跨越电动车渗透率鸿沟，需解决快充瓶颈，未来三方面的边际变化将驱动快充发展提速：
　　1.新能源汽车补贴逐步退坡，到2023年完全取消，政策层面对续航里程和能量密度的指引减弱。
　　2.2022年新上市车型的平均标称续航里程已经超过500km，基本可以满足消费者在冬季之外的长短途出行。继续提高带电量和续航里程，主要是为了满足在冬季低温和夏季高温下的出行需求。
　　3.续航里程的提升带动纯电动汽车长途出行场景增多，反过来促进了消费者对途中快充的需求。
　　负极是快充电芯的主要瓶颈，包覆处理、材料改性、极片优化是主要的解决方案，PACK层面需通过多面液冷强化散热。电芯的极化现象造成了快充过程中的负极析锂、容量损失以及大量产热，是电芯实现快充的主要障碍，其中负极是最主要的瓶颈。平衡兼顾能量密度和倍率性能是当前纯电动汽车电芯实现快充需要解决的关键问题，目前针对负极的优化方案主要包括包覆处理、材料改性、以及极片优化，在PACK层面则需要通过多面液冷以满足快充的散热需求。
　　快充解决方案主要对产业链提出了三个方面的需求：第一，对负极材料厂商的研发、工艺能力提出了更高的要求。包覆处理、二次造粒、表面蚀刻、微膨处理、掺杂改性等方案均有较高的工艺壁垒，考验负极厂商的工艺know how积累。第二，对负极辅材、电池冷却系统提出了新需求。例如包覆工艺对于高性能（高软化点）包覆材料的需求，硅基负极对于碳纳米管等新型导电剂、粘结剂的需求，PACK对于水冷板的增量需求。第三，对电池企业与上游负极厂商的联合研发能力以及电芯制造的工艺能力提出了更高要求。快充解决方案的应用需要电芯设计与上游材料改进相配合，对电芯厂商与负极企业的联合开发能力有较高要求。梯度极片的设计，考验电芯企业对电芯制造前段工艺的控制能力。
　　投资建议与投资标的
　　建议关注具有高端负极材料工艺积累的头部负极厂商璞泰来(603659，未评级)、贝特瑞(835185，买入)、杉杉股份(600884，未评级)。
　　建议关注包覆材料、新型导电剂、水冷板领域的龙头企业，信德新材(301349，未评级)、天奈科技(688116，未评级)、银轮股份(002126，买入)（汽车组覆盖）。
　　建议关注领先布局快充技术，具有领先研发能力和工艺能力的电芯企业宁德时代(300750，买入)、欣旺达(300207，未评级)。
　　风险提示
　　新能源汽车销量不达预期快充技术迭代速度不达预期技术发展方向不同预期快充基础设施建设速度不达预期

研究报告全文：行业研究深度报告新能源汽车产业链行业如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快看好维持国家地区中国充瓶颈满足高效补能诉求行业新能源汽车产业链行业报告发布日期2023年01月05日新能源汽车产业链深度报告核心观点跨越电动车渗透率鸿沟需解决快充瓶颈未来三方面的边际变化将驱动快充发展提速1新能源汽车补贴逐步退坡到2023年完全取消政策层面对续航里程和能量密度的指引减弱22022年新上市车型的平均标称续航里程已经超过500km基本可以满足消费者在冬季之外的长短途出行继续提高带电量和续航里程主要是为了满足在冬季低温和夏季高温下的出行需求卢日鑫021-6332588861183续航里程的提升带动纯电动汽车长途出行场景增多反过来促进了消费者对途中lurixinorientseccomcnS0860515100003快充的需求执业证书编号顾高臣021-633258886119gugaochenorientseccomcn负极是快充电芯的主要瓶颈包覆处理材料改性极片优化是主要的解决方案执业证书编号S0860520080004PACK层面需通过多面液冷强化散热电芯的极化现象造成了快充过程中的负极析李梦强limengqiangorientseccomcn锂容量损失以及大量产热是电芯实现快充的主要障碍其中负极是最主要的瓶执业证书编号S0860517100003颈平衡兼顾能量密度和倍率性能是当前纯电动汽车电芯实现快充需要解决的关键林煜linyu1orientseccomcn问题目前针对负极的优化方案主要包括包覆处理材料改性以及极片优化在执业证书编号S0860521080002PACK层面则需要通过多面液冷以满足快充的散热需求张洋zhangyang3orientseccomcn快充解决方案主要对产业链提出了三个方面的需求第一对负极材料厂商的研发工艺能力提出了更高的要求包覆处理二次造粒表面蚀刻微膨处理掺杂改性等方案均有较高的工艺壁垒考验负极厂商的工艺knowhow积累第二对负极辅材电池冷却系统提出了新需求例如包覆工艺对于高性能高软化点解决消费者核心需求寻找动力电