2022-06-30 16:21:02

新能源汽车快充行业报告:从电池材料、零部件看投资机会

新能源汽车发展的核心痛点—里程焦虑。解决里程焦虑有两种途径:1)提续航;2)提充电速率。这是此时提快充?提续航边际难度增大+效用递减,快充成为缓解里程焦虑的发力点。


提升续航里程边际难度加大+效用递减。过去10年,宁德通过升级化学材料将电池包能量密度提升了两倍达到180wh/kg,让电动 车续航里程从不到200公里提升到超过700公里。此外主流车续航在400公里以上,已能满足消费者的基本通勤需求,继续往上提 升技术难度加大效用递减。


提升充电速率成为新的发力点。消费者续航焦虑逐步化解的同时,但伴随而来的是,需求侧对充电便捷性的考量。能否像传统车 加油一样实现快速充电,成为用户端关注的新“痛点”。


快充是什么?即大功率充电,可理解为充电功率大于125KW。业内没有清晰的定义何为“快充”,我们将其定义为充电功率大于125kw。行业对大功率充电(快充)没有明确规定,属于较宽泛的行业术语,我们认为可理解为 125 kW 以上的充电功率为大功率。


目前特斯拉第二代充电技术的最大功率为 120 kW,特斯拉第三代充电技术的最大充电功率能达到 250 kW(这个对应到充电时间,60度电的车充电时间=60/250=0.48h约等于30min, 但需要注意实际不能一直保持最大功率充电)。


800V高电压是实现超级快充的重要途经

中国科学院院士欧阳明高在多个场合坦言,解决充电的后顾之忧,需要更大功率的快充技术,超级快充是大势所趋,行业需要推 进电动汽车采用800V甚至更高的电压平台架构。


自保时捷Taycan全球首次推出800V高电压电气架构以来,2021年,国内外车企掀起一轮800V电压平台车型发布潮,以图抢占 大功率快充新高地。国内:比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想等国内主机厂也相继推出或计划推出800V平台。


海外:宝马、通用、起亚、现代、戴姆勒、Lucid等启动800V高压平台的研发与布局,部分已发布800V平台架构或规划。如起亚 EV6全系车型支持400V和800V充电,电量从30%到80%仅14分钟;现代IONIQ5最新800V高电压平台支持高达350kW的超大功率充电。

充的投资机会在于:

电芯材料、电池和800V高电压趋势下的零部件

电芯材料和电池

衡量电池的快充即电芯的倍率性能,高倍率需解决析锂副反应和热效应。


目前主流的动力电池包,已经能够支持2C充电倍率(充电倍率是充电快慢的一种量度,充电倍率=充电电流/电池额定容量)。充 放电倍率决定了电芯的脱嵌锂反应的速率,同时也会伴随不同程度的产热或析锂,倍率越高析锂和产热越严重。


析锂副反应:锂离子电池是基于锂嵌入反应设计,但是当负极电流过大或温度过低时,负极电位低于Li/Li+参考电极的电位时,可 能会发生锂金属电池才有的锂转化反应,产生金属锂,这也就是所谓的析锂,随着更多的锂在SEI膜下沉积使得SEI膜破裂,锂表 面又生成新的SEI膜,锂盐浓度逐渐降低。锂金属开始垂直于极片表面生长,形成锂枝晶。如果枝晶刺破隔膜导致内短路会较快 电池产热。


热效应:根据焦耳定律,发热量是电流的平方关系,800V高电压只是降低了充电线缆中的发热量,而锂离子电池单体电芯的电 压是不可能大幅提高的,它们必须忍受大电流带来的发热量两方面问题:1)发热总量:电芯本身的散热性能和电池包整体的散 热性能都需要加强;2)不均匀性:在快充时电芯内部的最大温差高达10°C以上,正极温度最高。


实现快充关键在于负极,从而衍生出导电剂、电解液添加剂、粘结剂的需求。


负极对快充的影响强于正极。多项研究表明,正极的降解和正极CEI膜的增长对传统锂离子电池的快充没有影响。影响锂沉积和 沉积结构(析锂)的因素包括:1.)锂离子在负极内的扩散速率(考虑石墨改性,通过加导电剂提升离子导电性);2)负极界面 处电解质的浓度梯度;3) 电极/电解质界面的副反应(改善电解液添加剂)。


实现快充对材料产业链影响如下:

负极:1)对石墨材料进行改性处理(表面包覆、混合无定型碳);2)采用硅负极。硅从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道, 而石墨只能从层状的端面方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,且硅嵌锂电位高,析锂风险小,能够容忍更大的充电电流(Si:0.4V vs C:0.1V)。


导电剂:碳纳米管CNT在对石墨材料和硅负极的处理上均有应用。石墨负极可以加CNT改性,硅负极离子导电性大大低于石墨负 极,需添加高性能导电剂(单壁碳管)改善。


电解液:在以酯类有机物为溶剂(碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯)(EC/EMC)的常规电解液中,含双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)的电解液具有 比含其他锂盐(LiFSI > LiPF6 > LiTFSI> LiClO4 >LiBF4 )电解液更高的电导率,且其含氟量较低,更为环保,因此LiFSI更利于 快充。粘结剂:若采用硅负极,负极粘结剂采用PAA更为匹配(石墨体系下是SBR)。


硅负极:预计25年全球市场空间有望达300亿+,21-25年复合增速135%


我们预计23/25年全球硅负极需求量有望达12/52万吨,市场空间88/319亿元。核心假设如下:


负极需求:根据鑫椤锂电数据,21年负极全球产量88万吨,我们预计22年增速在55%,后续在40%。


硅基负极渗透率:21年为历史数据,我们预计硅负极在23年迎来放量拐点预计渗透率达6.5%,25年达14%,渗透率的假设和大圆 柱放量相匹配。21年大圆柱未放量下硅负极渗透率在1.5%,23-25年大圆柱驱动下,硅负极渗透率分别在6.5%、9.5%、14%。


硅基负极单价:根据硅纯品价格和人造石墨价格按照加权平均而得,纯品硅掺杂比例在提升22年在5%,预计25年达10%,纯品硅 价格22年在45万元/吨,25年降至30万元/吨,人造石墨22年在6万元/吨,25年降至4万元/吨。我们预计硅基负极(复合品)22年 单价在8万元/吨。25年降至6.1万元/吨,价格下降但性能显著提升(硅掺杂比例在提升)。


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单壁碳管:碳纳米管(CNTs)是一种新型的石墨材料,分为单壁、双壁和多壁。碳纳米管是由石墨片层卷曲而成的圆柱形结构,直径范围一般