報告出品方：華寶證券

以下為報告原文節(jié)選

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1. 新能源汽車發(fā)展進(jìn)入高壓快充加速發(fā)展時期

1.1. 跨越電動車滲透率鴻溝，推廣快充是必然之路

電動汽車滲透率快速提升，消費(fèi)者需求已從政策、補(bǔ)貼驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄妱榆嚤旧硎褂脙r值優(yōu)勢的認(rèn)可。自推廣新能源汽車以來，過去十年，全球新能源汽車銷量取得了較大規(guī)模的復(fù)合增速。目前新能源汽車仍處于滲透率快速提升的階段，2023 年上半年我國新能源汽車滲透率已經(jīng)超過 30%。當(dāng)前，新能源車已經(jīng)具備了較高的大眾認(rèn)知度，消費(fèi)者需求已從政策、補(bǔ)貼驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)閷﹄妱榆嚤旧硎褂脙r值優(yōu)勢的認(rèn)可。后續(xù)，電動車滲透率提升有望繼續(xù)延續(xù)，主要在于電動車產(chǎn)品力提升、存量增換購群體對電動車接受度高以及出行理念潛移默化的革新。

電動汽車發(fā)展的核心痛點是里程焦慮，解決里程焦慮有補(bǔ)齊續(xù)航和提高充電速率兩種途徑。
根據(jù)各機(jī)構(gòu)對消費(fèi)者購車因素的調(diào)研，運(yùn)行費(fèi)用低、牌照/限行政策優(yōu)勢、安靜、動力性能好、新潮智能、環(huán)保等是電動車相對燃油車的主要優(yōu)勢，也是現(xiàn)有消費(fèi)者購車的重要驅(qū)動因素。而潛在消費(fèi)者沒有購買新能源車的主要原因包括對續(xù)航不足、充電不便、購買價格高、質(zhì)量安全性等方面的擔(dān)憂。里程焦慮是制約消費(fèi)者購買新能源車的主要因素，因此后續(xù)在以換購和首購消費(fèi)者為主的電動車市場，對電動車短板的補(bǔ)齊是其滲透率提升的關(guān)鍵驅(qū)動因素，這就需要解決里程焦慮問題，解決里程焦慮有補(bǔ)齊續(xù)航和提高充電速率兩種途徑。

電動車發(fā)展初期，續(xù)航里程不足矛盾更加突出從而獲得優(yōu)先發(fā)展，快充整體發(fā)展相對滯后。
電動汽車購車補(bǔ)貼主要以車輛續(xù)航里程以及動力電池能量密度為評價指標(biāo)確定補(bǔ)貼額度，消費(fèi)者需求疊加政策鼓勵使得在此期間動力電池的能量密度，以及純電動汽車的續(xù)航里程迅速提高。
相比之下，快充整體發(fā)展相對滯后，但趨勢已經(jīng)顯現(xiàn)，從 2017-2022 新上市車型平均快充時長基本保持在 0.6-0.7h 之間，未體現(xiàn)出下降趨勢；但最小快充時長自 2020 年開始從 0.5h 下降到0.17h。

后續(xù)跨越電動車滲透率鴻溝，推廣快充是必然之路。后續(xù)提升續(xù)航里程的邊際效用逐漸減弱，一方面，新能源汽車補(bǔ)貼逐步退坡，到 2023 年完全取消，政策層面對續(xù)航里程和能量密度的指引減弱；另一方面 2023 年新上市車型的平均標(biāo)稱續(xù)航里程已經(jīng)超過 500 公里，基本可以滿足消費(fèi)者在冬季之外的長短途出行，繼續(xù)提高帶電量和續(xù)航里程，主要是為了滿足在冬季低溫和夏季高溫下的出行需求，后續(xù)繼續(xù)往上提升技術(shù)難度加大效用遞減。而續(xù)航里程的提升帶動純電動汽車長途出行場景的增多，反過來促進(jìn)了消費(fèi)者對途中快充的需求。能否像傳統(tǒng)車加油一樣實現(xiàn)快速充電，成為用戶端關(guān)注的新“痛點”。后續(xù)要跨越電動車滲透率鴻溝，獲得主流消費(fèi)者廣泛的支持，推廣快充是必然之路。
1.2. 快充可通過高電壓或大電流實現(xiàn)，高壓快充成為主流

