国泰君安：快充驱动新能源车产业链“用电”改造.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 [Table_MainInfo] [Table_Title] 2023.08.16 快充驱动新能源车产业链“用电”改造 快充行业系列之一 石岩(分析师) 庞钧文(分析师) 牟俊宇(分析师) 0755-23976068 021-38674703 0755-23976610 shiyan019020@gtjas.com pangjunwen@gtjas.com moujunyu@gtjas.com 证书编号 S0880519080001 S0880517120001 S0880521080003 本报告导读： 快充实现新能源车有效补能缓解里程焦虑。我们认为，快充技术发展将驱动电芯材料、 电池包、零部件、充电基础设施等全产业链技术更新，看好优先布局快充的龙头企业。 摘要： [Table_Summary]  投资建议：我们认为，快充技术有望实现里程焦虑的有效缓解，推进 新能源车市场空间进一步抬升，看好优先布局快充的龙头企业。推荐 1）电池：宁德时代、亿纬锂能，受益标的：国轩高科、欣旺达；22） 负极：贝特瑞、中科电气、璞泰来，受益标的：信德新材；3）导电 剂：受益标的：天奈科技；4）涂布技术解决方案：受益标的：曼恩 斯特；5）车载电源：受益标的：欣锐科技；6）水冷板：受益标的： 银轮股份、华峰铝业；7）充电桩：盛弘股份。  快充技术高效补能，改善电车里程焦虑。近年来，随着新能源汽车智 能化发展趋势成为主流，更丰富的座舱体验和智能驾驶功能都对动力 电池提出了更长续航里程、更高能量密度的要求。虽然相较于传统的 交流慢充，直流快充的技术要求及成本较高，但其在充电时间上具有 显著优势，成为车企改善电动车里程焦虑和提升品质的重要方向。  快充技术是系统工程，推动“电器件”迭代换新。快充技术主要涉及 微电池技术和宏电池技术，前者致力于研究电极材料、电解液以及电 荷转移界面等电池内部生态；后者主要关注与充电桩、热管理、电池 系统和充电协议。电芯的能量体系上，主要通过负极材料（造粒、包 覆、表面功能化）、电解质（新型锂盐LiFSI）、导电剂（碳纳米管）、 电极设计（降低电极厚度）等途径优化电芯材料，提高锂离子迁移速 率以提升快充能力。电池的管控体系上，主要通过散热（液冷散热、 多层液冷板）、车载电源（高电压化）、汽车零部件（第三代半导体 材料）等途径升级配套车端零部件，适配快充性能。在基础设施上， 主要通过建立快充站及优化电网（配建储能、虚拟电厂）应对快充需 求。  国内头部企业全方位布局快充领域，加快快充产业化进程。2018 年 10月10日，保时捷发布其首款纯电动车Taycan，开启快充商业化探 索。由于快充作为系统工程，需要全产业链协同配合，才能实现其产 业化应用和发展，目前国内头部企业已从微电池技术到宏电池技术全 面开发、协同布局。我们认为，快充技术有助于企业构建差异化竞争 优势，同时，头部企业端的推进有望将快充产业化进程大大加快。  风险提示：新能源汽车销量不及预期，快充技术产业化速度不及预期。 [Table_Invest] 评级： 增持 上次评级： 增持 [Table_subIndustry] 细分行业评级 [Table_DocReport] 相关报告 动力锂电《新能源需求韧性足，产业链有望 逐步改善》 2023.08.15 动力锂电《集成化大势所趋，高压化破冰起 航》 2023.08.14 动力锂电《国内外需求齐头并进，产业链有 望迎修复》 2023.07.17 动力锂电《星星之火可以燎原，重视钠电产 业化进度》 2023.07.04 动力锂电《政策利好不断，需求复苏可期》 2023.06.27 行 业 更 新 股 票 研 究 证 券 研 究 报 告 [Table_industryInfo] 动力锂电 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 20 目 录 1. 快充技术高效补能，改善电车里程焦虑 3 2. 快充技术是系统工程，推动“电器件”迭代换新 4 3. 能量体系-电芯：提高锂离子迁移速率以提升快充能力 5 3.1. 负极材料：造粒、包覆工艺提升快充性能 5 3.2. 电解质：LiFSI满足快充更高的安全稳定性和导电能力 . 7 3.3. 导电剂：碳纳米管导电性能优异 7 3.4. 电极设计：降低电极厚度有利于提高快充能力 . 