证券研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号行业研究电力设备及新能源2022年09月30日电力设备及新能源行业深度研究报告推荐（维持）前瞻新技术之三：锂电三国，数“封”流路线，还看4680多因素致圆柱发展缓慢，4680专为动力电池设计，有望加速圆柱电池导入。复盘：1）圆柱：索尼92年发明了锂离子圆柱电池，因电池安全召回，最终16年退出。松下14年绑定特斯拉，20年不再独供，市场被LG蚕食。2）方形：三星是昔日龙头，属于大公司中的小业务，发展缓慢。CATL与BYD受益于中国补贴政策，成长为中国锂电龙头。3）软包：AESC配套Leaf9年零电池安全事故，专注的LMO技术逐渐落后，19年被远景收购。LG09年将软包应用于现代混动，先后拿下MEB、GM等大单，21年遭遇召回索赔、大众改用方形电池等挫折。优缺点对比：1）圆柱：膨胀小、散热好、良率和生产效率高，但电芯容量小。2）方形：容量大、成本低、集成难度低，但一致性差、良率和生产效率低。3）软包：灵活性好、能量密度高、快充性能好、但一致性差、良率和生产效率低、成本高、CTP集成难度大。多因素制约圆柱电池发展，4680专为动力电池设计。优质供给少、下游车企少、成本高、路径依赖等多因素制约，随着4680的出现，成本及系统集成难度降低、白名单放开、CATL和EVE等企业加入、宝马切换圆柱等有望扭转圆柱颓势。圆柱电池热安全优势明显。滥用工况：圆柱电池单体释放能量最低，单位散热能力、与周边电芯的隔热能力最强，热失控防护难度和成本最低。极限工况：Model3实车测试，连续90min激烈驾驶+快充，电池最高温度49.5℃，空调仅短暂小功率开启，Model3电池热安全性能上限极高。快充性能：高电压+大电流快充是趋势，全极耳为大电流快充而生。手机快充复盘：初期有大电流和高电压两条路线，但最终路线均为高电压+大电流。预计汽车快充最终路线：高电压+大电流，全极耳为大电流快充而生。Model3电压350V，最大功率250kw，保时捷Taycan电压800V，最大功率262kw，单纯提高电压无优势。各车企密集发布高电压+大电流快充技术，最大功率480kw，全极耳圆柱电池更适合大电流快充。全极耳集流体内阻降低3个数量级，解决大电流快充发热问题。铜/铝箔内阻为常规极耳铜/铝箔内阻的1/3602和1/825。投资建议：建议关注特斯拉电池产业链及国内4680产业链：1）4680动力电池：宁德时代，亿纬锂能；2）高镍三元正极：容百科技、厦钨新能、长远锂科、当升科技；3）负极：贝特瑞、信德新材；4）隔膜：星源材质、恩捷股份；5）电解液：新宙邦、天赐材料；6）结构件：科达利、东山精密、东方电热；7）导电剂：天奈科技、道氏技术；8）激光设备：联赢激光、海目星。风险提示：新能源车销量不及预期、新车上市进程不及预期，原材料上涨过快削弱企业盈利、行业扩产过快加剧行业竞争、地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链、安全事故影响企业产销，新技术落地不及预期。重点公司盈利预测、估值及投资评级EPS（元）PE（倍）PB（倍）简称股价（元）2022E2023E2024E2022E2023E2024E2022E评级宁德时代41911.6715.7622.0035.9026.5819.048.51强推亿纬锂能87.181.593.104.3454.8728.1720.116.98强推容百科技87.94.405.698.1419.9715.4510.795.31强推星源材质20.660.621.021.3833.3320.2215.025.07强推资料来源：Wind，华创证券预测注：股价为2022年9月29日收盘价证券分析师：黄麟邮箱：huanglin1@hcyjs.com执业编号：S0360522080001联系人：苏千叶邮箱：suqianye@hcyjs.com行业基本数据占比%股票家数(只)2960.04总市值(亿元)65,025.427.64流通市值(亿元)51,232.127.98相对指数表现%1M6M12M绝对表现-13.3%-1.7%-12.2%相对表现-6.9%5.8%8.6%相关研究报告《2022年8月欧洲新能源车销量点评：电动车增长趋势不改，四季度欧洲旺季可期》2022-09-30《电动车产业链2022中报总结：高景气趋势不改，中游环节盈利有所分化》2022-09-30《零跑C01：高性价比的新势力智能豪华电动轿车》2022-09-29-35%-18%-1%16%21/0921/1222/0222/0522/0722/092021-09-30~2022-09-29电力设备及新能源沪深300华创证券研究所电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号投资主题报告亮点一、研报中复盘了圆柱电池发展缓慢的原因，包括：优质供给少、下游车企少、成本高昂、路径依赖等；但这些限制因素都随着4680的出现而有所改善。优质供给增加：白名单放开，万亿龙头入场电池数量降低，集成难度降低容量增加，成本差距缩小宝马率先切换圆柱电池二、研报中增加了许多科研及工程开发过程中的测试数据，阐述了4680在核心的安全性能、快充性能的优势，用最详实的数据证实4680电芯的优异性。投资逻辑4680作为全新品类，渗透率为0%，目前正经历着从0到1的过程。