新能源汽车快充行业专题报告：从电池材料、零部件看投资机会-有驾

【1、电池2.0时代：快充直击需求痛点】

为啥这时候说起快充呢？提升续航越来越难，而且效果也越来越差，快充就成了缓解里程焦虑的一个着力点。

电动车发展的关键痛点就是里程焦虑。要解决里程焦虑，有两个办法：一是提高续航能力，二是提升充电速度。

续航里程越往上提升，难度就越大，效用还递减。过去10年，宁德靠着升级化学材料，把电池包能量密度提高到原来的三倍，达到了180wh/kg，这就使得电动车的续航里程从不到200公里增长到超过700公里。而且，主流车续航在400公里以上，基本能满足消费者的通勤需求了，再继续提升的话，技术难度会更大，效用还会降低。

快充是啥呢？就是大功率充电，能理解成充电功率超过125KW。

电动车充电有交流慢充和直流快充这两种方式，要是想实现“快充”就得靠直流快充，充电功率这个指标决定着充电的速率。

业内没给“快充”下一个清晰的定义，我们把充电功率大于125kw的叫做“快充”。在行业里，大功率充电（快充）没有明确的规定，这是个比较宽泛的行业术语，我们觉得125kW以上的充电功率就可以看成是大功率。现在特斯拉第二代充电技术最大功率是120kW，特斯拉第三代充电技术最大充电功率能达到250kW（要是对应到充电时间的话，60度电的车充电时间就是60除以250等于0.48小时，差不多就是30分钟，不过得注意，实际充电的时候不能一直保持最大功率）。

800V的高电压是达成超级快充的关键途径。

中国科学院院士欧阳明高在不少场合都直白地说，要消除充电方面的担忧，就得有更大功率的快充技术，超级快充是必然的发展方向，行业必须推动电动汽车采用800V甚至更高的电压平台架构。

自从保时捷Taycan在全球第一个推出800V高电压电气架构之后，2021年的时候，国内外的车企就掀起了一股发布800V电压平台车型的热潮，想要抢占大功率快充这个新高地。

国内的比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想这些主机厂，也都已经相继推出或者打算推出800V平台了。

海外的宝马、通用、起亚、现代、戴姆勒、Lucid等，都开始进行800V高压平台的研发和布局了，有一部分已经公布了800V平台架构或者相关规划。就像起亚的EV6所有车型，既能用400V充电，也能用800V充电，电量从30%充到80%只要14分钟；现代IONIQ 5新的800V高电压平台，能支持最高达350kW的大功率充电。

【2 快充的投资机会在于：电芯材料、电池和800V高电压趋势下的零部件】

2.1、电芯的材料以及电池

电芯的倍率性能可以用来衡量电池的快充情况，要是倍率高的话，就得解决析锂副反应和热效应的问题。

现在那些主流的动力电池包，已经可以支持2C的充电倍率了（充电倍率就是衡量充电快慢的一个标准，充电倍率等于充电电流除以电池额定容量）。电芯脱嵌锂反应的速度是由充放电倍率决定的，而且在这个过程中还会有不同程度的产热或者析锂现象，倍率越高，析锂和产热就越厉害。

析锂副反应：锂离子电池是按照锂嵌入反应来设计的。不过呢，要是负极电流太大或者温度太低，负极的电位比Li/Li+参考电极的电位还低的时候，就可能出现只有锂金属电池才有的锂转化反应，这样就会产生金属锂，这就是析锂啦。更多的锂在SEI膜下沉积的话，SEI膜会破裂，锂的表面又会生成新的SEI膜，锂盐的浓度就慢慢降低了。锂金属开始朝着垂直于极片表面的方向生长，就形成了锂枝晶。要是枝晶把隔膜刺破了，造成内短路，电池就会很快发热。