8 4. 管控体系-电池包+零部件：全面升级适配快充性能. 9 4.1. 电池包：液冷符合快充模式下高散热要求 9 4.2. 车载电源系统：高电压化方案实现快充效果 . 10 4.3. 汽车零部件：高压快充驱动第三代半导体导入 . 12 5. 基础设施：加强基础设施配套，完善快充网络 . 13 5.1. 充电桩：开发快充桩满足市场需求 . 13 5.2. 电网：储能、虚拟电厂应对快充需求 . 14 6. 国内头部企业全面布局快充领域 15 7. 投资建议 . 17 8. 风险提示 . 18 rQzQnPqQyRsRpRtNpQtQoR8ObP8OnPmMoMmPkPnNuMeRoPqOaQmNrMxNoPoPxNnPtP 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 20 1. 快充技术高效补能，改善电车里程焦虑 全球新能源汽车市场持续增长，市场空间广阔。根据 EV Sales 数据， 2020-2022年期间，全球新能源汽车销量分别为324、677和1052万辆。 2020年在经济增长放缓的大背景下，全球新能源汽车销量依然实现了逆 势增长，同比增长42.7%。2022年，全球新能源汽车市场销量大幅上升 至1052万辆，同比增长55.4%，渗透率达13.0%。 图 1：2022年全球新能源汽车销量为1052万辆 图 2：2022年全球新能源汽车渗透率为13.0% 数据来源：EVsales，国泰君安证券研究 数据来源：EVsales，国泰君安证券研究 快充技术解决补能焦虑，推动新能源汽车发展更进一步。里程焦虑是电 动车消费者主要担心的问题之一，之所以存在与电动汽车电池续航能力 差、充电慢密不可分，也一定程度上限制了电动汽车的广泛应用。而随 着新能源汽车智能化发展趋势成为主流，更丰富的座舱体验和智能驾驶 功能都对动力电池提出了更长续航里程、更高能量密度的要求。目前来 看，解决里程焦虑的两种途径分别是提升电池充电速率和提高电池能量 密度。考虑到目前主流车型续航已经能满足消费者日常通勤需求，在关 注油箱大小的同时，催生出产业界对补能方案的进一步探索。相较于传 统的交流慢充补能，直流快充补能下充电桩内置功率转换模块，将交流 电转换为直流电直接输入车内电池组，无需通过车载充电机进行转换， 大幅度提升补能效率。 表 1: 直流快充在充电时间上具有显著优势 交流慢充 直流快充 简 介 车辆自带的便携式充电器接入家用电源或充电桩后， 需经由车载充电机将交流电转换为直流电方可进行充 电，输出功率大约在3.3kW-20kW。 直流充电桩内置功率转换模块，将交流电转换为直流电直接 输入车内电池组，无需通过车载充电机进行转换。 优 点 充电桩成本低、安装方便，不依赖充电桩或共用充电 网络，并且能利用电网晚间的低谷电，降低充电成本 充电时间短，，一般充电电流为150-400A，充电时间约为 20分钟-2小时。 缺 点 充电时间较长，目前大部分电车的续航里程超 400KM，充电时间均在8小时左右 充电机制造、安装和工作成本较高；充电电流大，对充电的 技术和方法要求高，对动力电池的寿命有负面影响；且大电 流充电会对公用电网产生冲击，会影响电网的供电质量和安 全 数据来源：伟丰新能源科技，沐风机械，国泰君安证券研究 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 20 打造产品高端差异化，保时捷发布快充新能源车型。2018年10月10日， 保时捷发布其首款纯电动车Taycan，宣称充电15分钟实现80%的电量， 搭载 800V电压平台，充电速度居于业内榜首。目前特斯拉、奥迪、起 亚等海外车企和比亚迪、上汽、埃安、蔚来等国内车企相继推出了搭载 快充技术的电动化平台方案。我们认为，当下新能源车行业竞争激烈， 快充技术作为解决新能源车里程焦虑的差异化性能，成为车企引流消费 者的一张名片，有望迎来大规模商业化导入。 图 3：多款车型搭载高压快充平台 数据来源：Newsroom，搜狐新闻，汽车之家，新出行，小鹏汽车等，国泰君安证券研究 2. 快充技术是系统工程，推动“电器件”迭代换新 快充技术的应用是系统工程，涉及新能源汽车多环节核心零部件的迭代。 新能源汽车产业链囊括动力电池、电子电气部件、整车制造等多行业和 多环节。为了实现快速充电，需要多个层面的开发和配合。