建议关注已经布局4680的相关电池企业及其供应链、4680核心增量零件（包括预镀镍钢带，激光设备，揉平设备、聚氨酯材料等）、4680与高镍、硅碳负极的适配性更加，利好高镍及硅碳负极厂商。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号3目录一、4680：吹响圆柱电池升级的号角.....................................................................................5（一）发展历史复盘：技术路线三分天下，胜负难分.................................................51、圆柱电池发展历史复盘...........................................................................................52、方形电池发展历史复盘...........................................................................................53、软包电池发展历史复盘...........................................................................................5（二）发展历史复盘：技术路线三分天下，胜负难分.................................................6（三）圆柱电池生产工艺，全极耳工艺不成熟影响良率.............................................7（四）众多因素影响圆柱电池发展，4680专为动力电池设计，克服多种缺陷.......10二、安全性能：圆柱电池具有天然优势，Model3极限工况实测....................................12（一）滥用工况：相同化学体系下，圆柱电池系统最安全.......................................12（二）极限工况：Model3实车90min激烈驾驶+快充，仅小幅触发降温措施.......131、特斯拉电池热管理优势明显.................................................................................132、Model3连续极限工况测试电池未开启强制冷却...............................................14三、快充性能：大电流+高电压是快充终极路线，4680更有优势....................................18（一）手机快充复盘：高电压+大电流快充是趋势.....................................................18（二）新能源车快充：仅靠800V快充不尽人意，800V搭配大电流才最快...........19（三）全极耳：集流体内阻下降3个数量级，解决大电流快充发热问题................20电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号4图表目录图表1不同封装方式发展历史.............................................................................................6图表2封装方式介绍.............................................................................................................6图表3圆柱电池生产工艺介绍.............................................................................................7图表44680全极耳关键生产工艺介绍................................................................................9图表5汽车集团封装技术路线选择.....................................................................................9图表6布局大圆柱的电池企业...........................................................................................11图表7热失控防护要素.......................................................................................................12图表84680电芯侧面..........................................................