电子行业深度研究：硅碳负极有望提升消费电子锂电池价值量

证券研究报告 行业研究行业深度研究电子 硅碳负极有望提升消费电子锂电池价值量 请务必阅读报告末页的重要声明 2025年03月10日 证券研究报告 报告要点 以智能手机为代表的消费电子终端多年来呈现电池容量持续增长的趋势，一方面拍摄、短视频、游戏等重度耗电应用的用户使用频次越来越高，另一方面AI应用的普及将带来更大的续航需求，我们认为手机续航或将面临较大的缺口。因此提升手机电池容量将是迫在眉睫的需求，而硅碳负极材料能够在不提升重量和体积的情况下提升手机电池续航，有望推动消费电子锂电池价值量提升，从而给消费电子锂电池公司带来发展机遇。 分析师及联系人 郇正林 王晔 SAC：S0590524110001SAC：S0590521070004 请务必阅读报告末页的重要声明119 行业研究行业深度研究 2025年03月10日 电子 硅碳负极有望提升消费电子锂电池价值量 投资建议： 强于大市（维持） 上次建议：强于大市 相对大盘走势 电子 60 沪深300 37 13 10 202422024620241020252 相关报告 1、《电子：电子行业2024Q4基金重仓分析：基金重仓比例创历史新高》20250125 2、《电子：从AI眼镜到AIAR眼镜的供给侧阻碍》20250119 扫码查看更多 手机锂电池容量呈现长期增长趋势 随着手机功能的增加和用户使用时长的增加，用户对手机续航的要求促使手机厂商采用容量越来越高的电池。以iPhone为例，电池容量从2007年第一代iPhone的1400mAh提升至2024年iPhone16的3561mAh，而iPhone16ProMax的容量则高达4747mAh，相当于初代iPhone的34倍。后续随着画质、分辨率、帧率、特效等性能的进一步提升，短视频、游戏、流媒体等应用的耗电量或将进一步增加，给用户整机的续航提出新的挑战。 AI应用进一步拉大终端续航缺口 AI手机普及和本地大模型升级将对续航提出更高要求。根据AlexdeVries发表的《Thegrowingenergyfootprintofartificialintelligence》，普通的谷歌搜索大约需要耗电03Wh，而获得AI加成的ChatGPT单次请求能耗约为29Wh接近于普通谷歌搜索的10倍。而AI驱动下的谷歌搜索单次请求耗电量则高达69Wh（NewStateResearch估算）或89Wh（SemiAnalysis估算）。 硅碳负极材料成为提升锂电池续航的重要抓手 从具体性能来看，天然石墨材料的理论容量在340370mAhg之间，人造石墨材料的理论容量在310360mAhg之间，而硅基负极材料的理论容量可以达到4004000mAhg。掺杂硅基负极材料可以有效提升锂电池负极材料的理论容量上限。多数主流智能手机旗舰机型均已采用硅碳负极技术。从目前国内主流的手机厂商来看，硅碳负极技术在各大安卓手机厂商中普及度较高，包括小米、华为、荣耀、OPPO、vivo在内的多家手机品牌的旗舰机型均搭载了硅碳负极或者硅氧负极技术的电池。 投资建议：关注消费电子锂电池模组和电芯公司，维持“强于大 市”评级 以智能手机为代表的消费电子终端多年来呈现电池容量持续增长的趋势，一方面拍摄、短视频、游戏等重度耗电应用的用户使用频次越来越高，另一方面AI应用的普及将带来更大的续航需求，我们认为手机续航或将面临较大的缺口。因此提升手机电池容量将是迫在眉睫的需求，而硅碳负极材料能够在不提升重量和体积的情况下提升手机电池续航，且已被多款旗舰机型采用，已然成为手机电池领域确定性较高的发展趋势之一。因此我们建议关注消费类锂电池模组和电芯生产公司，建议关注：欣旺达等。 风险提示：AI应用在终端普及速度不及预期的风险，硅碳负极原材料价格居高不下的风险，掺硅比例继续提高遇到技术瓶颈的风险。 