快充技术主 要涉及微电池技术和宏电池技术，微电池技术致力于研究电极材料、电 解液以及电荷转移界面等电池内部生态；宏电池技术主要关注与充电桩、 热管理、电池系统和充电协议。快充的逐步应用，将有望催生电池材料、 电池包及相应的电动车电子电气架构和充电站的开发、快充期间电网负 载平衡方面的产品迭代创新。 图 4：新能源汽车三电系统 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 20 数据来源：欣锐科技招股说明书 3. 能量体系-电芯：提高锂离子迁移速率以提升快充 能力 锂离子和电子在电极和界面中的迁移速率很大程度上决定了快充能力。 通过各种策略提高主体材料和界面中的锂离子的扩散速率和离子电导 率被认为是提高快充能力的主要方法。 图 5：Li+在充电过程中的扩散流程 数据来源：《锂离子电池快速充电研究进展》，《Challenges and opportunities towards fast-charging battery materials》，国泰 君安证券研究 3.1. 负极材料：造粒、包覆工艺提升快充性能 负极材料是限制快充的主要因素。在充电条件下，负极作为锂离子的接 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 20 受体，需要具备快速接纳大量锂离子嵌入的能力。在快充过程中，负极 材料依然存在一些技术瓶颈。第一，虽然石墨独特的层状结构可以实现 锂离子的嵌入，但由于石墨层间距较小，造成锂离子的扩散阻力较大， 扩散动力学不理想，从而无法达到理想的倍率性能。第二，锂离子嵌入 石墨时较长的扩散路径会使得电池的倍率性能不理想。第三，在快速充 电的情况下，较大的极化会使石墨的嵌锂电位无限接近于锂金属的沉积 电位，从而出现表面析锂甚至产生锂枝晶，不仅会导致电池性能下降， 甚至会造成内部短路或热失控。第四，石墨的片层结构之间由微弱的范 德华力连接，因此结构不稳定。锂离子嵌入过程中伴随的溶剂分子共嵌 入会导致石墨片层的剥离和脱落，进而影响电化学性能。 图 6：负极材料表面产生锂枝晶会导致电池性能下降 数据来源：《锂离子电池负极析锂检测方法的研究进展》，国泰君安证券研究 通过造粒、表面碳包覆、表面功能化等措施改善石墨负极性能，使其满 足快充需求。对石墨材料，锂离子的传导速率主要受颗粒的大小、粒度 分布、取向性、表面状态等因素的影响。通过造粒可以控制石墨的颗粒 大小、粒径分布和形貌。小颗粒石墨材料之间存在凹孔，可以提高材料 保液性能和降低材料的膨胀系数，缩短锂离子的扩散路径，降低锂离子 的浓差极化，因此小颗粒有利于提高材料倍率性能。表面碳包覆是指以 石墨材料为内核，在其表面包覆一层无定型碳材料，形成一种核壳结构。 表层的无定型碳相当于形成一层缓冲层，可以有效吸附电解液，更有利 于锂离子的扩散，降低锂离子在石墨表面的传递阻力，增加了锂离子的 扩散通道，从而可以改善石墨材料的大电流充放电性能。另外，亦可以 通过石墨材料的表面功能化，例如通过 KOH 在石墨表面刻蚀、氧、氮 等元素掺杂来提高石墨的活性位点，来提高石墨材料的快充性能。 图 7：人造石墨的制备工艺中对材料进行造粒改性 数据来源：公司公告，环评报告，国泰君安证券研究 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 20 表 1： 沥青包覆材料可提升负极材料容量 包覆比例（mass%） 0.1C 容量（mAh/g） 倍率性能 C0.5C/C0.1C C0.5C/C0.2C C0.5C/C0.3C C0.5C/C0.4C 0 320.7 67.6 40.9 20.9 6.9 2 358.3 81.9 53.5 24.8 9.4 5 371.2 85.7 65.9 35.2 10.2 8 351.2 83.1 53 24.8 10 11 335 79.5 58.1 27.1 9.9 14 339.6 80 56.1 28.7 12.3 数据来源：《锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究》，国泰君安证券研究 3.2. 电解质：LiFSI满足快充更高的安全稳定性和导电能力 快充模式对电解液的热稳定性及导电性提出更高要求，新型锂盐 LiFSI 具备更优性能。电解液被称为电池的“血液”，充当连接正极和负极的桥 梁，在电池内部发挥离子传导的功能。它不仅可以调节电极/电解质界面， 还可以影响电池的性能，茹容量、内阻、倍率性能、工作温度和安全性 能等。