新能源汽车快充专题报告:快充将推动电池材料体系升级,并带来充电系统大功率与高电压趋势

电动车充电时效是仅次于长续航之后的重要性能指标,对整车消费体验的重要性不言而喻。当前,车企与电池公司正在推动充电倍率从 1C-2C 向 4C 甚至6C 升级。

电动车充电时效是仅次于长续航之后的重要性能指标,对整车消费体验的重要性不言而喻。当前,车企与电池公司正在推动充电倍率从 1C-2C 向 4C 甚至6C 升级。快充需要电池材料特别是负极相关材料升级,同时意味着充电系统大功率化,也就会推动高电压趋势和整车高压电气系统升级。具体而言,负极材料可能选用二次造粒/炭化包覆,并更大比例掺混硅基材料和碳纳米管材料。而充电系统上可能出现液冷散热以及高压器件与新型半导体器件的变化。 

❑ 快充不仅影响电池材料,也带来大功率与高压趋势。目前大部分电动车快充倍率在 1C-2C 之间,对应充电时间为 0.5-1 小时。当前车企与电池企业纷纷开始启动 4C 甚至 6C 充电方案,如成功应用,补能效率的痛点将大幅化解。快充是一个系统工程,首先是给电池带来新的挑战,电池材料体系需要改变和升级。其次,快充也意味着充电系统的大功率化,这个对系统散热、功率半导体器件提出更高要求;多数车企基本都相继推出 800V 及以上高电压平台的快充方案以降低充电电流,也推动了高压化的趋势。 

❑ 电池负极等材料需要升级,硅基材料与 CNT 使用可能增多。电池充电倍率主要取决于负极材料,电池快充性能与负极比容量之间往往存在 trade off 关 系,这主要取决于负极材料的粒径大小指标。主流人造石墨负极材料往往通过二次造粒、炭化包覆、掺杂高比容的硅基材料、天然石墨,以及添加碳纳米管导电剂等方式,来平衡高倍率与负极高比容量性能。目前硅基材料与碳纳米管的掺混比例低,预计这两个材料的使用强度可能持续提高。同时硅基负极原材料一般采用纳米硅粉,性能更优,在制备难度和成本上还比较高。

❑ 充电系统向大功率化高压化升级,建设也需要加强。随着充电系统功率提升,相应的功率半导体要求更高;同时,充电枪端子及线缆的发热量会快速增加,因此在大功率充电桩(一般大于 120kW)需采用液冷系统。而为降低充电电流和控制散热,多数车企推出 800V 及以上高电压平台快充方案,高压化趋势开始加速;未来高功率、高电压充电模组产品可能形成差异化。估算当前国内车桩比约 2.7:1,比例偏高,在新能源汽车保有量较大的地区经常出现充电排队现象。此外,早期投运的部分充电设施参数老旧还需要更新。我们估算 2021-2025 年我国新能源汽车销量 CAGR 在 36%左右,如果2025 年车桩比要达到 1.5:1, 2021-2025 年新建充电桩 CAGR 将近 45%,可见,需要全社会加大充换电体系的投资强度。

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