前瞻新技术之四：电池之战，结构之争

www.hczq.com 前瞻新技术之四：电池之战，结构之争 首席分析师：黄麟 邮箱：huanglin1@hcyjs.com执业编号：S0360522080001 @2021华创版权所有 2022-12-05 联系人：苏千叶 邮箱：suqianye@hcyjs.com 前瞻新技术之四：电池之战，结构之争 ┃摘要 •从底层技术分类总结各电池的优劣势。自从4680电池发布后，电池及整车企业乐忠于开发布会、创造新的电池名字。我们从底层技术对各类新型电池进行分类，梳理优劣势。总结为铁锂电池核心指标为体积利用率，刀片电池为最优解；三元电池注重综合性能，麒麟与4680各有千秋。 •体积利用率对比：系统级刀片最高，电芯级4680最高，综合刀片最佳。经电池包XYZ三向尺寸链分析测算，量产产品中刀片电池的体积利用率最高为62%，其次为魔方电池59%，21700最低仅为31%；未量产产品中麒麟宣传可达72%，4680电池预估仅为38%。对电芯尺寸链分析，177Ah方铝、135Ah刀片、4680的JR体积占比分别为86.4%、86.0%、88.7%，4680利用率最高，方铝与刀片差异较小。 •投资建议：建议关注：1）电池：宁德时代、亿纬锂能；2）正极：容百科技、长远锂科、德方纳米；3）负极：贝特瑞、信德新材、杉杉科技；4）隔膜：星源材质、恩捷股份；5）电解液：新宙邦、天赐材料；6）结构件：科达利、震裕科技、东山精密、东方电热、和胜科技、华达科技；7）裁切模具：德新科技；8）热管理：银邦股份、华峰铝业、科创新源、飞荣达；9）碳纳米管：天奈科技；10）胶粘剂：斯迪克 •风险提示：新能车销量不及预期，新车上市进程不及预期，原材料上涨过快削弱企业盈利，行业扩产过快加剧行业竞争，地缘政治、 贸易摩擦阻碍海外供应链，安全事故影响企业产销，新技术落地不及预期。 01电池系统结构创新 第一部分 02 03 电池体积利用率对比投资建议 ┃电池能量密度提升依赖材料创新及结构创新。 ┃材料创新：投入大、时间长、难度高； ┃结构创新：见效快、成本低、投入小； 宁德麒麟电池 长城大禹电池 哪吒天工电池 蜂巢短刀电池 结构创新： 近年新能车续航提升的主要推动力 比亚迪刀片电池 广汽弹匣电池 花样电池 上汽 魔方电池 中航 Onestop电池 特斯拉4680电池 CTPCTCCTB 电池结构创新-分类 1 方铝Pack内以解决热失控为设计核心 广汽弹匣电池长城大禹电池哪吒天工电池 2 非立式方铝，兼顾综合性能 上汽魔方电池宁德麒麟电池 刀片电池 3 比亚迪刀片电池蜂巢短刀电池 中创新航onestop 4 圆柱电池 特斯拉4680电池 ┃广汽弹匣电池-首个宣传三元整包针刺不起火的案例 •三元锂电池-整包针刺不起火 •超高耐热稳定电芯 •超强隔热电池安全舱 •极速降温三维速冷系统 •全时管控第五代电池管理系统 弹匣电池 资料来源：新华网 ┃大禹电池-电芯间防护┃大禹-pack设计 •电芯间复合隔断材料 •热源隔断 •热流分配 •811高镍大容量电芯-pack针刺可通过 •高温绝缘 •正压阻氧 •双向换流 •定向排爆 •自动灭火 •智能冷却 大禹-电池包 大禹-电芯 资料来源：懂车帝-新车评资料来源：车卖场公众号 ┃天工电池-电芯与模组设计 •耐高温防护材料 •内置短路熔断保护 •电芯自开启泄压防爆阀+模组定向排气通道 •高水平极柱绝缘 天工电池电芯与模组设计 天工电池pack设计 •电芯间航天级阻燃隔热材料 ┃天工电池-pack设计 •7个大模组设计，共91个电芯 •安全防护：隔热材料+泄压装置+排烟通道 •结构安全设计：网络式箱体+IP68+高强度底板+WF2级防腐蚀 •电气安全设计：外短路自熔防护+耐高温绝缘防护+IPXXBXXD防护 •轻量化、高集成设计：超轻复合上盖+定制高集成大模组+高集成、双密封下箱体 资料来源：汽车电子设计资料来源：汽车电子设计 ┃魔方电池-集成优势 •超高集成度：体积利用率＞50% •超长寿命：躺式电芯弹性自适应束缚 •“零热失控”：电芯热失控传热阻隔 ┃魔方电池-模块化优势 •Onepack：标准电池包长宽固定，高度110/125/137mm，电池包可互换 •电量梯度：实现44~150kwh电量梯度，适配不同车型 •快换：统一快换接口，实现换电+车电分离，有助于梯次利用与回收 魔方电池onepack 魔方电池爆炸图 资料来源：乐惠车网资料来源：乐惠车网 ┃麒麟电池-核心指标 •系统能量密度：255wh/kg •体积利用率：72% •续航：＞1000km •独创大面冷却技术 ┃麒麟VS4680 •能量密度、快充、导热、集成效率全方位领先 •安全性能持平 麒麟VS4680 麒麟电池核心指标 资料来源：CATL宁德时代公众号资料来源：CATL宁德时代公众号 ┃刀片电池 •超级成本：LFP+CTP •超级安全：全新LFP电芯，可过针刺 •超级寿命：循环3000cls以上 •超级续航：体积利用率达到66% •超级强度：类蜂窝铝板设计 •超级功率：卓越的倍率性能 •超级低温性能：-35℃~55℃最佳状态 •车身强度：扭转刚度突破40000N/m 刀片电池实物图 刀片电池渲染图 电芯的 层叠方向 资料来源：皆电-周建强 资料来源：华创证券 资料来源：懂车帝-雷科技 ┃刀片电池+CTB •超级成本：LFP+CTP •超级安全：全新LFP电芯，可过针刺 •超级寿命：循环3000cls以上 •超级续航：体积利用率达到66% •超级强度：类蜂窝铝板设计 •超级功率：卓越的倍率性能 •超级低温性能：-35℃~55℃最佳状态 •车身强度：扭转刚度突破40000N/m 刀片+CTP→刀片+CTB案 资料来源：比亚迪海豹发布会 ┃短刀电池-全域短刀化 •乘用车BEV：L600LFP、L600果冻NCM、L3002.2~4C快充 •乘用车PHEV：L400LFP体系 •储能、商用车：L500+CTP技术 •低速车：L400LFP或无钴体系 ┃短刀电池-果冻电池 •基于无钴正极材料和电解液材料打造的凝胶电池 •耐热温度提高至150°C •不起火、不冒烟、自愈合 果冻电池 短刀电池 资料来源：电动汽车观察家资料来源：电动汽车观察家、高工锂电 ┃Onestop-电芯设计┃Onestop-pack设计 •超薄壳体技术-0.2MM •多维壳体成型技术 •“无盖板”设计 •多功能复合封装技术 •横块化极柱 •一体式电连接技术 •高剪切外绝缘技术 •柔性泄压技术 •无模组校术 •极简串联拓扑电连接技术 •复合核入式箱体技术 •高效热管理技术 •集成液冷技术 •积木拼接成组技术 •热失控抑制技术 Onestop电池包 Onestop电芯 资料来源：与非网资料来源：电车汇 ┃4680-电芯设计 •全极耳设计：解决快充发热问题 •能量：较21700提升5倍 •续航：较21700提升16% •功率：提升6倍 ┃4680-pack设计 •柏林展示：无模组设计+水冷管Y向排列 •奥斯汀展示：4个模组设计+水冷管X向排列 •CTC设计：电池上盖与车身地板融合，座椅横梁与上盖连接 奥斯汀展示 Y X 4680-电芯设计 4680-pack设计 柏林展示 德州展示 资料来源：特斯拉电池技术发布会，转引自瓦砾村夫@bilibili资料来源：高工锂电网，驱动视界 电池结构创新-分类 1 方铝Pack内以解决热失控为设计核心 广汽弹匣电池长城大禹电池哪吒天工电池 2 非立式方铝，兼顾综合性能 上汽魔方电池宁德麒麟电池 刀片电池 3 比亚迪刀片电池蜂巢短刀电池 中创新航onestop 4 圆柱电池 特斯拉4680电池 ┃对以下6款电池设计进行对比 1 普通方铝 2 魔方 3 麒麟 4 短刀 5 长刀 6 4680 01类：以解决热失控为核心，电芯设计不变，简化为普通方铝；03类：简化为长刀和短刀 ┃NCM体系-综合指标 ┃长刀不适合三元 •安全性：麒麟、魔方、4680最优，短刀略差 •快充：麒麟、4680最优，魔方略差 •系统能量密度：4680最佳，麒麟与魔方基本一致 三元电池广泛应用于中高端车型， 对续航、快充、能量密度等各方综合性能要求更高。 