通常，锂离子在液态电解质中的扩散系数比固体电极中的扩散系 数高几个数量级，溶剂化锂离子在电极/电解液界面的去溶剂化是决定电 池快充能力的重要因素，因此增加电解液的离子电导率有利于降低锂离 子的溶剂化和去溶剂化活化能，并实现快充。此外，电极/电解液界面的 不稳定性是限制快充过程中电解液耗尽、可循环锂离子损失以及电极-电 解液界面之间电荷转移的另一原因。目前电解液的主流锂盐 LiPF6 在高 电压的情况下会出现严重的析锂反应，同时高电压带来的高温会严重影 响 LiPF6 的化学性质，降低充电速度和电池使用寿命。要实现快充，必 须要用更高性能的锂盐对LiPF6进行替代，LiFSI在电解液的热稳定性以 及导电性等方面优势明显。国内部分电解液企业已具有LiFSI批量供应 能力，并有望在需求驱动下加速应用。 表 3: LiFSI 相对于LiPF6具备更好的离子电导率 溶质名称 优点 缺点 六氟磷酸锂 （LiPF6） 在非水溶剂中具有合适的溶解度和较高的离子 电导率; 能在 Al 箔集流体表面形成一层稳定的 钝化膜; 能协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成 一层稳定的 SEI 膜 LiPF6的热稳定性较差，极易与痕量的水分发生 反应产生强酸, 会破坏电极表面 SEI 膜, 溶解 正极活性组分, 导致循环过程中容量严重衰减 双氟磺酰亚胺锂 （LiFSI） 具有离子电导率高和对水敏感度低等优点，另 外，LiFSI相对于LiPF6具有较高的分解温度， 具有相对较好的安全性，能有效提高低温放电 性能循环性能、充放电性能 双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)的技术难度大、成本高 数据来源：CNKI、国泰君安证券研究 3.3. 导电剂：碳纳米管导电性能优异 碳纳米管具备更高导电率，更能满足快充要求。导电添加剂的作用是在 活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流，以减小电极的接触 电阻、加速电子的移动速度。锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 20 导电石墨类、碳纤维、碳纳米管(CNT)以及石墨烯等。其中，炭黑类、导 电石墨类和碳钎维属于传统的导电剂；碳纳米管和石墨烯属于新型导电 剂材料。碳纳米管呈圆柱状，内部中空，具有良好的电子导电性。柱状 结构能够与活性材料点对线接触，在电极活性材料中形成连续的导电网 络，充当“导线”的作用，有利于提高电池容量、倍率性能、电池循环 寿命、降低电池界面阻抗等。根据GGII数据，2022年中国动力电池市 场仍以炭黑为主，以碳纳米管为代表的新型导电剂市场份额约24%。随 着充电倍率的提升，更高导电率的导电材料将获得更多应用。 表 4：新型导电剂性能优异 导电剂种类 优点 缺点 炭 黑 类 导 电 剂 SP 价格便宜,经济性高 导电性能相对较差,添加量大,降低正极活性物质占比,全依赖进口 科琴黑 添加量较小,适用于高倍率、高容量型锂电池 价格贵,分散难、全依赖进口 乙炔黑 吸液性较好,有助提升循环寿命 价格较贵,影响极片压实性能,主要依赖进口 导电石墨类导电剂 颗粒度较大,有利于提升极片压实性能 添加量较大,主要依赖进口 碳纤维 导电性优异 分散困难、价格高、全依赖进口 新 型 导 电 剂 碳纳米管导电剂 导电性能优异,添加量小,提升电池能量密度,提升电池循环寿命性能 需要预分散,价格较高 石墨烯导电剂 导电性优异,比表面积大,可提升极片 压实性能 分散性能较差,需要复合使用,使用相 对局限 数据来源：天奈科技招股说明书，国泰君安证券研究 图 8：碳纳米管可在电极活性材料中形成连续的导电网络 数据来源：《Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects》， 国泰君安证券研究 3.4. 电极设计：降低电极厚度有利于提高快充能力 电极的面密度也能对电池的快充性能产生重要的影响作用，降低电极厚 度有利于快充能力的提高。基于目前的电池技术，功率型和能量型电池 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 20 之间的主要区别在于正极和负极的厚度。当前为提高电池的能量密度， 往往采用的是较厚的电极。