池发展2022-11-02包覆材料的需求硅基负极对于碳纳米管等新型导电剂粘结剂的需求PACK对的主旋律新能源汽车产业链深度报告于水冷板的增量需求第三对电池企业与上游负极厂商的联合研发能力以及电芯硅基负极新一代锂电材料市场化进程2022-06-30制造的工艺能力提出了更高要求快充解决方案的应用需要电芯设计与上游材料改加速进相配合对电芯厂商与负极企业的联合开发能力有较高要求梯度极片的设计纤维状导电剂性能优异碳纳米管有望引2022-03-31领行业发展考验电芯企业对电芯制造前段工艺的控制能力投资建议与投资标的建议关注具有高端负极材料工艺积累的头部负极厂商璞泰来603659未评级贝特瑞835185买入杉杉股份600884未评级建议关注包覆材料新型导电剂水冷板领域的龙头企业信德新材301349未评级天奈科技688116未评级银轮股份002126买入汽车组覆盖建议关注领先布局快充技术具有领先研发能力和工艺能力的电芯企业宁德时代300750买入欣旺达300207未评级风险提示新能源汽车销量不达预期快充技术迭代速度不达预期技术发展方向不同预期快充基础设施建设速度不达预期有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求目录跨越电动车渗透率鸿沟需解决快充瓶颈5超快充为何难需平衡兼顾倍率与能量密度负极是主要瓶颈7产品视角倍率性能与电芯容量能量密度难兼顾7原理视角极化造成电池产热负极析锂容量损失负极是主要瓶颈8解决方案包覆处理材料改性极片优化多面液冷11表面碳包覆保护负极提供活性位点加快去溶剂化11各向同性处理与二次造粒兼顾离子嵌入与压实密度12表面多通道处理微膨处理从微结构入手加快嵌锂14硅基负极提高材料克容量打开能量密度上限14极片设计优化孔隙率与组分分布实现倍率性能与能量密度的最大化16多面液冷强化散热保障快充的安全稳定18投资建议20风险提示21有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明2新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求图表目录图1鸿沟理论的客户分布5图2新能源汽车渗透率已显著提升5图3历年上市车型最大标称续航6图4历年新上市车型平均及最小快充时长6图5充放电过程电池极化示意8图6负极析锂现象及其危害9图7不同充电倍率下人造石墨负极可用比容量9图8NCA电池正负极及全电池熵热系数10图91C充电倍率下各时点10s-3550s总产热率分布10图101C充电倍率下电池可逆热分布曲线10图111C充电倍率下电池不可逆热分布曲线10图12常见的负极快充改进方案11图13锂离子在无包覆有包覆石墨材料中嵌入模式对比11图14不同软化点沥青包覆天然石墨的倍率性能12图15不同包覆比例石墨的倍率性能12图16不同炭化温度得到的碳包覆石墨的倍率性能12图17各向异性左与各向同性右电极颗粒示意13图18一次颗粒人造石墨颗粒SEM照片13图19二次颗粒人造石墨SEM照片13图20石墨的表面处理与微膨处理14图21硅基负极产业化难点15图22硅基负极材料端优化路线15图23极片内部电子与锂离子运动过程左放电右充电16图24欣旺达SFC480超快充电池复合多孔电极技术17图25下层含量多于上层的导电剂梯度分布导电效果更佳17图26单面间接水冷实验装置及温度分布3C倍率18图274C倍率下电池包最高温度对比19图284C倍率下电池包最大温差对比19图29麒麟电池弹性夹层多面冷却19图30特斯拉蛇形管水冷板19图312022年9-12月小鹏G9交付量20表1纯电动汽车补贴及退坡情况6表2常见高倍率小动力电芯技术参数对照7有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明3新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求表3纯电动车快充动力电池参数对照7表4不同处理方式石墨材料倍率容量对比14表5负极快充解决方案汇总17表6主流电池厂商快充产品及配套量产车型20有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明4新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求跨越电动车渗透率鸿沟需解决快充瓶颈对于新兴行业其早期市场与主流市场之间存在一条巨大的鸿沟能否跨越鸿沟赢得实用主义者的支持进而成为主流市场决定了行业的成败我们在系列报告第一篇解决消费者核心需求寻找动力电池发展的主旋律