快充是指在較短時間內(nèi)使動力電池達(dá)到或接近完全充電狀態(tài)，決定充電速率的指標(biāo)是充電倍率。充電倍率是充電快慢的一種量度，指電池在規(guī)定的時間充電至其額定容量時所需要的電流值。對于動力電池，快充的平均充電倍率一般需達(dá)到 1C 或以上。電池的充放電倍率一般由nC（Capacity）表示，nC 代表一小時充電時間能夠充滿 n 倍電池總電量，倍率值 n 越大充滿電的時間越短。1C 指的是，如果電池容量是 100Ah，充電電流 100A，就是 1C 充電倍率。100Ah的電池，若能一直以 1C 充電，理論上可以 1 小時充滿。

快充可通過高電壓或大電流實現(xiàn)，高壓快充成為主流?？斐淠康脑谟诳s短充電時間（充電時間 h=電池能量 kWh/充電功率 kW），當(dāng)電池最大儲能一定時，提高充電功率可以縮短充電時間，而充電功率取決于電壓和電流（功率 kW=電流 A×電壓 V），因此快充的本質(zhì)是提高充電功率，可以通過提升電壓和電流兩種方式來實現(xiàn)。但大電流快充方式的劣勢明顯，目前高電壓成為了快充主要趨勢。
具體而言：

1） 高電壓快充的優(yōu)勢在于提升效率降低熱損耗，缺點在于需要大幅改變現(xiàn)有充電設(shè)施。
功率一定時，電壓越高通過汽車線路的電流越小，由 Q=I2Rt 可知產(chǎn)生的功率損耗也越小，有效減少發(fā)熱量；電流一定時，電壓越高電機(jī)的功率越大，電動車速度就越大，電機(jī)驅(qū)動的效率也就越高。但串聯(lián)升壓對電芯的一致性提出了很高的要求；同時對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行升級改造的完成周期較長，對充電端和車端都有著比較嚴(yán)苛的耐高壓要求。采用高電壓快充的企業(yè)包括保時捷、比亞迪等。
2） 大電流快充的優(yōu)勢在于可以更好兼容現(xiàn)有充電網(wǎng)絡(luò)，缺點在于熱損失嚴(yán)重充電功率天花板更低。較低的電壓平臺可以更好的兼容現(xiàn)有充電網(wǎng)絡(luò)，無需對現(xiàn)有平臺進(jìn)行較大的升級改造。但電路中大電流會產(chǎn)生很高的熱損失，給熱管理系統(tǒng)造成較大負(fù)擔(dān)，包括連接器、電纜、電池的連接、母線排等電阻發(fā)熱量呈平方級別增長，導(dǎo)致峰值充電功率雖然高，但平均功率不高，同時線纜粗細(xì)限制了大電流模式的上限，使其不能滿足更高充電倍率的需求，充電功率天花板相對高壓路線更低。采用大電流快充的企業(yè)主要是特斯拉。

2. 負(fù)極材料改進(jìn)及車企紛紛布局，推進(jìn)快充產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

2.1. 解決快充發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵在于對負(fù)極的離子遷移條件進(jìn)行優(yōu)化