然而在充电过快的情况下，锂离子不能到达 电极活性材料的所有的储存位点，因此需要改进电极制造工艺，采用小 颗粒活性物质进行涂薄，从而提升电池的快充性能。 图 9：适当降低电机厚度有利于提升快充性能 数据来源：Optimizing Areal Capacities through Understanding the Limitations of Lithium- Ion Electrodes，国泰君安证券研究 4. 管控体系-电池包+零部件：全面升级适配快充性能 4.1. 电池包：液冷符合快充模式下高散热要求 快充模式对电池系统的散热提出更高要求，液冷散热有望得到推广。电 动车电池热管理系统通过冷却媒介把电池内部的热量传递到外界环境 中，从而降低电池内部温度。目前主流散热系统有液冷散热和风冷散热。 由于快充模式下新能源汽车电池中心区域的温度较高，其所需要的散热 方式有望向液冷散热转变。 表 5：液冷散热性价比高 冷却方式 具体方式 冷却介质 优点 缺点 液冷散热 采用液冷管和冷却液，通过 包裹导热绝缘硅胶挤出材料 以S型来回包裹电池组来散 热 水、醇类和油类等 （以乙二醇水溶液为 主） 性价比高、散热效率高 变质将对电池组件产 生腐蚀作用，降低防 冻冷却效果；可能造 成冷却液泄漏 风冷散热 通过布局风扇与通风口，通 过增加电池组内部的空气流 动性来散热 空气 成本低、使用寿命长、 便于维护、无泄露风险 空气传热系数低；冷 却速度慢；空间利用 率较低；防水防尘困 难 对流散热 通过导热硅胶片将热量传递 到温度较低的散热铝板与金 属外壳上来散热 导热硅胶片 散热成本低廉 散热效果不佳，仅适 合小功率 相变材料散热 利用相变材料物理状态的变 化来散热 工业石蜡为主 控温性能好、体积小、 无额外功耗、环保、与 有机相变低热导率， 需与其他材料复合改 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 20 电池集成度高 性，高成本 数据来源：浅析新能源汽车动力电池热管理技术，国泰君安证券研究 快充有望带来液冷板工艺改进和需求提升。液冷板是采用液体作为冷却 介质的冷却板，其原理是在金属板材内加工形成流道，元件安装于板的 表面，中间涂装导热介质，通过冷却液在板内流动带走元件所发出的热 量，从而起到降温效果。2022年6月23日宁德时代发布能够满足4C快 充技术 CTP3.0 麒麟电池。为保证在快充环境下电池的安全性能，麒麟 电池创造性地将隔热垫、水冷板和横纵梁进行了三合一的集成，将传统 设在底部的水冷功能件置于电芯之间，使得水冷板的散热从单面散热变 为双面散热，将电池整体换热面积扩大了4倍。 图 10：麒麟电池将隔热垫、水冷板和横纵梁集成 图 11：麒麟电池散热面积是原来电池包的四倍 数据来源：宁德时代 4.2. 车载电源系统：高电压化方案实现快充效果 车载系统高压化逐渐成为解决动力电池充电慢问题的核心方案。快充技 术的核心在于提高整车充电功率，包括大电流及高电压两种方式。根据 公式，功率(P)=电压(V)*电流(I)，实现大功率充电有两种方式：(1)加大 充电电流，(2)提高充电电压。根据动力电池补能的充电功率（kW）=电 压（V）*电流（A）。在现有常规400V充电电压下，若直接提升车载电 源的充电功率，则需要提升充电电流，其优点在于，可以更好的兼容现 有充电网络。然而大充电电流需要使用更粗更重的线束、散热管理难度 大幅提升，整车的高压线束、PDU 等部件需更换为通流能力大的产品， 使得整车重量和成本增加。相较于常规400V充电系统，在同等功率的 情况下，800V电压平台可以降低50%的电流，从而显著减少整车线束等 零部件重量及成本和提升驱动效率。目前看，除特斯拉外，主流车企倾 向于探索高电压方案实现快充效果。 表 6：高电压有望成为快充核心解决方案 项目 大电流 高电压 提升方案 提升电流，将快充电流从250A 提升至600A，最大充电功率可 提升至250kW 提升电压，将电动车电压从400V 提升至800V（含）以上，最大充 电功率可达500kW 产生热量 高 低 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 20 散热要求 高 低 线束 粗 细 推广难度 难度大 难度低 主要代表 特斯拉Model 3、Model S 保时捷Taycan 数据来源：Semitrade公众号，TechWeb公众号，国泰君安证券研究 表 7：铜线在不同温度和线径下所能承受的最大电流 