中我们已经提到虽然当前新能源车渗透率已经迅速攀升至30以上但其消费群体仍然保持了创新者和早期使用者的特征当前消费者以换购和增购家庭为主其购车动力更多源于对于新产品的偏好新能源车相对于燃油车的差异化与亮点是主要的驱动因素新能源车市场当前正处在跨越鸿沟的关键节点要赢得主流消费者的支持还需要补齐续航快充和安全三大短板其中快充正逐渐成为行业竞争的下一条主赛道图1鸿沟理论的客户分布数据来源跨越鸿沟东方证券研究所图2新能源汽车渗透率已显著提升单位辆销量渗透率8000004070000035600000305000002540000020300000152000001010000050020197201812018320185201872018920191201932019520199202012020320205202072020920211202132021520217202192022120223202252022720229201811201911202011202111202211数据来源乘联会东方证券研究所在电动汽车发展初期续航里程不足的矛盾相对更加突出获得优先发展电动汽车购车补贴主要以车辆续航里程以及动力电池能量密度为评价指标确定补贴额度消费者需求叠加政策鼓励使得在此期间动力电池的能量密度以及纯电动汽车的续航里程迅速提高有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明5新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求图3历年上市车型最大标称续航单位km12001008100084980070658060041040031017020002017年前2017年2018年2019年2020年2021年2022年数据来源乘联会东方证券研究所相比之下快充整体发展相对滞后但趋势已显从2017-2022新上市车型平均快充时长基本保持在06-07h之间未体现出下降趋势但最小快充时长自2020年开始从05h下降到017h图4历年新上市车型平均及最小快充时长单位小时平均快充时长最小快充时长0800730680700610610630610600505050500420400300170170200100002017年2018年2019年2020年2021年2022年数据来源懂车帝东方证券研究所补贴退坡新车平均标称续航超500km纯电动长途出行场景增多三方面的边际变化将驱动快充发展提速1新能源汽车补贴逐步退坡到2023年完全取消政策层面对续航里程和能量密度的指引减弱22022年新上市车型的平均标称续航里程已经超过500km基本可以满足消费者在冬季之外的长短途出行继续提高带电量和续航里程主要是为了满足在冬季低温和夏季高温下的出行需求3续航里程的提升带动纯电动汽车长途出行场景增多反过来促进了消费者对途中快充的需求快充的实现需要动力电池和充电设施的共同发力将带动高倍率电池和高压快充系统的迅速发展其中兼顾高倍率和高能量密度的动力电池是实现快充的重要技术基础表1纯电动汽车补贴及退坡情况车型电池类型20182019202020212022150-200km15200-250km24车型补贴万元250-300km3418300-400km451816216213有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明6新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求400km52522522518105-120Whkg06120-125Whkg1能量密度调整系数125-140Whkg108080808140-160Whkg1109090909160Whkg121111数据来源工信部东方证券研究所超快充为何难需平衡兼顾倍率与能量密度负极是主要瓶颈产品视角倍率性能与电芯容量能量密度难兼顾单方面追求倍率性能并非技术瓶颈从现有高倍率电池的产品数据来看很多容量在10Ah以下的小动力电芯已经能够实现10C甚至20C以上的充电倍率这说明对于混动电池电动工具电池等这类主要需求倍率性能对电芯容量能量密度要求不高的应用场景做到很高的充电倍率并非技术瓶颈反观纯电动车用动力电池目前常见的电芯持续充电倍率都在1C左右快充产品的充电倍率往往也仅在2-4C其与小动力电芯的需求差异主要在于纯电动车用动力电池除了需要较高的充放电倍率之外还需要较大的单体容量以及较高的能量密度以满足较大的系统带电量需求因此从产品视角来看目前纯电动车用电芯满足快充需求的关键难点在于平衡兼顾电芯的倍率需求以及容量能量密度需