快充专题报告：高压快充

分析师：杨睿SAC NO：S1120520050003分析师：李唯嘉SAC NO：S1120520070008研究助理：哈成宸邮箱：hacc@hx168.com.cn 摘要 充电问题仍是核心痛点，快充技术有望迎来机遇。充电问题是新能源汽车核心痛点之一，快充技术的普及有望缓解新能源车用户的补能焦虑。目前，高电压快充路线已成为主流趋势，包括比亚迪、问界、小鹏、理想、广汽埃安等国内车企以及奥迪、奔驰、大众、现代等海外车企在内的众多知名厂商已积极布局高压快充车型。此外，在国家以及地方层面的政策支持、行业技术标准的持续完善等因素的推动下，高压快充技术应用规模有望持续扩大。 快充技术有望推动多环节受益，产业链布局积极推进。电动汽车高压架构的应用下，电池及电池材料、电机电控、充电桩等也有望随之技术更新升级。目前，各环节已均有多家主流厂商进行快充产品应用布局/产能规划，部分厂商的快充产品已实现批量供货。未来，随着高压快充技术的应用规模进一步扩大，产业链多环节有望迎来广阔机遇。 投资建议：我们认为，快充技术的普及有望推动以下产业链环节受益： 1）电池及材料端：动力电池是实现快充的关键之一，看好积极布局快充技术、量产进度领先的电池厂商。此外，快充技术有望带来负极、电解液、导电剂等多个环节材料升级，1）看好快充产品批量应用进度领先的负极材料企业；2）LIFSI有望改善电池倍率性能，看好积极布局LIFSI产能的材料企业；3）碳纳米管相较传统导电剂具备更优导电性能，看好碳纳米管导电剂产能布局领先的企业。 2）整车零件端：高压快充平台架构推动电驱系统、车载电源等重要整车零部件升级，功率器件作为该类零部件的核心有望随之升级；其中，碳化硅器件相较硅基IGBT具备多重优势，能够有效满足高压平台需求，看好高电压/碳化硅整车零部件研发布局以及供货进展领先的企业。3）充电设施端：充电模块、充电枪等是充电桩的核心零部件。伴随液冷超充等快充技术的加速发展和持续落地应用的趋势之下，核心部件将获得需求量和价值量的双升，技术、产品具备领先优势的充电桩零部件供应商有望受益。 受益标的：宁德时代、永贵电器、璞泰来、天赐材料、天奈科技、中科电气、杉杉股份、汇川技术、英搏尔、威迈斯等。 风险提示：新能源汽车销量不及预期；高压快充技术推广不及预期；充电设施建设不及预期；政策变化风险；技术路径变化风险等。 01充电问题仍是核心痛点，快充技术有望迎来机遇 充电问题是新能源车核心痛点，快充桩建设有望缓解补能焦虑1.1 充电不便、充电慢仍是新能源汽车痛点，加快快充桩建设逐步成为共识。 随着国家购车补贴政策的逐步退出，新能源汽车发展由政策驱动逐步向市场驱动转变，用户对新能源汽车功能、性价比等要求也在不断提升。未来如何解决用户购用车过程中遇到的问题，进而提升新能源汽车的用车体验，成为下一阶段新能源汽车的重要发展方向。据《中国高压快充产业发展报告（2023-2025）》，影响电动汽车购买的因素涵盖充电、电池寿命、安全性等多个方面，其中充电问题是影响用户选择电动汽车的核心障碍。当前电动汽车平均充电时长普遍在1小时及以上，且匹配快充需求的直流充电桩数量不足，无法满足用户快速补能需求。因此，加大充电桩规模建设并提升快充桩比例正逐步成为业界共识。 资料来源：《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》，华西证券研究所 资料来源：《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》，华西证券研究所 快充主流路线为高电压，国内外车企积极布局1.2 高电压快充路线成为主流 据《纯电动汽车高电压快充平台技术趋势》，充电速度的提升意味着充电功率的提升，充电功率则由充电电压乘以充电电流决定（P=UI）；目前，行业内大多采用高电压路线以实现车端快速补能。 