正文目录 1AI加持提升消费电子终端电池容量需求4 11重度应用不断推高手机锂电池容量4 12AI应用进一步拉大终端续航缺口7 2硅碳负极是消费类电池主要发展趋势之一9 21消费电子锂电池容量需求与日俱增9 22有效提升电池容量，硅碳负极已成多数旗舰机标配13 3投资建议：关注端侧锂电池模组和电芯公司16 31欣旺达：消费电子锂电池龙头，已有硅碳负极产品17 4风险提示18 图表目录 图表1：历代iPhone标准版电池容量变化趋势4 图表2：智能手机不同APP耗电量速度统计5 图表3：中国移动互联网典型行业用户使用时长占比6 图表4：历代iPhone电池容量及其除以SoC晶体管数量的变化趋势6 图表5：与标准谷歌搜索相比，各种AI系统每次请求的估算能耗7 图表6：GPT4o人机交互演示示意图8 图表7：图像识别系统的工作流程示意图8 图表8：生成式AI手机总规模（百万台）8 图表9：本地大模型参数（亿）及功能预测8 图表10：主要可穿戴设备示意图9 图表11：锂电池基本结构示意图10 图表12：锂电池产业链示意图11 图表13：锂离子电池成本结构11 图表14：全球锂离子电池出货量（GWh）12 图表15：全球锂离子电池出货量预测（GWh）12 图表16：中国锂离子电池出货量（GWh）12 图表17：中国锂离子数码电池出货量（GWh）12 图表18：2022年全球手机锂电池市场竞争格局13 图表19：主要锂电池负极材料对比情况14 图表20：硅基负极材料失效机理14 图表21：常见硅碳负极材料制备方法比较15 图表22：主要硅基硅碳负极材料公司产能规划情况15 图表23：近期部分主流手机品牌旗舰机型电池技术16 图表24：欣旺达近年来收入情况17 图表25：欣旺达2023年业务收入结构17 图表26：欣旺达近年来归母净利润情况17 图表27：欣旺达近年来盈利能力情况17 1AI加持提升消费电子终端电池容量需求 11重度应用不断推高手机锂电池容量 智能手机电池容量呈现长期增长趋势。以iPhone为例，每代iPhone的电池容量呈现整体上升的趋势，从2007年第一代iPhone的1400mAh提升至2024年iPhone16的3561mAh，期间CAGR约为565。而iPhone16ProMax的容量则高达4747mAh，相当于初代iPhone的34倍。随着手机功能的增加和用户使用时长的增加，用户对手机续航的要求促使手机厂商采用容量越来越高的电池。 图表1：历代iPhone标准版电池容量变化趋势 资料来源：充电头网，国联民生证券研究所 手机高耗能应用主要包括相机、游戏、导航定位和视频。根据DXOMARK对2020年至2023年初测试的所有120台手机的数据来看，每小时耗电量最大的应用是相机，每小时耗电量达到960mA，原因是需要激活屏幕和镜头模组，同时需要调用SoC和RAM存储等多个芯片单元，并且进行复杂的计算。其次耗电较快的应用主要包括游戏、导航定位、看视频，每小时耗电量分别为555、531、304mA。而在这些应用中，游戏和视频均为典型的长时间使用的应用。 图表2：智能手机不同APP耗电量速度统计 资料来源：DXOMARK，国联民生证券研究所 高耗能应用越来越成为用户重度应用。短视频作为4G时代发展最快的移动互联网应用，已经成为覆盖各大人群的基础应用，根据QuestMobile在2024年9月的统计数据，短视频占据用户移动互联网使用时长的比例高达299，相比于2023年9月的287和2022年的275仍然在提升。短视频用户包括观众和视频创作者，因此短视频的使用需要调用相机和短视频应用本身，有时候同城互动还需要调用导航定位，因此短视频对于手机电量的消耗较大，并且越来越成为大众用户的重度应用。 此外，2024年9月在线视频、手机游戏占据用户市场也分别达到63、56，均为耗电较高的应用。后续随着画质、分辨率、帧率、特效等性能的进一步提升，短视频、游戏、流媒体等应用的耗电量或将进一步增加，给用户整机的续航提出新的挑战。 