................................................13图表94680电芯底部支架..................................................................................................13图表10Model3热管理系统示意图...................................................................................13图表11Model3Superbottle智能冷却液储罐....................................................................14图表12ModelY八通阀设计管路.....................................................................................14图表13电池冷却系统措施.................................................................................................14图表14极限工况测试.........................................................................................................15图表15Model3实车工况4测试：20次百公里加速......................................................15图表16Model3实车工况5测试：60~100kpm急加减速...............................................16图表17Model3实车工况6测试：快充...........................................................................17图表18手机快充功率复盘.................................................................................................18图表19Model3与Taycan快充功率.................................................................................19图表20Model3与Taycan补能速度.................................................................................19图表21埃安800V快充（480kw）...................................................................................20图表22埃安400V快充（250kw）...................................................................................20图表2350Ah-LFP电池3C快充温度示意图....................................................................20图表24方形电池圆柱电池X光照片................................................................................20图表25圆柱电池拆解及示意图.........................................................................................21图表2618650电池2C放电温度仿真................................................................................22图表27圆柱电池于全极耳电池.........................................................................................22图表2818650电池2C放电温度仿真................................................................................22图表29圆柱电池于全极耳电池.........................................................................................22图表30全极耳与单极耳的产热对比.................................................................................23电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号5一、4680：吹响圆柱电池升级的号角（一）发展历史复盘：技术路线三分天下，胜负难分1、圆柱电池发展历史复盘索尼：最早发明者，最终退出行业。