求表2常见高倍率小动力电芯技术参数对照型号标称容量持续放电倍率持续充电倍率能量密度应用领域天鹏-50HE5Ah2C05C261Whkg电动自行车天鹏-40TG4Ah11C2C215Whkg电动工具天鹏-15SG15Ah20C4C123Whkg电动工具捷威-37Ah37Ah8C4C185WhkgPHEV捷威-52Ah52Ah30C25C120WhkgHEV数据来源天鹏电源捷威动力东方证券研究所表3纯电动车快充动力电池参数对照电池30-80充电时长电芯容量PACK能量密度宁德时代阿维塔11长续航版15min2C-180Whkg欣旺达小鹏G93C16min2C74Ah160Whkg巨湾技研AionVPlus3C10min3C58Ah133Whkg巨湾技研AionVPlus6C5min6C30Ah128Whkg数据来源阿维塔懂车帝电池中国网东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明7新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求原理视角极化造成电池产热负极析锂容量损失负极是主要瓶颈极化的本质是电池内阻使得内电路离子与电子的中和过程跟不上外电路电子的迁移速率造成电极电位偏离平衡电位的现象当电池无电流通过时其两极之间的电位差为电池的平衡电位E当有电流通过时实际上出现了电子与离子两个流通过程其中外电路为电子的流动它起着在电极表面累积电荷使电极电位偏离平衡状态的作用也即极化作用内电路为离子的迁移它起着吸收电子运动所传递的电荷使电极电位恢复平衡态的作用也即去极化作用由于内电路离子迁移的阻力往往远大于外电路电子迁移的阻力就产生了极化现象充放电倍率越大电池内部离子迁移反应的速度越慢阻力越大所产生的极化问题越严重图5充放电过程电池极化示意数据来源电化学原理李荻东方证券研究所在快充过程中极化现象造成正极电位偏高负极电位偏低进而导致的负极析锂容量损失的以及电池产热是电芯实现超快充的主要障碍负极析锂石墨的嵌锂电位仅为01-02V与锂的析出电位0V非常接近快充过程中严重的极化现象容易使得负极电位降到0V的析锂电位以下从而造成锂的析出进而减少电池寿命或产生锂枝晶造成电池短路等问题影响电池安全有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明8新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求图6负极析锂现象及其危害数据来源锂离子电池负极析锂检测方法的研究进展周宇等东方证券研究所容量损失充电过程的电池极化会使得电池的外电压更早地到达充电的截止电压充电倍率越高极化越强到达截止电压的速度越快电池的可用容量越小造成充电倍率越大电池的可用容量越小的问题图7不同充电倍率下人造石墨负极可用比容量数据来源硬碳包覆人造石墨作为锂离子电池负极材料的快充性能评价吴敏昌等东方证券研究所电池产热极化越强不可逆产热越大高倍率下不可逆热为主导负极是主要的产热环节电池充放电过程中的产热主要分为两部分即可逆热和不可逆热其中可逆热与电池内的化学反U应进程有关吸放热方向与材料的熵热系数相关产热率与电流成一次方关系充电过程电池T极化电压与平衡电压之间的差值称为过电压过电压与电流的乘积即为电池充电过程不可逆的能量消耗也即产生的不可逆热其产热率与电流成二次方关系因而高倍率下会产生大量的不可逆热给大容量电芯的散热提出挑战有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明9新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求U注q为总产热率q为不可逆热产热率q为可逆热产热率I为电流UU为过电势T为反应温度为熵热系T数为等效电芯内阻负极是快充过程主要的产热环节也即快充过程的主要瓶颈从总产热率上来看充电过程中超过95的热量都在正负极上产生而其中各时点产热又以负极为主导对于可逆热由于正极在充电各阶段的熵热系数都接近于零因而负极主导了可逆热的产生在电池高速充电阶段2070SOC负极化学反应为放热反应这加剧了快充过程的产热问题对于不可逆热由于嵌锂反应的阻力要显著大于脱锂反应因而充电过程中负极的不可逆热也要显著大于正极同时这也意味着负极是快充过程的主要限制环节因此要想实现电池超快充需要改善电池充电过程的极化问题关键在于对负极的离子迁移条件进行优化图8NCA电池正负极及全电池熵热系数图91C充电倍率下各时点10s-3550s总产热率分布数据来源锂离子电池在循环过程中的产热研究李奇东方证券研数据来源