热效应方面，按照焦耳定律，发热量和电流是平方关系。800V的高电压呢，只是让充电线缆里的发热量降下来了。可是锂离子电池单个电芯的电压没办法大幅提高啊，所以它们得承受大电流造成的发热量这两个问题：一是发热总量的问题，电芯自身的散热能力和电池包整体的散热能力都得增强；二是不均匀性的问题，快充的时候电芯内部最大温差能到10°C以上，正极温度最高。

快充能不能实现，关键就在负极，这样一来，就有了对导电剂、电解液添加剂、粘结剂的需求。

快充时，负极受到的影响比正极更大。很多研究都显示，在传统锂离子电池快充的时候，正极的降解以及正极CEI膜的增长都没什么影响。锂沉积和沉积结构（析锂）会受下面这些因素影响：1.）锂离子在负极里的扩散速度（可以考虑用石墨改性的办法，加导电剂来提高离子导电性）；2）负极界面处电解质的浓度差；3）电极/电解质界面的副反应（可以改善电解液添加剂）。

快充的实现对材料产业链有如下影响：

负极：1）把石墨材料进行改性处理（表面包覆、混合无定型碳）；2）使用硅负极。硅能从各个方向给锂离子提供嵌入和脱出的通道，可石墨就只能从层状的端面方向给锂离子提供嵌入和脱出的通道。而且硅嵌锂的电位高，析锂风险小，能承受更大的充电电流（Si:0.4V比C:0.1V）。

导电剂里的碳纳米管CNT，在处理石墨材料和硅负极的时候都会用到。石墨负极能通过加CNT来改性，硅负极的离子导电性比石墨负极低很多，得添加高性能导电剂（单壁碳管）来改善。

电解液：酯类有机物（碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯），也就是EC/EMC当溶剂的普通电解液里，含双氟磺酰亚胺锂盐（LiFSI）的电解液，电导率比含其他锂盐（LiFSI ＞ LiPF6 ＞ LiTFSI＞ LiClO4 ＞LiBF4 ）的电解液高，而且含氟量低，更环保，所以LiFSI对快充更有利。粘结剂：要是用硅负极的话，负极粘结剂用PAA会更匹配（在石墨体系下是SBR）。

硅负极：预计到2025年，全球市场空间有望达到300亿还多呢，2021 - 2025年的复合增速是135%。

我们预计在23年到25年的时候，全球硅负极的需求量可能会达到12万吨到52万吨，对应的市场空间是88亿元到319亿元。核心假设如下：

负极需求：鑫椤锂电的数据显示，21年负极在全球的产量是88万吨。我们预计，22年其增速为55%，之后会达到40%。

硅基负极的渗透率，21年是历史数据。我们预计硅负极会在23年出现放量的拐点，那时渗透率预计能达到6.5%，到25年能达到14%，这个渗透率的假设和大圆柱放量是相匹配的。21年的时候大圆柱没有放量，硅负极渗透率是1.5%；在23 - 25年大圆柱的驱动下，硅负极渗透率分别为6.5%、9.5%、14%。

硅基负极的单价是按照加权平均的方法，根据纯品硅和人造石墨的价格算出来的。22年的时候，纯品硅的掺杂比例是5%，这个比例在不断提高，预计到25年能达到10%。22年纯品硅的价格是45万元/吨，到25年就会降到30万元/吨；22年人造石墨的价格是6万元/吨，25年就会降到4万元/吨。我们预计硅基负极（复合品）在22年的时候单价是8万元/吨，到25年就会降到6.1万元/吨。虽然价格在下降，但是性能却有明显的提升，因为硅的掺杂比例在不断提高嘛。

硅负极这方面，贝特瑞在研发、量产以及客户端都全方位领先于同行。

贝特瑞在研发和量产供货方面比同行领先。2010年的时候，公司在硅基负极材料上有了技术突破，到2013年就能批量出货了，客户是松下、三星。

贝特瑞硅碳、硅氧这两块都在做，而且一直在更新迭代。到2020年的时候，公司的硅碳负极都已经开发到第三代产品了，比容量从第一代的650mAh/g提高到第三代的1500mAh/g了，现在正在开发第四代硅碳负极材料产品呢。硅氧负极有部分产品，比容量能达到1600mAh/g以上。