1992年发明锂离子电池，一经推出就以超高的能量密度碾压传统镍氢电池，1994年索尼成为最大笔记本生产商戴尔的电池供应商，2006年某会议上戴尔笔记本着火，索尼召回1000万块电池，而后韩国和中国电池生产商崛起，索尼深陷亏损泥潭，2016年出售锂电业务。松下：与特斯拉相互成就。1994年研发锂离子电池，1997年丰田Prius采用松下圆柱18650电池，2008年收购三洋电机，并供应特斯拉Roasder，2010年押注等离子电视巨亏，转型动力电池并入股特斯拉，2014年美国建厂，与特斯拉相互成就。LG：牵手特斯拉迎来高光时刻。1999年就量产了18650电池，但直到2019年才进入特斯拉供应链。SDI：大公司小业务。1999年量产业内最大容量1.8Ah电池，曾经在笔记本电脑市场中占有优势地位，但在动力电池中一直踌躇不前。2、方形电池发展历史复盘SDI：昔日方形电池的龙头老大。1999年开发出方形动力电池，2009年成为宝马动力电池供应商，2016年因中国白名单政策，转向欧洲布局，锂电池业务在公司营收占比较低。CATL：补贴政策的最大受益者，崛起的万亿龙头。2011年因被宝马相中，独立出来专做动力电池。2014年因补贴政策出货量剧增，2014年转向研发高能量密度三元材料，2016年白名单政策以及补贴政策倾向高能量密度材料，出货量得到突破。BYD：1995年公司成立，1997年手机电池全球出货量第4，2003年进入汽车领域，2006年研制F3e纯电动轿车，2009年量产纯电动客车，2010年纯电动乘用车e6量产，受益于补贴政策，成为国内龙头，2016年补贴政策倾向三元材料，叠加BYD不外供电池，出货量占比日益降低，2020年发布刀片电池和DMI车型，市占率持续走高。3、软包电池发展历史复盘AESC：早期的王者，点错了科技树。2007年成立，专注于锰酸锂技术路线，2010年搭载AESC的经典车型日产Leaf上市，创造了9年零电池安全事故的质量佳话。2017年因锰酸锂优势不再，AESC不再是Leaf独家供应商，2019年被远景收购。LG：软包电池集大成者。LG在手机电池中沉淀多年，2009进入动力电池市场，首款车型为现代混动车型，2010年配套雪佛兰Volt，2017年雪佛兰Volt和Bolt销量突破5万辆，2018年和大众合作开发MEB，LG软包电池达到鼎盛，2021年现代和通用因电池安全问题召回，大众电池日宣布选择方形标准电芯，软包电池遭遇挫折。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号6图表1不同封装方式发展历史资料来源：华创证券整理（二）发展历史复盘：技术路线三分天下，胜负难分图表2封装方式介绍圆形锂电池方形锂电池软包锂电池结构制造工艺圆形卷绕方形卷绕方形叠片包装材质一般钢壳，也有铝壳铝壳为主铝塑膜优点工艺成熟，一致性高，适宜大批量连续生产；比表面积大，散热效果好（优于方形电池）；外壳耐压高，使用中不出现膨胀现象。结构强度高，承受机械载荷能力好；重量小，相对能量密度高；可以定制化生产。可鼓气裂开，安全性能好；较铜壳、铝壳重量轻；同等尺寸下电池容量更高；内阻小，自耗电低；设计灵活，可按照需求定制。缺点容量小，大容量需并联连接，工艺复杂、成本更高；爆炸可能性大；体积大，空间利用率低。工艺复杂，壳体与电芯配合需要考虑；产品良率低，一致性差。一致性较差，难批量生产；成本较高；对铝塑膜的质量要求高，不达标产品可能混液电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号7代表厂商松下/LG三星SDI，宁德时代LG化学，AESC典型应用特斯拉宝马i3日产聆风外壳材料铝合金、不锈钢铝合金、不锈钢铝塑膜安全性一般较高，对电芯的保护作用强不易爆炸；铝塑膜机械强度低能量密度较高较低较同等容量硬壳电池有更高能量密度产品特性散热性能优，圆柱体便于多种形态组合容量大重量轻，散热性能好产品标准化/生产自动化高，生产工艺成熟低低电池一致性高较低较低产品研发趋向适当增加圆柱体积以获得更大电池容量封装材料向高硬度、轻质化发展改进生产工艺，实现全自动生产，提升一致性，电池管理系统发展现实条件约束国内技术、电池管理系统和自动化水平低适合大型汽车使用铝塑膜依赖进口，国产化进程低下，影响软包电池成本资料来源：汽车公社，电动汽车观察家，电池中国网，华创证券评判技术路线一定要在系统/整车的角度评估，不能将单体电芯的优劣推演至系统：电芯能量密度高≠系统能量密度高，软包电芯的能量密度高，但在系统级别软包电池的结构件重量远高于硬壳电池，使得系统级的能量密度差异不大。电芯安全性好≠电池系统安全性好，在电池包内电芯的散热路径、紧固状态、高压连接等都会影响热失控防护效果，软包电池在电芯级安全性能优于硬壳电池，但系统级防护难度和成本也很高，整体上并无明显优势。（三）圆柱电池生产工艺，全极耳工艺不成熟影响良率圆柱电池生产工艺在三种封装方式中最为简单，生产效率最高。主要的生产工艺包括：配料、涂布、碾压、模切、卷绕、焊接、等工艺。