磷酸铁锂电池充放电过程的电化学与热特性研究谭梅究所鲜东方证券研究所图101C充电倍率下电池可逆热分布曲线图111C充电倍率下电池不可逆热分布曲线数据来源磷酸铁锂电池充放电过程的电化学与热特性研究谭梅数据来源磷酸铁锂电池充放电过程的电化学与热特性研究谭梅鲜东方证券研究所鲜东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明10新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求解决方案包覆处理材料改性极片优化多面液冷在电芯层面目前兼顾能量密度与倍率性能对负极进行优化的方案主要有三大类一是包覆处理在负极石墨表面上进行碳包覆或金属包覆二是材料改性具体包括石墨的各项同性处理二次造粒表面蚀刻处理微膨处理掺杂改性等三是极片尺度的设计优化包括对孔隙率分布的优化以及对极片组分分布的优化等在PACK层面则需要更优的冷却方案以满足快充过程中短时大量的散热需求保障电池系统的安全稳定图12常见的负极快充改进方案数据来源中国知网中国粉体网东方证券研究所汇总整理表面碳包覆保护负极提供活性位点加快去溶剂化碳包覆是目前最常见的负极材料包覆改性措施具体方法是以沥青等作为包覆原料与石墨颗粒混合经炭化在石墨表面形成无定型碳包覆其主要作用有两个方面1加快嵌锂石墨是层状排布的二维结构材料锂离子在石墨中的迁移具有高度的各向异性锂离子在垂直于石墨片层方向基面的扩散系数远低于边缘平面处端面碳包覆可以在基面上提供嵌锂活性位点更快传输离子到达石墨端面减弱石墨的各向异性同时包覆层可以作为锂离子和溶剂分子的筛分器加速锂离子的去溶剂化2保护负极包覆层可以隔离电解液与石墨避免快充过程中溶剂分子的共嵌入从而减少不可逆副反应的发生抑制析锂降低快充对石墨材料的破坏图13锂离子在无包覆有包覆石墨材料中嵌入模式对比数据来源锂离子电池快充石墨负极研究与应用丁晓博东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明11新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求目前包覆处理主要用于高端石墨负极包覆材料与包覆工艺的不同均会对实际的包覆效果产生较大影响对于包覆材料所用沥青的软化点和含碳量对最终的包覆性能有很大影响一般而言包覆材料的软化点越高相应的结焦值越高杂质含量少包覆所得的倍率性能越佳因此包覆材料存在一定的壁垒高温负极包覆材料相对更加高端在包覆工艺方面一般包括固相混料液相浸渍熔融包覆蒸发溶剂炭化等步骤其选取的包覆方法添加包覆材料的比例以及炭化温度等都会对最终的包覆效果产生显著的影响因此包覆工艺中的knowhow具有重要意义对负极厂商的工艺能力提出了较高要求图14不同软化点沥青包覆天然石墨的倍率性能数据来源不同软化点沥青对天然石墨包覆性能影响王永邦东方证券研究所图15不同包覆比例石墨的倍率性能图16不同炭化温度得到的碳包覆石墨的倍率性能数据来源锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究李红菊东方证数据来源锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究李红菊东方证券研究所券研究所各向同性处理与二次造粒兼顾离子嵌入与压实密度各向异性的石墨颗粒在涂布辊压的过程中容易形成平行于集流体的定向排列使得锂离子到达端面的距离变长影响负极的倍率性能因此对石墨进行各向同性处理也是提高石墨负极倍率性能的重要手段之一有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明12新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求目前常见的石墨各向同性处理方法例如天然石墨的球形化处理工艺以及人造石墨的二次造粒工艺通过对石墨的各向同性处理可以增加材料表面的活性点位提高表面锂离子的嵌入速度提高快充性能图17各向异性左与各向同性右电极颗粒示意数据来源JournalofTheElectrochemicalSociet东方证券研究所二次造粒是目前高端人造石墨为了兼顾能量密度与倍率性能往往会采取的重要工序其将石墨颗粒进行破碎后重聚成大颗粒使得二次颗粒兼具大颗粒压实密度高容量大的优点以及小颗粒比表面积大锂离子脱嵌通道多的优点同时提高二次颗粒的各向同性度以兼顾能量密度和倍率性能二次造粒的基本工艺是将石墨骨料粉碎获得小颗粒的基材并使用沥青作为粘结剂根据目标粒径大小在反应釜内使小颗粒聚合成较大的颗粒其工艺过程对配方