导线横截面积 （mm²） 铜线温度（℃） 60 75 85 90 电流（A） 2.5 20 20 25 25 4.0 25 25 30 30 6.0 30 35 40 40 8.0 40 50 55 55 14 55 65 70 75 22 70 85 95 95 30 85 100 100 110 38 95 115 125 130 50 110 130 145 150 60 125 150 165 170 70 145 175 190 195 80 165 200 215 225 100 195 230 250 260 数据来源：新疆华光智远，国泰君安证券研究 为实现高电压充电，需要增加单体电池串联个数，对电芯的一致性提出 了高要求。单体锂电池之间在容量、内阻、衰减等方面的有差异，因此 在对串联的电池组充电时，电池组中容量最小的锂电池单体将最先充满 电，而其他电池此时还没有充满电。若继续充电，则已充满电的单体锂 电池就会被过充电。而锂电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能 会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂电池过充电，锂 电池组使用时需要配有电池管理系统（简称BMS），通过电池管理系统 对每一只单体锂电池进行过充电等保护。因此，使用高电压策略提高充 电功率，为了监控更多的串联电池，BMS质量和成本会增加。 表 8: Porsche Taycan 和 Tesla Model 3电池对比 最大功率 (kW) 电压 (V) 最大电流 (A) 容量 (kWh) 质量 (kg) 能量密度 (Wh/kg) 充电时间 (SOC 5-80%) 电芯 串并联 Porsche Taycan 270 800 340 93 630 148 22.5 软包电池 198s2p Tesla Model 3 250 400 631 78 480 163 28 21700圆柱电池 96s46p 数据来源：《800-V Electric Vehicle Powertrains: Review and Analysis of Benefits, Challenges, and Future Trends》，国泰君安证券 研究，S：series connection串联；P：parallel connection并联 表 9: 部分800 V电车规划 车型 电压 (V) 额定电流 (A) 功率（kW） 续航能力（Km） 量产时间 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 20 保时捷Taycan 800 350 200 527 2021年7月 广汽AION V Plus 880 500 480 500 2021年9月 极狐αS 800 260 470 700 2022年7月 小鹏G9 800 250 430 700 2022年9月 小鹏G6 800 250 358 700 2023年6月 阿维塔11 750 250 240 600 2023年3月 数据来源：AICars，保时捷官网，小鹏汽车官网，汽车之家，国泰君安证券研究 4.3. 汽车零部件：高压快充驱动第三代半导体导入 高压平台下对电驱系统要求提高，SiC渗透率或将提升。在电驱系统方 面，高压平台对其绝缘能力、耐压能级等提出更高要求，难点在于电机 控制器的核心部件，即功率模块。目前主流车规级功率半导体Si基IGBT 的耐压等级在600-750V，当电压超过800V时其存在损耗高、效率低 的缺点。而宽禁带、耐高压、低损耗的SiC基MOSFET，能够满足相 应要求，有望部分取代Si基 IGBT在电控领域的应用。然而SiC功 率器件价格居高不下，影响其广泛应用。特斯拉宣布在其第二代功率 芯片平台中，将降低75%的SiC用量。未来高低端车型电控路线可能 出现分化，硅基IGBT和SiC基MOSFET或将并驾齐驱。 图 12: SiC较 Si 性能更优 数据来源：智驾网 高压平台下汽零全面换新。在空调压缩机、OBC、DC-DC等其他汽零部 件方面，面向高电压平台的新产品也在开发中。OBC使用SiC功率器件 具备性能优势和全生命周期降本优势。800V 架构需要将功率器件额定 电压从 650V 转变为 1200V，对应 OBC 产品功率从 3.3/6.6kW 提升至 11/22kW。