單方面追求充電倍率并非技術(shù)瓶頸，快充發(fā)展難點在于平衡兼顧電芯的倍率需求以及容量和能量密度需求。從現(xiàn)有高倍率電池的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來看，很多容量在 10Ah 以下的小動力電芯已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn) 10C 甚至 20C 以上的充電倍率，這說明對于混動電池、電動工具電池等這類主要需求倍率性能，對電芯容量、能量密度要求不高的應(yīng)用場景，做到很高的充電倍率并非技術(shù)瓶頸。反觀純電動車用動力電池，目前常見的電芯持續(xù)充電倍率都在 1C 左右，快充產(chǎn)品的充電倍率往往也僅在 2-4C。其與小動力電芯的需求差異主要在于，純電動車用動力電池除了需要較高的充放電倍率之外，還需要較大的單體容量以及較高的能量密度以滿足較大的系統(tǒng)帶電量需求。因此，從產(chǎn)品視角來看，目前純電動車用電芯滿足快充需求的關(guān)鍵難點在于平衡兼顧電芯的倍率需求以及容量、能量密度需求。

究其背后原理是，極化造成電池產(chǎn)熱、負(fù)極析鋰和容量損失。極化的本質(zhì)是電池內(nèi)阻使得內(nèi)電路離子與電子的中和過程跟不上外電路電子的遷移速率，造成電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象。當(dāng)電池?zé)o電流通過時，其兩極之間的電位差為電池的平衡電位 E。當(dāng)有電流通過時，實際上出現(xiàn)了電子與離子兩個流通過程：其中外電路為電子的流動，它起著在電極表面累積電荷使電極電位偏離平衡狀態(tài)的作用，也即極化作用；內(nèi)電路為離子的遷移，它起著吸收電子運(yùn)動所傳遞的電荷使電極電位恢復(fù)平衡態(tài)的作用，也即去極化作用。由于內(nèi)電路離子遷移的阻力往往遠(yuǎn)大于外電路電子遷移的阻力，就產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。充放電倍率越大、電池內(nèi)部離子遷移、反應(yīng)的速度越慢（阻力越大），所產(chǎn)生的極化問題越嚴(yán)重。在快充過程中，極化現(xiàn)象造成“正極電位偏高，負(fù)極電位偏低”，進(jìn)而導(dǎo)致的負(fù)極析鋰、容量損失的以及電池產(chǎn)熱是電芯實現(xiàn)超快充的主要障礙。

電池產(chǎn)熱：高倍率下，會產(chǎn)生大量的不可逆熱，給大容量電芯的散熱提出挑戰(zhàn)，負(fù)極是主要的產(chǎn)熱環(huán)節(jié)。電池充放電過程中的產(chǎn)熱主要分為兩部分，即可逆熱和不可逆熱。其中可逆熱與電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程有關(guān)，吸/放熱方向與材料的熵?zé)嵯禂?shù)相關(guān)，產(chǎn)熱率與電流成一次方關(guān)系；充電過程電池極化電壓與平衡電壓之間的差值稱為過電壓，過電壓與電流的乘積即為電池充電過程不可逆的能量消耗也即產(chǎn)生的不可逆熱。其產(chǎn)熱率與電流成二次方關(guān)系。從總產(chǎn)熱率上來看，充電過程中超過 95%的熱量都在正負(fù)極上產(chǎn)生，而其中各時點產(chǎn)熱又以負(fù)極為主導(dǎo)。
對于可逆熱，由于正極在充電各階段的熵?zé)嵯禂?shù)都接近于零，因而負(fù)極主導(dǎo)了可逆熱的產(chǎn)生，在電池高速充電階段（20%~70%SOC）負(fù)極化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，這加劇了快充過程的產(chǎn)熱問題；對于不可逆熱，由于嵌鋰反應(yīng)的阻力要顯著大于脫鋰反應(yīng)，因而充電過程中負(fù)極的不可逆熱也要顯著大于正極，同時這也意味著負(fù)極是快充過程的主要限制環(huán)節(jié)。
負(fù)極析鋰：鋰離子電池是基于鋰嵌入反應(yīng)設(shè)計，析鋰是指鋰金屬電池發(fā)生鋰轉(zhuǎn)化反應(yīng)，產(chǎn)生金屬鋰，石墨的嵌鋰電位僅為 0.1-0.2V，與鋰的析出電位 0V 非常接近?？斐溥^程中，嚴(yán)重的極化現(xiàn)象容易使得負(fù)極電位降到 0V 的析鋰電位以下，從而造成鋰的析出，隨著更多的鋰在SEI 膜下沉積使得 SEI 膜破裂，鋰表面又生成新的 SEI 膜，鋰鹽濃度逐漸降低。鋰金屬開始垂直于極片表面生長，形成鋰枝晶。如果枝晶刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路會較快電池產(chǎn)熱影響電池安全。