反应温度都有较高的要求具有一定的技术壁垒图18一次颗粒人造石墨颗粒SEM照片图19二次颗粒人造石墨SEM照片数据来源二次颗粒人造石墨负极材料的制备及储锂性能郭明聪东数据来源二次颗粒人造石墨负极材料的制备及储锂性能郭明聪东方证券研究所方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明13新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求表面多通道处理微膨处理从微结构入手加快嵌锂表面多通道处理是通过碱蚀例如KOH在石墨晶体的表面形成可供锂离子通过的空隙以解决石墨基面嵌锂点位少的问题通过这种方式可以增加嵌锂点位提高石墨的倍率性能微膨处理则是用酸例如H2SO4HNO3作为插层剂和氧化剂提高石墨晶体的层间距以解决石墨化晶体层间距小嵌锂速度慢的问题表面多通道处理与微膨处理都是对提高石墨材料倍率性能非常具有潜力的手段实验表明二者对于高倍率下材料容量的提升效果可以与表面包覆处理相当甚至优于后者相对于包覆和二次造粒这两种处理方式是在更加微观的尺度上对石墨晶体结构进行改性其中试剂的选择作用时间等工艺条件对改性效果有重要影响因此同样考验负极厂商的工艺能力图20石墨的表面处理与微膨处理数据来源锂离子电池快充石墨负极研究与应用丁晓博东方证券研究所表4不同处理方式石墨材料倍率容量对比倍率容量mAhg处理方式01C05C1C2C3C4C5C6C人造石墨180165160110205表面碱蚀人造石墨碳包覆1801651601508255人造石墨KOH碱蚀处理180177172170158130球形天然石墨32072128132965837525217微膨处理球形固相法碳包覆3712318324041144737505386球形微膨处理3599325523521091705038数据来源锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究李红菊Characterizationofgraphiteetchedwithpotassiumhydroxideanditsapplicationinfast-rechargeablelithiumionbatteriesJae-HyunShimetal东方证券研究所硅基负极提高材料克容量打开能量密度上限目前对石墨材料的元素掺杂处理一般可分为三类一是掺杂BP等可以改变石墨材料结构的元素提高石墨的插锂容量二是掺杂CuNi等金属元素提高材料的电子导电性三是掺杂SiSn等储锂活性物质与石墨材料复合发挥二者的协同效应目前最常见的就是硅基负极材料实际上硅材料并非天然的高倍率材料硅基负极有助于快充的核心是可以利用硅远大于石墨的克容量提高复合材料的整体容量为倍率性能和能量密度的平衡提供空间有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明14新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求目前硅基负极的技术路线主要有硅碳和硅氧两种硅碳复合材料是指纳米硅与石墨材料混合硅氧复合则是通过在高温下气象沉淀硅与二氧化硅SiO2使硅纳米颗粒25nm均匀分散在二氧化硅介质中制得氧化亚硅SiO再与碳复合制成从平衡能量密度与倍率性能的视角出发目前硅氧负极的综合性能较好其既能发挥硅的高容量优势又能够抑制硅的体积变化Li在SiO中具有更高的扩散速度表现出更好的倍率性能硅基负极产业化难点主要在于其嵌锂过程的体积膨胀所带来的低寿命导电差首效低容量衰减等问题因此目前硅基负极的产业化往往需要搭配预锂化微观结构优化等工艺以及新型导电剂粘结剂电解液的使用来进行具有很高技术壁垒这一点我们已在硅基负极新一代锂电材料市场化进程加速中进行过讨论贝特瑞杉杉石大胜华等工艺能力领先的行业龙头企业技术储备优势明显产品性能优秀图21硅基负极产业化难点数据来源硅碳负极材料的制备及预锂化技术研究孙瑞康东方证券研究所图22硅基负极材料端优化路线数据来源基于表面改性制备硅基锂离子电池负极材料及其储锂性能研究林杨帆东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明15新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求极片设计优化孔隙率与组分分布实现倍率性能与能量密度的最大化在多孔电极中电极的性能与固相导电颗粒组成的电子导电网络以及孔隙中的电解液构成的液相离子传输网络密切相关电极的倍率性能受到孔隙率孔径大小与分布曲折度及电极组分分