图表3：中国移动互联网典型行业用户使用时长占比 资料来源：QuestMobile，国联民生证券研究所 手机续航升级或将与晶体管数量升级同频。通过对iPhone历代机型的梳理，可以发现iPhone手机呈现出主控SoC晶体管数量增长、电池容量增长的趋势，但同时电池容量增长的速度要显然慢于晶体管增长的速度，从而导致每亿个晶体管所需手机电池容量呈现下降趋势。而从近几年的数据来看，该比例已基本平稳，继续下降的难度较高。因此，当晶体管数量随着计算需求增长而增长的时候，电池容量或将需要进行同等幅度的升级。 图表4：历代iPhone电池容量及其除以SoC晶体管数量的变化趋势 资料来源：充电头网，国联民生证券研究所整理注：假设iPhone16晶体管数量与iPhone15Pro相同 12AI应用进一步拉大终端续航缺口 AI加持将明显提高应用耗电量。根据AlexdeVries发表的《Thegrowingenergyfootprintofartificialintelligence》，普通的谷歌搜索大约需要耗电03Wh，而获得AI加成的ChatGPT单次请求能耗约为29Wh，接近于普通谷歌搜索的10倍。而AI驱动下的谷歌搜索单次请求耗电量则高达69Wh（NewStateResearch估算）或89Wh（SemiAnalysis估算）。由此可见，AI驱动下的应用耗能显著高于普通应用，端侧AI应用相比于普通应用耗能预计也将出现明显提升。 图表5：与标准谷歌搜索相比，各种AI系统每次请求的估算能耗 资料来源：《Thegrowingenergyfootprintofartificialintelligence》AlexdeVries，国联民生证券研究所 AIAgent或将需要频繁调用摄像头模组，从而对续航提出更高要求。北京时间2024年5月14日凌晨，OpenAI发布了新一代旗舰生成模型GPT4o及桌面App。GPT4o是类似于AI助手的大模型，它接受文本、音频、图像和视频的任意组合作为输入，并生成文本、音频和图像的任意组合输出。响应音频的时间可以缩短至最少232毫 秒，平均为320毫秒，与人类在一次谈话中的响应时间相似。 根据Treichler的实验，人类接受的外部信息中83来自于视觉，所以视觉系统对于人类大脑而言非常重要。而包括GPT4o在内的诸多AIAgent作为拟人化的助手，需要模仿人类接收外界信息的方式。这也意味着AIAgent的日常使用需要频繁调用摄像头模组，实际耗电量或将处于较高水准，对手机续航提出更高要求。 图表6：GPT4o人机交互演示示意图图表7：图像识别系统的工作流程示意图 资料来源：OpenAI官网，国联民生证券研究所资料来源：《NeuromorphicArtificialVisionSystemsBasedonReconfigurableIonModulatedMemtransistors》ZhenYang等，国联民生证券研究所 AI手机普及和本地大模型升级将对续航提出更高要求。根据Counterpoint的预测，生成式AI手机的总规模将从2023年的420万台增至2027年的123亿台，渗透率达到43。同时AI手机所支持的本地大模型参数也将逐年攀升，有望在2025年下半年达到170亿参数，支持包括多轮对话能力、多模态能力在内的多种复杂任务处理能力。因此在未来的AI手机时代，为了保障智能手机用户在续航方面的体验不下降，电池容量也需要做出相应的提升。 图表8：生成式AI手机总规模（百万台）图表9：本地大模型参数（亿）及功能预测 资料来源：Counterpoint，国联民生证券研究所资料来源：Counterpoint，国联民生证券研究所 AI眼镜、AI耳机等可穿戴产品也在经历传统硬件向AI硬件转型的过程，AI的加持必将带来功耗的大幅增加。而作为由人体头部承载重量的可穿戴产品，重量对用户体验的影响较大，因此我们认为将部分计算需求转移到端侧或者云侧或将成为可行之路。这就意味着手机不仅需要承载自身的功耗