据联合电子公众号，目前主流新能源整车高压电气系统电压范围一般为230V-450V，统称为400V系统；快充应用下，整车高压电气系统电压范围提升到550-930V，可统称为800V系统。继2019年保时捷推出了全球首款搭载800V高压平台的量产车型Taycan后，包括比亚迪、小鹏、理想、现代、奥迪、奔驰、大众等国内外知名车企均已推出或即将推出搭载高压平台的车型。 政策与技术标准陆续出台，推动快充发展持续完善1.3 “快充为主、慢充为辅”政策引领，技术标准持续完善。 政策层面，2021年11月，国家发改委发布《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，规划提出“加快形成适度超前、快充为主、慢充为辅的高速公路和城乡公共充电网络”。此外，北京、重庆等地也陆续出台有关快充桩以及大功率充电桩的相关政策。技术标准层面，相关部门积极推进充电标准的制定，以此适应新能源汽车高压化、大功率充电等发展需求，进一步提升充电连接装置产品的适用性和规范性。 02快充技术引领电池变革，材料体系有望持续完善 高压架构带动零件升级，电池成本增量最为显著2.1 高压架构推动多系统升级，电池占成本增量比例过半。 由于现有技术大多采用高压快充路线，因此这里着重探讨高压架构会给整车各系统带来的变动。目前，电动汽车的整体架构主要包括三电系统（电池、电机、电控）、小三电系统（OBC、DC-DC变换器、PDU）等。其中，电机、电控以及减速器等部件也可合并称为电驱系统，OBC（车载充电机）和DC-DC转换器也可统称为车载电源。 电压平台升级将带来系统终端价值量提升。电动汽车高压架构的应用下，电池、电机电控、OBC、DC-DC转换器等多个部件也随之更新升级。据《中国高压快充产业发展报告(2023-2025)》，以较为成熟的2C和采用150kW前驱动系统为例，若将450V电压平台更换为950V电压平台，单车零件成本合计增加约6500元；其中，电芯单车成本增加3500元，占成本增量比例过半；电机电控/OBC+DCDC成本分别增加2000/800元，和电芯一起构成高压平台升级的主要成本增量来源。 电池快充技术持续提升，可体现为倍率性能优异2.2 快充性能涉及充电速度和电池容量保持等多方面。 就电池层面而言，快充的实现通常与高电流密度下的倍率性能有关。据格瑞普电池官网，倍率可表示为C值，用公式可表示为充放电电流/电池额定容量，即倍率的提升可以通过提升充放电电流或降低电池额定容量实现；倍率的提升同时也代表着电池充放电速度提升，例如以0.2C倍率放电需5小时放电完毕，而以1C倍率放电仅需1小时即可放电完毕，充电亦如此。据《FastChargingofLithium-IonBatteries:AReviewofMaterialsAspects》，USABC（美国先进电池联盟）将快充目标设定在15分钟内将电池充至80%的荷电状态（SOC）。此外，据北交新源公众号，良好的倍率性能不仅代表着高倍率下的电池保持高能量传输速度，同时也需要保证不会损失过多能量或发生过热。 电动汽车快充近年来发展迅速。 近年来，锂电池电动汽车在快充方面进展迅速，由2011年的每30分钟续航90英里逐步提升到2019年的每30分钟续航246英里。据昊铂官网，目前昊铂GT15分钟可实现超充约450公里（约280英里），电动汽车的快充性能仍在持续提升。 电池厂商加速布局快充，带动电池材料升级2.3 动力电池厂商纷纷布局快充技术，推动电池材料体系升级。 动力电池作为实现快充的关键之一，宁德时代、中创新航、蜂巢能源、欣旺达等电池企业已围绕动力电池的快充技术进行积极布局。据高工锂电和电池中国统计，部分动力电池厂商已推出或待推出的产品有望实现充电十分钟、续航400公里，部分产品在倍率性能上已支持6C快充。 此外，相关快充技术也为电池材料体系带来升级，其中多数厂商对正负极和电解液等材料进行针对性研发，使其满足快充需求。 快充核心在于锂离子传输，负极和电解液等材料升级有望改善2.4 锂离子传输是影响快充核心，重点聚焦负极和电解液等材料。