布等电极结构参数的影响在电极与上述参数有关的设计中存在着离子导电与电子导电的权衡也存在着倍率性能与能量密度的权衡例如大孔隙率有利于电解液浸润极片加快离子在孔隙中的传导但却增大了电子在固体活性物质中的传导难度同时大孔隙率也不利于增大极片容量提高能量密度再例如导电剂的添加有利于极片的电子导电能力但却有可能阻碍离子在孔隙的传导同时会摊薄活性物质降低能量密度对于充电过程的负极其离子的传导方向是从隔膜到集流体电子传导方向则是从集流体到隔膜二者在传导过程中不断在负极活性物质表面结合因此从集流体到隔膜方向上离子流密度由小变大电子流密度由大变小图23极片内部电子与锂离子运动过程左放电右充电数据来源锂想生活东方证券研究所因此根据离子与电子在极片中的传导特性对极片中孔隙率各组分的分布进行优化设计是当前兼顾倍率性能与能量密度提高性能的重要途径之一从集流体到电极表面孔隙率逐渐提升的电极不但能够保证足够的离子扩散速度还能保证良好的电子传导特性以及较大的能量密度例如SFC480超快充电池所采用的复合多孔电极技术就是将原本均匀分布的孔隙率变为由集流体到电极表面逐渐提高的孔隙率分布从而同时实现更高的面密度和更好的动力学性能同理在导电剂总含量不变的情况下增加下层导电剂含量减少上层导电剂含量也可以获得更好的电化学性能极片的分层制备技术对电池厂商电芯制造的前段工艺提出了很高的要求尤其是涂布方案的选择干燥温度时间等参数的确定都会对极片和最终电芯的性能和一致性产生很大的影响因而具有较高壁垒有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明16新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求图24欣旺达SFC480超快充电池复合多孔电极技术数据来源欣旺达东方证券研究所图25下层含量多于上层的导电剂梯度分布导电效果更佳数据来源锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展汪晨阳东方证券研究所表5负极快充解决方案汇总处理方式原理工艺及关键环节加快嵌锂在基面上为锂离子提供活性位点高离以沥青为原料经炭化在石墨表面形成无定型子导电性的涂层有利于更快输送离子到达石墨端碳包覆面减弱石墨的各向异性作为锂离子和溶剂分子包覆沥青的软化点和含碳量会影响包覆层性包覆的筛分器加速锂离子的去溶剂化碳包覆能材料具有一定的技术壁垒改性保护负极隔离电解液与石墨避免溶剂分子共嵌包覆工艺仅高端石墨负极需要实现较佳的入减少不可逆副反应的发生抑制析锂从而降包覆均匀性和产品稳定性需要一定的工艺积低快充的破坏累石墨是层状排布的二维结构材料锂离子在石墨中增加各向同性度的方法主要有球形化处理的迁移具有高度的各向异性锂离子在垂直于石墨天然石墨二次造粒人造石墨等工片层方向的扩散系数远低于边缘平面处艺各向同性处理通过对石墨的各向同性处理可以增加材料表面的二次造粒工艺难度高对配方反应温度有活性点位提高表面锂离子的嵌入速度提高快充较高要求具有一定壁垒材料性能改性二次造粒是将骨料粉碎获得小颗粒基材使对单颗粒负极进行二次造粒工艺可以使其兼具大用沥青等作为粘结剂根据目标粒径大小颗粒压实密度高容量大的优点和小颗粒比表面在反应釜内进行二次造粒二次造粒积大锂离子脱嵌通道多的特点同时提高材料的各向同性度兼顾能量密度和倍率性能造粒环节是负极的壁垒二次造粒工艺难度更高对配方温度有高要求有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明17新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求通过碱蚀例如KOH可以在石墨材料表面形成可表面处理供锂离子通过的孔隙增加嵌锂的点位提高储锂能力试剂的选择和操作工艺条件是改进的核心考验负极厂商的工艺能力knowhow通过插层处理例如采用H2SO4做插层剂微膨处理HNO3作为氧化剂提高石墨的层间距从而便于锂离子的嵌入和脱嵌核心逻辑是利用硅远大于石墨的克容量掺杂提高材需要搭配预锂化表面改性导电剂粘结料整体克容量为倍率与能量密度的平衡提供空间剂等技术辅材具有高壁垒储锂活性物质掺杂硅基负极掺硅需要配合导电剂例如碳纳米管粘合剂碳纳米管粘合剂等属于需求的新型辅材一是弥补硅导电性差的问题二是束缚机构缓解硅对电池企业辅料掺混的均匀度分布的控制膨胀的问题能力有较高要求从集流体到电极表面孔隙率逐渐提升的电极不但能孔隙率优化够保证足够的离子扩散速度还能保证良好的电子传极片对前段工艺匀浆涂布辊压干燥等导特性优化提出了较高要求导电剂的垂直分布对电池性能有显著影响靠近集流组分分布