最近打算增加4万吨硅负极的产量，我们觉得公司硅负极产量大增的转折点可能要到了。22年2月17日的时候，公司计划增产4万吨硅基负极，再加上原本就有的3000吨产能，总的产能能达到4.3万吨。

单壁碳管是一种高性能材料，天奈科技在23年有望实现放量。

碳纳米管(CNTs)是一种新型的石墨材料，有单壁、双壁和多壁之分。它是石墨片层卷曲成的圆柱结构，直径大多在一纳米到几百纳米之间，管状纤维的长度从几微米到几千微米不等，所以碳纳米管的长径比（长度除以直径）在一千到十万这个范围。碳纳米管可分成单壁、双壁和多壁这几种，主要区别就在于其结构里石墨片层的数量。

碳纳米管的发展方向是单壁碳管，不过当下单壁碳管价格很贵。单壁碳纳米管的直径小，长径比大，理化性能、导电性能都更好，添加量也更少，对提升能量密度和循环寿命的效果更显著，而且在硅基负极材料里更适用，所以各碳纳米管生产企业以后会重点研究它。

PAA粘结剂正在被国产产品替代呢，技术上的优势让它能有很高的毛利，茵地乐就是比较典型的企业。

锂电粘结剂正在被国产的替代。锂电用的PVDF大多被法国（阿科玛）、日本（吴羽）的企业垄断着，负极粘结剂SBR、CMC也主要被日本企业垄断。正负极粘结剂都在被国产的替代，正极粘结剂方面国内企业主要有东岳集团、东阳光（璞泰来持股55%）这些，负极粘结剂国内有长兴材料（台湾企业，产品是PA系）、茵地乐（产品为PA系）、研一新材料（产品为PA系）这些企业。

从电芯倍率和技术储备的情况来看，宁德时代是比较领先的，已经做到了4C充电。

快充的第二大问题——热效应，这是对电池厂的考验。而且电芯最终能达到多少倍率的快充，这也是在考验电池厂。现在主流电芯能实现1 - 2C的充电倍率。从年报的数据来看，宁德的倍率性能上限比亿纬锂能要高（其他公司没有能拿来比较的数据），乘用车方面，宁德最大倍率能到4C，亿纬锂能是3C。

宁德时代的快充技术可以把自主研发的快充型电芯的快充性能完全发挥出来，电量最快5分钟就能充到80%。现在，宁德时代的超快充技术包含电子网、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、阳极电位监控这些方面。

2.2、零件部件。

电压平台要是提升了，哪些零部件得升级呢？

电驱动系统要从400V提高到800V，在800V的回路里，功率器件的电压平台得同步提高，高压线、电机设计这些配套的设施都得优化，电气系统的绝缘、散热系统也得升级。

在800V的回路里，电池、功率器件（像电机电控、OBC、DC - DC，还包括电容、电感这些零部件）、PDU（这里面有继电器、熔断器）、连接器等都得升级。咱们重点来聊聊继电器、熔断器、薄膜电容、电感这些东西：

元器件方面：在450伏特的电压下，Si - IGBT实际需要承受的耐压差不多得达到650伏特；要是电压升高到800伏特，那Si - IGBT实际的耐压要求就会达到1200伏特，之前适用于400伏特的Si - IGBT模块就不能再用了。还有，继电器、熔断器、薄膜电容也会被高压影响，使用寿命会缩短，所以得挑选耐压值更高的元器件才行。

合金软磁粉芯是这样的，充电电压一到800V呢，就得用升压电感来升压了。特别是插电式混合动力汽车（PHEV）这种车型，必须得安装升压模块，这么一来，对软磁合金粉芯的使用需求就增加了。纯电动汽车每辆车要用0.6 - 0.8千克的金属磁粉，混动汽车每辆要用2 - 3千克。

【报告节选：】