据《锂离子电池快速充电研究进展》： 锂电池也被称为“摇椅”式电池，锂离子传输是影响充电过程的重要因素。在充电过程中，锂离子的路径大致为：从正极材料中脱出，通过正极/电解质界面（CEI）进入电解液，并以溶剂化的形式移动至负极，在去溶剂化后穿过负极表面的固体/电解质界面（SEI）嵌入负极层状结构中并与电子结合。 对于电极材料而言，材料内部离子传输通道及材料颗粒的形态、形状和取向等是影响锂离子的扩散的重要因素，其中负极相较正极受影响更大。对于电解液而言，由于传统的电解液在氧化还原稳定性上具备劣势，快充会使其不断分解并形成EEI层，导致锂离子呈现较慢的传输动力学；同时，传统电解液的溶剂化结构去溶剂化势垒较高，对锂离子的扩散形成阻碍。 因此，如何显著提升锂离子在负极、电解液等材料中的扩散动力学成为当下研究的重点。 资料来源：《锂离子电池快速充电研究进展》，华西证券研究所 常规石墨结构影响快充，快充易带来锂沉积问题2.5 常规石墨结构特征导致锂离子扩散慢，影响快充性能。 目前，石墨负极在能量密度、循环性能、制造成本等多方面具备优势，是目前主流的锂电池负极材料。一般的石墨晶体是层状结构，据《沥青包覆石墨用作锂离子电池负极材料的研究》，这种层状结构具有径向尺寸较长、但层间距较小的特点，锂离子必须从石墨的边缘部位嵌入，扩散路径较长，扩散速率慢，快充性能也因此受到影响。 快充易使锂离子沉积于负极表面，导致锂电池性能下降。 据《锂离子电池快速充电研究进展》，快充时的锂离子在电解液中的传输速率高于其嵌入石墨层的速率，使得锂离子在负极表面沉积，进而导致严重电压极化；此外，沉积的锂会与电解液反应形成无效的SEI层或与负极隔离的锂膜，增加电池内阻的同时还会降低电池的能量密度；严重时，沉积的锂会累积成锂枝晶，进而带来刺穿隔膜、造成电池短路的风险。因此，快充下石墨负极表面锂的沉积对电池的容量、寿命、安全性等多方面性能均可能带来不良影响。 资料来源：清华大学材料与器件检测技术中心公众号，华西证券研究所 二次造粒石墨利于锂离子扩散，较单颗粒石墨快充优势突出2.6 二次造粒工序缩窄粒径分布，各向同性较单颗粒石墨优异。 据高工锂电，石墨负极的快充性可通过二次造粒、炭化包覆等方式实现。据翔丰华招股书，造粒是人造石墨加工关键环节，分为热解工序和球磨筛选工序；其中，热解工序是指，将破碎等工序后的物料投入反应釜中，在一定条件下进行加热、搅拌等步骤，得到粒径10-20毫米的物料后降温出料；球磨筛分工序是指，将经过热解工序的物料输送至球磨机进行机械球磨，磨制成6-10微米粒径的物料。二次造粒的石墨负极材料在快充方面更具备优势。据《二次造粒石墨对锂离子电池性能的影响》，二次造粒即获得小颗粒基材后，以沥青等为黏结剂，根据目标粒径尺寸在反应釜内重复造粒步骤；经过二次造粒后的石墨呈现由多个较小一次颗粒组成的椭球型颗粒形状，较单颗粒石墨的粒径分布更窄、比表面积更高、锂离子在晶格内嵌脱的通道数量更加丰富，进而提升负极材料的倍率性能；此外，在不同压实密度下，二次造粒石墨的OI均低于单颗粒石墨，OI越小则材料的各向同性越好，越有利于锂离子在负极材料内部扩散。 资料来源：《二次造粒石墨对锂离子电池性能的影响》，华西证券研究所注：SC为单颗粒石墨，ZR为二次造粒石墨 资料来源：《二次造粒石墨对锂离子电池性能的影响》，华西证券研究所 负极包覆材料具备较大层间距，有效提升快充性能2.7 包覆材料通常为无定形碳，可改善锂离子扩散性能。 除二次造粒外，包覆工序也可提升石墨材料快充性能。据翔丰华招股书，包覆碳化是指以石墨类碳材料作为“核芯”，在其表面包覆一层均匀的无定形碳材料，形成类似“核－壳”结构的颗粒；通常用的无定形碳材料的前躯体有酚醛树脂、沥青、柠檬酸等低温热解碳材料，由于无定形碳材料的层间距比石墨大，因此可改善锂离子在其中的扩散性能，从而提高石墨材料的大电流充放电性能。此外，为了避免沥青等材料在碳化过程中可能