【taycan直流快充】新能源汽车高速充电产业专题报告：从电池材料、零部件看投资机会。

2023-01-21 12:39 42次浏览知识

(报告作者/作者：天风证券、孙小雅)

1、电池2.0时代：快速直通需求疼痛。

为什么现在充电快？提高续航极限难度会降低效用，快速充电成为缓解里程焦虑的发力点。

电动车发展的核心痛点——里程焦虑。有两种方法可以解决里程焦虑。1)延长寿命。2)加快充电速度。

提高续航里程的极限难度，增加效用减少。在过去10年里，宁德市通过化学物质升级，将电池组的能量密度增加了一倍，达到180wh/kg，使电动车的续航里程从不到200公里提高到700公里以上。此外，主流车辆续航400公里以上可以满足消费者的基本通勤需求，不断提高技术难度，增加了效用减少。

提高充电速度成为新的发力点。消费者的续航不安逐渐得到解决，同时伴随着需求方对充电便利性的考虑。能否像传统车加油一样快速充电，成为客户端关注的新“痛点”。

快充是什么？也就是说，可以理解为大功率充电，充电功率在125千瓦以上。

电动车充电分为交流慢充电和直流快充电。要实现“快速充电”，必须依靠直流快速充电。决定充电率的指标是充电功率。

业界对什么是“快速充电”没有明确的定义，而是将充电功率定义为125千瓦以上。业界对大功率充电(快速充电)没有明确规定，用广泛的行业术语来说，125千瓦以上的充电功率可以理解为大功率。需要注意的是，目前特斯拉第二代充电技术的最大功率为120千瓦，特斯拉第三代充电技术的最大充电功率为250千瓦(相当于充电时间，60度电的汽车充电时间=60/250=0.48h约为30min，但实际上无法保持最大功率充电)。

800V高电压是实现超高速充电的重要方法

中国科学院院士欧阳明高多次坦言，要解决充电的后遗症，需要更大功率的快速充电技术，超高速充电是大势所趋，业界应推动电动汽车采用800V以上电压平台架构。

自从保时捷Taycan在全球首次引进800V高压电气架构后，2021年国内外汽车企业掀起了800V电压平台车辆上市浪潮，为抢占高功率，正在快速给新报纸充电。

国内：比亚迪、广汽艾安、华为、极英、极性、鹏、阿拉希、以上等国内主机厂也计划相继推出或推出800V平台。

国外：BMW、通用、起亚、现代、戴姆勒、Lucid等公司已经发布了部分800V平台架构或计划，开始开发和部署800V高压平台。如果起亚EV6电场型号支持400V和800V充电，则功率从30%到80%只有14分钟。最新的IONIQ 5最新的800V高压平台支持高达350千瓦的大容量电力充电。

2快速充电的投资机会是电芯材料、电池、800V高压趋势的零部件

2.1、芯材料和电池

测量电池的快速充电，即灯芯的倍率性能，高倍率需要解决锂副作用和热效应。

目前主流电源电池组已经可以支持2C充电率(充电率是充电速度的衡量标准，充电率=充电电流/电池额定容量)。充放电倍率决定了芯的除锂反应速度，同时伴随着不同程度的热生成或锂分析，比率越高，锂分析和热生产越严重。

锂副作用分析：锂离子电池基于锂插入反应设计，但当阴极电流过大或温度过低时，如果阴极电位低于Li/Li基准电极的电位，就会发生锂金属电池中的锂转换反应。这称为锂分析。随着更多锂沉积在SEI膜下，SEI膜破裂，锂表面生成新的SEI。锂金属开始垂直于极板表面生长，形成锂枝晶。如果枝晶刺穿膜，内短路会更快地使电池发热。

热效应：根据焦耳定律，热值是电流的平方关系，800V高电压会降低充电电缆中的热值，而锂离子电池单体单元的电压不能大幅增加。必须承受高电流引起的热值的两个方面。1)散热：芯本身的散热性能和电池组的整体散热性能都需要加强。2)不均匀性：快速充电时，核心内部的最大温差在10以上，正极温度最高。

快速充电的关键在于阴极，由此衍生出导电剂、电解质添加剂、粘结剂的需求

阴极对快速充电的影响比阳极强。多项研究表明，阳极的分解和正极CEI膜的增加对传统锂离子电池的快速充电没有影响。影响锂沉积和沉积结构(锂分析)的因素有：2)阴极界面上电解质浓度梯度；3)电极/电解质界面的副作用(改善电解质添加剂)。

快速充电对材料产业链的影响如下。

阴极：1)石墨材料的变形处理(表面涂层、混合无定形碳)；2)使用硅阴极。硅在各个方向提供锂离子嵌入和逃逸通道，而石墨只能在层状端面提供锂离子嵌入和逃逸通道，硅锂离子位高，锂分析风险小，可以容忍更大的充电电流(SI33600.4v对C33600.1v)。

