新能源汽车产业链深度报告：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

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 ——新能源汽车产业链深度报告 行业研究|深度报告新能源汽车产业链行业 看好（维持） 国家/地区中国 行业新能源汽车产业链行业 报告发布日期2023年01月05日 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。 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knowhow积累。第二， 卢日鑫021-63325888*6118 lurixin@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860515100003 顾高臣021-63325888*6119 gugaochen@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860520080004 李梦强limengqiang@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860517100003 林煜linyu1@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860521080002 张洋zhangyang3@orientsec.com.cn 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 解决消费者核心需求，寻找动力电池发展的主旋律：新能源汽车产业链深度报告 硅基负极：新一代锂电材料，市场化进程加速 纤维状导电剂性能优异，碳纳米管有望引领行业发展 2022-11-02 2022-06-30 2022-03-31 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。 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 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8：NCA电池正负极及全电池熵热系数10 图9：1C充电倍率下各时点（10s-3550s）总产热率分布10 图10：1C充电倍率下电池可逆热分布曲线10 图11：1C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27：4C倍率下电池包最高温度对比19 图28：4C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31：2022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 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 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 800,000 700,000 600,000 500,000 400,000 300,000 200,000 100,000 0 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 2018/1 2018/3 2018/5 2018/7 2018/9 2018/11 2019/1 2019/3 2019/5 2019/7 2019/9 2019/11 2020/1 2020/3 2020/5 2020/7 2020/9 2020/11 2021/1 2021/3 2021/5 2021/7 2021/9 2021/11 2022/1 2022/3 2022/5 2022/7 2022/9 2022/11 0% 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。 图3：历年上市车型最大标称续航 单位(km) 1008 849 706 580 410 310 170 1200 1000 800 600 400 200 0 2017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0.6-0.7h之间，未体现出下降趋势；但最小快充时长自2020年开始从0.5h下降到0.17h。 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 0.73 0.61 0.61 0.63 0.68 0.61 0.5 0.5 0.5 0.42 0.17 0.17 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 2017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。 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。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 2018 2019 2020 2021 2022 车型补贴（万元） 150-200km 1.5 200-250km 2.4 250-300km 3.4 1.8 300-400km 4.5 1.8 1.62 1.62 1.3 ≥400km 5 2.5 2.25 2.25 1.8 能量密度调整系数 105-120Wh/kg 0.6 120-125Wh/kg 1 125-140Wh/kg 1 0.8 0.8 0.8 0.8 140-160Wh/kg 1.1 0.9 0.9 0.9 0.9 ≥160Wh/kg 1.2 1 1 1 1 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