量化 试生产阶段 AFCC签约联合开发协 议。20132014

59、2016公司DF260 膜应用于奔 驰- 福特公司第一批量 产燃料电池汽车。20172018150 玩平米质子交 换膜一期工程投产20203.2东岳DM W 850 膜性能仍有提升空间，价格具有较大优势Nafion官网，国海证券研究所目前， 东岳生产的液流电池膜主要为DMV 850 ， 其内部存在增强材料复合， 具有阳离子单向通过特性的质子交换膜， 具有厚度 薄、强度大、溶胀度低、尺寸稳定性高、耐久性好等特点， 可广泛应用于全钒液流电池、铁铬液流电池等领域。杜邦目前可用 于储能领域的Nafion磺酸膜主要包括NR 211 、NR 212 、N 115 、N 117 ， 其中与东岳DMV 850

60、 厚度相近的为NR 212 。从机械强度来看， DMW 850 拉伸强度在20 Mpa， NR 212 在32 Mpa； DMW 850 断裂伸长率在200%， NR 212 在352 %/ 343 %，东 岳DMW 850 在机械强度方面仍有提升空间。从含水量看， 东岳DMW 850 为3%- 5%， NR 212 为5%- 8%， Nafion膜较高电导率预示其有较好的电导率。价格方面， 目前东岳质子交换膜价格在1000 - 1500 元/ 平方米， 优势较为显著。图表：杜邦科慕Nafion膜主要性能指标图表：东岳钒电池用DMV850质子交换膜性能参数东岳未来氢能公司官网，国海证券研究所性