容量損失：充電過程的電池極化會使得電池的外電壓更早地到達(dá)充電的截止電壓，充電倍率越高，極化越強(qiáng)，到達(dá)截止電壓的速度越快，電池的可用容量越小，造成充電倍率越大，電池的可用容量越小的問題。

因此，要想實現(xiàn)電池超快充，需要改善電池充電過程的極化問題，關(guān)鍵在于對負(fù)極的離子遷移條件進(jìn)行優(yōu)化。對傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料進(jìn)行改性，通過摻硅、碳包覆、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等新材料的應(yīng)用，能夠提高鋰離子的嵌入通道與擴(kuò)散速度，從而提高負(fù)極的倍率性能。

2.2. 頭部車企紛紛加速布局，快充市場空間廣闊

目前頭部車企紛紛加速布局，超級快充是大勢所趨。2019 年，保時捷 Taycan 是全球首款 800V 高壓平臺的量產(chǎn)車型，支持 350kw 大功率快充，30 分鐘內(nèi)電量可從 5％快充到 80％。
近兩年高壓快充路線受到越來越多主機(jī)廠的青睞，現(xiàn)代起亞等國際巨頭發(fā)布 800V 平臺，比亞迪、吉利汽車等都相繼開始布局 800V 高壓平臺，造車新勢力蔚來、理想也緊隨其后。目前，比亞迪、極氪、廣汽埃安、北汽極狐、長安、長城以及小鵬汽車等多家車企已相繼發(fā)布 800V平臺架構(gòu)或規(guī)劃。根據(jù) 2023 年 7 月 6 日蔚來舉辦的 NIO Power Day 發(fā)布會，蔚來即將發(fā)布800V 高壓平臺電池包及配套換電站，并面向全行業(yè)開放。理想純電動車的快充技術(shù)，目前在實驗室條件下可以做到充電 10 分鐘續(xù)航 400 公里的成績。

預(yù)計到 2025 年快充滲透率有望達(dá)到 30%以上，全球搭載快充的車型有望超過 190 萬輛。
從現(xiàn)有搭載 800V 快充的車型來看，基本為 B 級車以上，因此我們以 B/C 級車作為基數(shù)進(jìn)行滲透率分析。2022 年國內(nèi) B/C 級車的占比約為 30%，我們假設(shè) B/C 級車的占比保持 30%穩(wěn)定。
根據(jù)目前已上市搭載 800V 架構(gòu)的車型進(jìn)行預(yù)測，2022 年 800V 快充車型的銷量約為 5 萬輛，滲透率達(dá)到 3%，2023 年上半年 800V 快充車型的銷量約為 15 萬輛，滲透率達(dá)到 5%，考慮到下半年更多 800V 新車上市，我們預(yù)測 2023 年全年滲透率為 12%，2025 年滲透率有望達(dá)到30%?；谝陨霞僭O(shè)，我們預(yù)計到 2025 年國內(nèi)搭載 800V 架構(gòu)的新能源汽車有望達(dá)到 105 萬輛，3 年 CAGR 為 165%；全球搭載 800V 架構(gòu)的新能源汽車銷量有望達(dá)到 198.39 萬輛，3 年CAGR 為 179%。