图表3圆柱电池生产工艺介绍资料来源：锂电前沿电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号84680全极耳电池生产工艺的难在于：模切：全极耳电池在进行极片涂布时，会在集流体边缘预留空箔区，经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割成多个极耳，再进行卷绕。激光切割极耳存在以下问题：①极片在切割时容易抖动；②切割后废料不能有效排出问题；③模切长度和次数远高于常规极耳。揉平：在4680圆柱电池制造工艺中，需要对电池卷芯的全极耳进行揉平，待电池卷芯的断面平整后再与极板焊接。揉平过程中难点极多：①揉平速度过快时，极片外翻；②揉平速度过慢时，生产效率低；③揉平时产生金属屑较多，导致内部短路；④活材料脱落等问题；⑤摩擦产生大量粉尘；⑥产生极耳褶皱。焊接：4680电池极耳焊接由于极耳数量增多使得焊接量增大。电芯焊接中道工艺一般有极耳的焊接(包括预焊接)、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等。焊接周长和时间增加了，全极耳和集流体的留白空间有限，有热堆积效应，会影响一致性，焊接过程中容易产生热堆积。模切：通过分切机，将碾压后的极片卷料按照实际需求，分切成制作电池所需的宽度。4680电池是直接在空箔上切割极耳成型，对高速制片设备提出了更高的激光切割精度、速度、质量要求。4680全极耳电池部分解决方案：模切：将正负极全极耳模切成多个平行四边形的极耳单体，不仅能够在揉平过程中杜绝极片外翻，在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；且能够减少金属屑的产生，避免短路；同时，这种平行四边形结构能够有效减少揉平时的辊压力，从而避免活性材料的脱落，大大提高良品率。揉平：各厂家揉平工艺差别极大。CN11356039A的专利显示，在全极耳外套上揉平套，揉平头一边自转一边接近揉平套，待接触揉平套后直接碾转作用在揉平套上，并带动揉平套弹性变形而将碾转力传导作用于全极耳上完成揉平；由于揉平头不再直接接触全极耳，故能有效防止将全极耳部分揉碎，从而消除对产品质量的影响，也更好的提高了良品率。CN110518184B的专利显示：超声波揉平对电芯的端面进行超声波的预处理揉平，然后进行机械揉平。超声波揉平包括设置在电芯两端的超声波揉平头，超声波揉平头上有凹槽，电芯两端插入对应的超声波揉平头的凹槽中。电芯输送入超声波揉平单元，超声波揉平头对电芯两个端面进行振动揉平，可以实现平整效果，提高电芯端面紧实度，为后续机械揉平做好准备。机械揉平头为陶瓷揉平头。机械揉平头对电芯进行旋转挤压揉平。只利用超声波揉平会导致揉平端面不够平整的缺陷。CN213878154U专利则选择在涂布之后再边缘空白处涂抹绝缘材料，绝缘材料与活性物质水平高度一致，使得卷绕后集流体形成完整平面，无需进行揉平处理；焊接：极耳焊接当前通常采用激光器进行焊接。精确调整焊接速度、焊接深度、焊接宽度等优势，适应不同材质及产品的焊接，达到精准焊接，质量更可靠，外观更整洁。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号9图表44680全极耳关键生产工艺介绍资料来源：国家知识产权局CN113270693A、CN213857825U、CN113113735A、CN113560369A、CN112310574A，华创证券图表5汽车集团封装技术路线选择车企方形圆柱软包特斯拉√√上汽集团√（主要）√大众集团√√电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号10现代-起亚汽车集团√比亚迪√吉利乘用车√（主要）√广汽集团√（主要）√√宝马集团√戴姆勒集团√√雷诺-日产集团√√√标致雪铁龙集团√长城汽车股份有限公司√√蔚来√理想√小鹏√√√威马√哪吒√√√沃尔沃集团√√通用汽车√√Rivian√lucid√汇总18712资料来源：汽车电子设计、证券日报，财经，高工锂电，汽车之家，OFweek锂电网，电池中国网，汽车预言家，宝安日报，华夏时报，远川研究所，电车汇，电池工业网，DoNews，捷威动力，华夏EV网，第1财经，华创证券（四）众多因素影响圆柱电池发展，4680专为动力电池设计，克服多种缺陷圆柱电池发展缓慢的原因分析：1)优质供给少：国内一线企业比亚迪和宁德时代都是方形电池技术路线，二线电池企业技术不成熟，市场占有率低。2)下游车企少：18650电池本身是为消费电子设计的，最初并未考虑运用在汽车中，电芯尺寸很小，系统集成难度极高。ModelS集成7000+个18650电池的难度超高，即使放在今天，大多数车企也无法成熟运用7000+节电池，导致车企望而却步。3)成本高昂：由于圆柱电池单颗电芯容量小，非活性物质占比高，降本速度低于方形电池。4)路径依赖：2014-2016年中国补贴政策推动商用新能源车飞速发展，而商用车电池空间大，如果使用圆柱电池，则需要至少上万节电池，商用车企业自身技术实力薄弱，无法驾驭如此庞大数量的电池，补贴政策时间窗口有限，抢装潮下自然选择集成难度最低的方形电池，2016年的动力电池出货量前2名为BYD、CATL，从那时起就是双强局面。以上问题有望得到缓解，我们认为4680将加速圆柱份额提升：1)优质供给增加：白名单放开，万亿龙头入场。