导电剂：碳纳米管CNT既适用于石墨材料，也适用于硅阴极的处理。石墨负极可以增加CNT改性，硅负极离子导电性远低于石墨的负极，因此需要增加高性能导电剂(单壁碳管)来改善。

电解质：在以酯类有机物为溶剂(碳酸乙烯/碳酸甲酯)(EC/EMC)的现有电解质中，含有双氟他明锂盐(LiFSI)的电解质为其他锂盐(LiFSI LiPF6 LiTFSI LiClO4 LiBF4)粘合剂：使用硅阴极，阴极粘合剂使用PAA(石墨体系下的SBR)更符合。

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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）。

硅负极：贝特瑞在硅负极研发、量产、客户端全面领先同行

贝特瑞研发和量产供货领先同行。公司2010年取得硅基负极材料的技术突破，并于 2013年实现批量出货，客户系松下、三星。

贝特瑞硅碳、硅氧两手抓，且在持续更新迭代。截至20年，公司硅碳负极已开发至第三代产品，比容量从第一代的650mAh/g提升至第三代的1500mAh/g，正在开发第四代硅碳负极材料产品，硅氧负极部分产品比容量达到1600mAh/g以上。

近期拟扩产4万吨硅负极，我们预计公司硅负极放量拐点或至。22 年2月17日，公司拟扩产4万吨硅基负极，加上现有的3000吨产能，总产能在4.3万吨。

单壁碳管：高性能材料，天奈科技有望在23年放量

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，直径范围一般为一纳米至几百纳米，管状纤维的长度变化范围很大，一般为几微米到几千微米，因此碳纳米管的长径比（长度与直径的比值）范围为一千到十万。碳纳米管可以分为单壁、双壁和多壁碳纳米管，其主要差别在于碳纳米管结构中石墨片层的数目。

单壁碳管是碳纳米管的发展方向，但目前价格高昂。单壁碳纳米管直径更小、长径比更大，理化性能更优、导电性能更好、添加量更少、对能量密度和循环寿命提升效果更为明显，且更适用于硅基负极材料中，因此成为各碳纳米管生产企业未来的重点研究方向。

PAA粘结剂正处于国产替代中，技术溢价带来高毛利，典型企业如茵地乐

锂电粘结剂正经历国产替代过程。锂电用PVDF主要由法国（阿科玛）、日本（吴羽）企业垄断，负极粘结剂SBR、CMC主要由日本企业垄断。正负极粘结剂正经历国产替代过程，正极粘结剂国内企业主要有东岳集团、东阳光（璞泰来持股55%）等，负极粘结剂国内企业有长兴材料（台湾企业，产品为PA系）、茵地乐（产品为PA系）、研一新材料（产品为PA系）。

从电芯倍率和技术储备看看，宁德时代较为领先，已实现4C充电

快充第二大问题热效应考验的是电池厂，此外电芯最终能实现多少倍率快充也考验的是电池厂。目前主流电芯实现的1-2C的充电倍率，从年报数据看，宁德实现的倍率性能上限高于亿纬锂能（其他公司无可比数据），乘用车最大倍率在4C，亿纬锂能在3C。

宁德时代快充技术能充分发挥自主研发的快充型电芯的快充性能，最快5分钟充至80%电量。目前其超快充技术已经涵盖电子网、快离子环、各向同性石墨、超导电解液、高孔隙隔膜、多梯度极片、多极耳、阳极电位监控等。

2.2、零部件

电压平台提升，哪些零部件需要升级？

电驱动系统从400V提升至800V，800V回路中功率器件电压平台要同步提升，高压线、电机设计等相应配套设施都要进行优化，电气系统绝缘、散热系统等也需要升级。

800V回路中，电池、功率器件（电机电控、OBC、 DC-DC，也包括里面的一些零部件：电容、电感等）、PDU(包括继电器、熔断器）、连接器等需要升级。我们重点探讨继电器、熔断器、薄膜电容、电感：

元器件：在450V下，Si-IGBT的实际耐压需求接近650V，而当电压提升到800V，Si-IGBT的实际耐压需求将达到1200V，之前适用于400V 的Si-IGBT模块将不再适用。同时，继电器、熔断器、薄膜电容也会受到高压的影响，使用寿命会出现下降，需要选择具有更高的耐压值的元器件。

合金软磁粉芯：随着充电电压达到800V，需要升压电感进行升压，特别是PHEV车型，须安装升压模块，对软磁合金粉芯使用需求提升。纯电动汽车金属磁粉用量为0.6-0.8kg/辆，混动汽车用量为2-3kg/辆。

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