3. 快充對材料性能的影響

3.1. 快充負(fù)極：二次造粒、表面碳包覆、硅碳負(fù)極是提高倍率性的三條路徑

二次造粒：二次造粒是目前高端人造石墨為了兼顧能量密度與倍率性能往往會采取的重要工序。造粒的工藝步驟是在一定的溫度和壓強(qiáng)下，將物料植入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，并篩分。一次造粒的目的是減小負(fù)極顆粒的體積，二次造粒的目的是將小顆粒粘結(jié)成大顆粒。對于倍率性而言，負(fù)極顆粒越小，顆粒的比表面積就越大，鋰離子遷移的通道就會增加，路徑變短，更利于鋰離子的運(yùn)動；而對于容量而言，負(fù)極顆粒越大，壓實密度越高，活性顆粒的空間利用率增大，更有利于儲鋰。通過造粒制備的二次顆粒兼具大顆粒壓實密度高、容量大的優(yōu)點，以及小顆粒比表面積大鋰離子脫嵌通道多的優(yōu)點，同時提高二次顆粒的各向同性度，以兼顧能量密度和倍率性能。二次造粒的工藝壁壘較高，璞泰來率先在高端人造石墨負(fù)極產(chǎn)品上運(yùn)用，是其核心 knowhow 之一。

表面碳包覆可以起到加快嵌鋰和保護(hù)負(fù)極的作用，包覆材料與包覆工藝的不同均會對實際的包覆效果產(chǎn)生較大影響。碳包覆是目前最常見的負(fù)極材料包覆改性措施，具體方法是以瀝青等作為包覆原料與石墨顆?；旌辖?jīng)炭化在石墨表面形成無定型碳包覆，構(gòu)筑出層狀排布的“核殼結(jié)構(gòu)”，碳化后對電池負(fù)極有三方面好處：1）無定形碳的碳層之間是無序排列的，結(jié)構(gòu)各向同性的，且碳層間距較石墨層間距更大，鋰離子可以自由在碳層間移動；2）無定形碳層表面孔隙較高，并有許多通道，可以為鋰離子嵌入石墨層起到引導(dǎo)作用；3）無定形碳與電解液的相容性更好，可以有效防止大分子有機(jī)溶劑的共嵌入，抑制石墨層的剝落，從而減少不可逆副反應(yīng)的發(fā)生，抑制析鋰，降低快充對石墨材料的破壞。目前包覆處理主要用于高端石墨負(fù)極，包覆材料與包覆工藝的不同均會對實際的包覆效果產(chǎn)生較大影響。璞泰來、杉杉常將其運(yùn)用于高能量密度快充消費(fèi)或者動力負(fù)極；國內(nèi)主要的碳包覆材料供應(yīng)商有信德新材。

硅基負(fù)極：提升快充負(fù)極安全性，打開能量密度上限。一方面，硅基負(fù)極可以提升安全性，在快充過程中，石墨負(fù)極的對鋰電位約為 0V，因此容易產(chǎn)生鋰析出效應(yīng)，然而硅的嵌鋰平臺更高，對鋰電位約為 0.5V，表面析鋰的可能性較?。涣硪环矫?，硅基負(fù)極可以提升能量密度，硅材料的理論容量可達(dá) 4200 mAh/g，遠(yuǎn)高于于碳材料的 372mAh/g，儲鋰性能更優(yōu)，利用硅遠(yuǎn)大于石墨的克容量提高復(fù)合材料的整體容量，為倍率性能和能量密度的平衡提供空間。但是硅的體積膨脹系數(shù)較大，且導(dǎo)電性較差，因此目前硅基負(fù)極的改性路線包括：1）對納米硅顆粒進(jìn)行多孔處理，多孔硅可以容納自身在嵌鋰過程中的體積膨脹；2）與石墨負(fù)極組成具有中空結(jié)構(gòu)的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)，并在表面進(jìn)行碳包覆，提升倍率性；3）添加導(dǎo)電劑增強(qiáng)導(dǎo)電性。

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