优化体的下层导电剂含量高的极片性能更好数据来源中国知网东方证券研究所整理多面液冷强化散热保障快充的安全稳定快充过程电芯的大量产热需要通过PACK层面的冷却系统进行散热以保障快充过程的安全稳定常见的电池热管理系统的冷却方式主要分为以下三类1风冷以低温空气为介质利用自然风或风机进行散热这一形式主要应用于早期的电动乘用车2间接液冷设置冷却板通过冷却板中液体流动带走热量3直接液冷浸没式将电池浸没在冷却液中进行冷却需避免短路对系统的绝缘性要求较高目前间接液冷是主流的冷却方案在高倍率快充的过程中电芯短时间大量产热对散热的要求更高目前主流的间接液冷采用单面水冷板这一形式往往难以满足短时间大散热量的要求造成电芯上下温差大局部温度高等问题图26单面间接水冷实验装置及温度分布3C倍率数据来源纯电动汽车浸没式液体冷却电池包的模拟与实验研究郭豪文东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明18新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求图274C倍率下电池包最高温度对比图284C倍率下电池包最大温差对比温度无液冷底面液冷温度无液冷底面液冷70166014501210408306204102001015253510152535环境温度环境温度数据来源清华大学电池安全实验室东方证券研究所数据来源清华大学电池安全实验室东方证券研究所目前针对快充电池系统厂商往往采用多面水冷的设计增加换热面数以获得更好的换热效果例如宁德时代麒麟电池的弹性夹层水冷系统水冷板从底部改为立式置于电芯之间使得换热面积增大4倍特斯拉则采用立式蛇形水冷板上面水冷板的设计实现多面液冷此外欣旺达SFC480电池上汽魔方电池也均采用多面水冷技术以满足散热需求多面液冷的设计考验电池厂商的系统集成能力同时也将增加对水冷板等部件的需求量图29麒麟电池弹性夹层多面冷却数据来源宁德时代东方证券研究所图30特斯拉蛇形管水冷板数据来源汽车电子设计东方证券研究所有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明19新能源汽车产业链行业深度报告如何跨越电动车渗透率鸿沟解决超快充瓶颈满足高效补能诉求投资建议下游产品方面各电池厂商积极布局超快充技术并且已有多款车型量产销售从当前各电池厂商发布的快充产品技术及配套已量产车型的性能来看巨湾技研6C产品的装车性能领先宁德时代技术布局最为全面从各快充车型的量产和交付情况来看2022年市场推出多款超快充车型其中小鹏G9交付量在9-12月迅速攀升目前快充问题正得到关注和解决23年快充车型有望放量图312022年9-12月小鹏G9交付量单位辆4500400035003000250020001500100050009月10月11月12月数据来源小鹏汽车东方证券研究所产业链供应方面快充解决方案主要对产业链提出了三个方面的需求第一对负极材料厂商的研发工艺能力提出了更高的要求包覆处理二次造粒表面蚀刻微膨处理掺杂改性等方案均有较高的工艺壁垒考验负极厂商的工艺knowhow积累建议关注具有高端负极材料工艺积累的头部负极厂商璞泰来603659未评级贝特瑞835185买入杉杉股份600884未评级第二对负极辅材电池冷却系统提出了新需求例如包覆工艺对于高性能高软化点包覆材料的需求硅基负极对于碳纳米管等新型导电剂粘结剂的需求PACK对于水冷板的增量需求建议关注包覆材料新型导电剂液冷板领域的龙头企业信德新材301349未评级天奈科技688116未评级银轮股份002126买入汽车组覆盖第三对电池企业与上游负极厂商的联合研发能力以及电芯制造的工艺能力提出了更高要求快充解决方案的应用需要电芯设计与上游材料改进相配合对电芯厂商与负极企业的联合开发能力有较高要求梯度极片的设计考验电芯企业对电芯制造前段工艺的控制能力建议关注领先布局快充技术具有领先研发能力和工艺能力的电芯企业宁德时代300750买入欣旺达300207未评级表6主流电池厂商快充产品及配套量产车型电池产5min充厂商负极技术其他技术配套车型电池包结构装车性能品电续航XFC极巨湾技研软碳硬碳石墨AionVPlus成组方式3P112S容量721kWh1202k速电池高孔隙涂覆陶瓷烯包覆改性技术超级快充版电芯容量58Ah密度133Whkgm中创新航隔膜3C石墨烯导电剂额定电压414V充电10min30-80有关分析师的申明见本报告最后部分其他重要信息披露见分析师申明之后部分或请与您的投资代表联系并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明20