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。 资料来源：华创证券 ┃LFP体系-体积利用率为第一指标 ┃长刀、麒麟、魔方角逐 •400V车型：三者都可以 •800V车型：刀片、魔方需要大改 •快充要求高：优选麒麟，刀片、魔方快充性能一般 •结构强度要求高：优选刀片 铁锂电池广泛应用于中低端车型，主要瓶颈：载电量上限低， 体积利用率最为关键。 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。 资料来源：华创证券 第二部分 01 电池系统结构创新 02电池体积利用率对比 03 投资建议 电池体积利用率对比---Z向利用率 ┃电池系统中，Z向利用率最为关键 ┃以某经典电池包为例 •X向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1300*140*1=0.182L •Y向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1690*140*1=0.236L •Z向利用提升1mm，则系统可利用空间提升1690*1300*1=2.197L 140mm Z Y x 各向利用提升1mm 资料来源：华创证券测算 经典电池包设计 资料来源：乐惠车网 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。20 电池体积利用率对比---尺寸链分析 ┃体积利用率=电芯体积/pack体积 ┃Pack并非规则长方体：不同边界条件下计算结果相差很大 ┃此报告中的边界条件: VDA模组方案电池包 Pack吊挂点 电气件凸包 上盖加强筋 •不包含凸包或电气件空间 •不包含吊挂点 •从电池包外壁开始计算 ┃CATL并未公布计算边界条件 ┃CATL的计算结果与本报告存在差异，预计是计算边界不一致造成的 ┃BYD的计算结果与本报告差异较小，预计计算边界相同 此页包含机密资料，其全部或任何部分不可被复制或再发送。本页不构成对任何产品的要约出售/购买、招揽或建议。关于免责声明全文，详见本PPT最后部分。 资料来源：DearAuto搜狐号 ┃刀片电池内部尺寸空间示意图 ┃汉EV刀片电芯为例 •高度方向：隔膜/电芯=85/90=94.4% •长度方向：隔膜/电芯=915/945=96.8% 135Ah刀片电池内部尺寸空间示意图 刀片电池实物拆解图 0.4mm 2.1mm 90mm 915mm 85mm 15mm 15mm 2.1mm 0.4mm 945mm 资料来源：华创证券 电芯侧面极耳降低Y向利用率 ┃刀片电池内部尺寸空间利用率 ┃135Ah刀片电池内部空间利用率86.0% 135Ah刀片电芯内部空间利用率86.0% X Y Z JR 12.7 915 85 CELL-含外壳 13.5 945 90 利用率-含外壳 94.1% 96.8% 94.4% 备注 仅扣除外壳厚度 从JR计算 从JR算 资料来源：华创证券测算 ┃刀片电池包空间利用率对比 ┃汉EV电池包实测空间利用率62.2% 汉EV电池包实物图 X Y Z 汉Evpack尺寸mm 2225 1132 110 汉EV电芯尺寸mm 13.5 945 90 电芯各向的堆叠数量pcs 150 1 1 电芯各向的总尺寸mm 1971 945 90 电芯各向的空间利用率 91% 83% 82% 汉EV电池包 体积利用率62.2% （不含凸包及电气空间） ┃4680电池内部尺寸及空间利用率 ┃投影面积：利用率93.4% ┃Z向