Wolfspeed通过对比11kW纯SiC功率器件和Si/SiC功率器件 混合的两种单向OBC拓扑结构后发现，全SiC拓扑结构的OBC功率密 度提升约50%，OBC效率提升约2pct，全生命周期（系统成本节约+运 营节约+二氧化碳节约）带来$435的成本节约。 表 10：SiC单向OBC与Si/SiC混合单向OBC性能和成本对比 项目 硅/碳化硅混合 纯碳化硅 系统成本 100% 90%，$16 功率密度 2kW/L 3kW/L 系统效率 95% 97% 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 20 碳化硅基CO2减排测算 / $31 碳化硅基生命周期成本净节约 / ~$435 数据来源：Wolfspeed，国泰君安证券研究 5. 基础设施：加强基础设施配套，完善快充网络 5.1. 充电桩：开发快充桩满足市场需求 为适应新能源汽车快充的需求，加强大功率充电基础设施建设是提升充 电效率的重要路径。截止 2023 年 6 月，我国充电基础设施保有量达到 665.2万台，新能源汽车保有量为1620万辆，车桩比为2.44:1。从增量 角度看，2023 年 1-7 月国内充电桩新增数量 171.9 万桩，同比增长约 26.2%。2021年12月31日，国家标准化管理委员会正式下达《电动汽 车传导充电用连接装置第 1 部分:通用要求》推荐性国家标准的修订计 划，指出将进一步提高充电电流电压，优化完善控制导引电路、通信协 议等功能，满足大功率充电技术发展和市场需求。 图 13: 截止23年7月，我国充电桩保有量达221.1万桩（单位：万桩） 数据来源：中国充电联盟，国泰君安证券研究 相较于新能源汽车高电压平台面临的三电系统全面升级，超级快充桩的 开发会相对顺利。800V超级快充桩的内部结构与400V充电桩一致，仍 是由充电模块、充电枪线、主控板及其他配件等构成，无须升级为分体 机。超级快充桩的充电模块并不需要重新开发，但仍需导入SiC等第三 代半导体，因此具有一定的开发难度。除此之外，充电枪、充电线接触 器、熔丝等需要根据电压的改变而重新选型。当前星星充电、普天新能 源、特来电等充电服务商，均具备400kW以上充电桩的技术储备。 表 11：快充充电桩的性能参数 发布时间 充电电压 (V) 充电功率 (kW) Porsche Taycan 2019 800 350 星星充电 2019 1000 360 电王快充 2021 1000 540 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 20 特来电 2022 1000 600 数据来源：800V高压未来，电王快充，星星充电，特来电，国泰君安证券研究 图 14: 特来电超级快充桩 数据来源：特来电，国泰君安证券研究 5.2. 电网：储能、虚拟电厂应对快充需求 大规模部署快充桩可能冲击配电网。当前新能源汽车的所需电量仍需从 电网获得，因此大功率超级快充桩如何友好和经济地接入电网是新能源 电车快充的重要问题。伴随新能源汽车快充功率提高，必须完善电网相 关基础设施建设。截止 2022 年 6 月，全国电车用电量约占全社会用电 量的千分之二。即使新能源汽车全面取代燃油车，用电量也是电网能够 承受的。但新能源汽车快充对电网带来的最大问题是对配电网的冲击， 尤其是800V超级快充桩的充电功率普遍在350kW以上，是目前主流充 电桩的3-6倍。而当前大多数地区的配电网并未配备大功率变压器，因 此大量部署超级快充桩会对局部配电网产生不利影响。 配建储能电站是减轻电网负担的重要方法。为快速充电桩配建储能电站 可在用电低谷期储存电能，在用电高峰期可不借助电网，而直接用储能 电站的电能给电动汽车充电。因此储能电站的存在可以减轻配电网的负 担，超级快充也可一并实现。但储能电站的建设成本和运营成本高，需 要充分做好调研规划和运营调度。 建立虚拟电厂是规范电能调度、满足充电需求的另一必要方法。当前新 能源汽车充电多为无序充电，当车主将车连上充电桩时即开始充电，电 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 20 能传输仅为单向传输。建立虚拟电厂的意义在于实现有规划的电能双向 传输，在电车停放时即连接电网。当电网负荷低时向电动车充电，当电 网负荷高时则有电动车向电网放电。这种规范调节的频率以秒为单位， 每一辆新能源车均可称为电网的微型储能站，实现电能的规范调度，并 且满足新能源汽车充电需求。 表 12：V2G实现车对电网反向补能 V2X形式 简要说明 示例 V2G 车对电网 实现新能源汽车和电网之间的能量互动，在电网负荷低时，新能源汽 车充电吸纳电能；在电网负荷高时，新能源汽车可向电网释放电能， 赚取差价收益，实现削峰填谷 数据来源：威迈斯招股说明书，国泰君安证券研究 6. 国内头部企业全面布局快充领域 国内头部企业全方位布局快充领域，加快快充产业化进程。由于快充作 为系统工程，需要全产业链协同配合，才能实现其产业化应用和发展， 目前国内头部企业已从微电池技术到宏电池技术全面开发、协同布局。 从快充技术涉及到的电池、负极、电解质、导电剂、电极制造、车载电 源、热管理系统、充电桩、电网基础设施等各环节看，国内企业均有进 行研发制造，我们认为，快充技术有助于企业构建差异化竞争优势，同 时，头部企业端的推进有望将快充产业化进程大大加快。 表 13: 各头部企业皆涉及快充路线布局 公司 主业 快充技术路线布局 具体内容 宁德时代 电池企业 CTP3.0麒麟电池 发布CTP3.0麒麟电池技术，系统集成度创全球新高，体积利用率突破 72%，满足4C快充，实现续航、快充、安全、寿命、效率及低温性能全 面提升，预计装车可实现1000km的续航里程，与客户推进落地中 中创新航 电池企业 方形电池方案/“顶流”大圆柱电池 方形产品支持4C快充，大圆柱支持6C快充。“顶流”结构采用一体化装配 技术，打造极耳直连顶部一体式集流盘，相较无极耳电池，实现电流流经 路径下降70%，ACR（交流内阻）下降27%，DCR（直流阻抗）下降 40%，结构内阻下降50%，空间利用率提升3% 亿纬锂能 电池企业 大圆柱电池及“π” 电池系统 支持9分钟超快充，搭载“π”型冷却技术，在电芯顶部及左右两侧构建 传热通道，实现三维立体传热，换热面积比达到52.3mm2/Wh，较传统的 冷却技术提升2.7倍，解决快充发热问题。该电池可极速泄压，5秒内可 排出75%热晗，泄压阀面积占比达42.5%，较方形电芯提升3倍 国轩高科 电池企业 启晨L600 LMFP电芯 实现240Wh/kg的质量能量密度，525Wh/L的体积能量密度，支持18分钟 快充。采用L600电芯后，体积成组率达76%，能量密度达190Wh/kg，超 越现在量产三元体系的pack能量密度；极简结构设计使电池包的结构件 数量降低45%，重量降低32%。计划2024年开始量产 欣旺达 电池企业 闪充电池 具有超快充、欣安全、特耐用等特点，支持电动汽车轻松续航1000公 里，10分钟可从20%充至80%SOC，方形闪充电池已实现量产，将于 2023年完成第一代圆柱闪充电池开发，该电池可适配约1000公里续航车 型 行业更新 请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 20 蜂巢能源 电池企业 L300短刀电池/鳞甲电池 L300短刀电池主打2.2C-4C快充体系，适配800V高端车型。鳞甲电池方 案可覆盖1.6C-6C快充体系，可搭载A00-D级系列车型，定点车型有望在 2023年4季度量产 孚能科技 电池企业 SPS动力电池 支持800V平台和4C快充，充电10分钟续航400公里 巨湾技研 电池企业 凤凰电池 具备XFC极速电池技术，支持6分钟0-80%SOC，实现最高8C极速充 电。有望于2024年底装车配套 杉杉股份 负极材料 均匀碳包覆优化石墨负极性能 借助固态沥青、热固性树脂、生物质炭等包覆剂，通过优化包覆过程，实 现石墨表面的均匀碳包覆，具有优异的电解液润湿特性和锂离子快速嵌 入、脱出能力，且Li+扩散系数提高了一个数量级，用其制备的锂离子电 池首次可逆容量高、循环性能和低温倍率性能优异 贝特瑞 负极材料 包覆技术制备多黄核 壳/兼备镶嵌式和梯 度式结构的复合负极 材料 通过包覆技术制备“双黄核壳”或“多黄核壳”结构的快充复合材料，以 人造石墨和软碳为内核，再以沥青为碳源，碳化后制备得到无定型碳包覆 层为外壳，4C/1C充电容量保持率可达92%以上；兼备“镶嵌式”结构和 “梯度式晶型”结构的复合负极材料内部镶嵌的小颗粒为晶型最好的石墨 结构，框架载体为晶型一般的石墨结构，最外层包覆为晶型最差的无定形 碳结构。8C/0.5C充电容量保持率可达85%以上 璞泰来 负极材料 高倍率负极材料 将树脂或沥青包覆在二次造粒后的颗粒表面，再经过石墨化处理后得到高 倍率负极材料 中科电气 负极材料 高容