2019年6月21日《汽车动力蓄电池行业规范条件》正式废止，意味着中国动力电池市场正式向国外电池企业开放，LG、电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号11松下等可以为中国市场提供优质的圆柱电池。国内宁德时代、亿纬锂能已经投入4680圆柱电池研发，目前已经公开表示投入4680电池研发的企业包括：特斯拉、LG、三星SDI、CATL、亿纬锂能等。2)电池数量降低，集成难度降低：特斯拉现在使用的是4416节21700电池，将来会使用960节4680电池，系统集成门槛大幅降低。3)容量增加，成本差距缩小：4680圆柱电池容量是21700电池的5倍，叠加圆柱电池生产效率高、良率高，采用更高镍含量的正极材料和更多的硅负极，4680电池的成本与方形电池的成本差距缩小。4)宝马率先切换圆柱电池：在BMWGen6的电池系统中将会采用圆柱电芯。作为CATL的伯乐，宝马曾坚定不移的选择方形电池技术路线，现在带头切换至圆柱电池技术路线，必定也将深刻影响其他车企。图表6布局大圆柱的电池企业车企方形圆柱1宁德时代已宁德时代目前量产了两款大圆柱电池，尺寸都是34(直径)200(高)mm2比克电池国内首发4680全极耳大圆柱电池，4680电芯样品预计年内批量下线全极耳大圆柱产品应用了新一代正负极材料和结构设计，在兼顾能量密度的基础上快充性能实现了三倍提升，以高端车电为切入点，终端市场对大圆柱电芯需求十分可观。3亿纬锂能亿纬锂能主要是走4680和4695的路线，其中4680是标准化电芯，4695应该针对车企的定制产品，目前没有任何的信息。5松下21年10月松下首次展示其为特斯拉打造的新型4680电池6LGLG新能源3月表示已开始为特斯拉4680电池建造一条试点生产线，在其Ochang工厂改造部分生产线，装配和电镀设备已安装完毕，最早有望在年内开始运营。7SDI和现代汽车联合开发下一代圆柱形电池，将在未来两到三年内推出，完成了特斯拉ModelY用4680电池组样品的开发，目前正进行各种测试。8蜂巢蜂巢能源在2021年上海车展展出过一款23Ah的4680电池，NCM正极，规划能量密度235Wh/kg，循环寿命高于1200次，用于纯电动汽车。资料来源：高工锂能，华夏EV，第一财经咨询，华创证券电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号12二、安全性能：圆柱电池具有天然优势，Model3极限工况实测（一）滥用工况：相同化学体系下，圆柱电池系统最安全《前瞻新技术之一：动力电池无热蔓延技术》中详细分析了热失控防护的主要设计包括：热、冲击、气体、电压、液体和固体等。热：圆柱电池显著优于方壳及软包电芯圆柱电池的单体电芯容量远远低于方形和软包电池。1865/2170/4680的单体电芯容量约为2.5/4.8/26Ah，而同时期方形铝壳电池基本在50-300Ah，软包电池基本在30-100Ah。圆柱电芯的接触面积为零，与方形、软包电池差异很大。同时由于圆柱电芯之间存在缝隙，电芯间填充隔热灌封胶，电芯的接触面积是零，若某个电芯发生热失控，热量必须经过灌封胶再传递至周边电芯。但方形电池和软包电池是大面接触，传热面积很大，对隔热的要求很高。冲击：泄压阀朝下设计，安全性显著高于泄压阀朝上的普通方形电池电芯开阀后气、液、固混合物高温高速冲击，特斯拉圆柱电池的泄压阀朝下设计，完美避开电池包上盖无法承受冲击力的问题。气体：底部悬空形成天然烟道，实现高效泄压。电池包内部形成高压，设计应该考虑良好的烟道、泄压阀，否则内部压力过大会造成结构件撕裂。而高温烟气的路径只经过电池包底部，电池托盘的结构强度远远高于上盖，风险较低。电压：热电分离。所有高压零件均超上方，泄压阀朝下方，在热失控时高温烟气不会威胁到电芯上方的高压零件，短路风险低。液体和固体：在热失控时朝下喷发的导电材料不会威胁到上方的高压零件，仅需要考虑堵塞泄压阀的风险。图表7热失控防护要素资料来源：车知知《大模组、CTP/CTC电池系统技术培训》，华创证券电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号13图表84680电芯侧面图表94680电芯底部支架资料来源：TheLimitingFactor，转引自魅力少年马里昂@Bilibili资料来源：TheLimitingFactor，转引自魅力少年马里昂@Bilibili（二）极限工况：Model3实车90min激烈驾驶+快充，仅小幅触发降温措施1、特斯拉电池热管理优势明显特斯拉Model3采用圆柱电池在极限工况保持电池热安全具有天然优势：1）单个电芯很小，保证电芯内部温度场均匀性极佳；2）冷却管路覆盖面积极大，保证电池pack内不同电芯的温度均匀性；3）通过优秀的热管理措施，能够在极短的时间内将热量迅速排出。特斯拉整车热管理设计理念领先：通过制冷模式下冷却液在Superbottle智能冷却液储罐的管路切换阀和水泵驱动下，分别分两路进入电池和功率电子进行冷却，最后经Superbottle集成的散热器将热量释放至空调系统。电池液冷回路包括两条散热途径：1）换热器+散热器+风扇回路，实现间接风冷+能耗低；2）换热器+空调系统，实现空调强制快速冷却。图表10Model3热管理系统示意图资料来源：纯电车EV电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号14ModelY比Model3热管理系统进一步升级。Model3采用四通阀，将电池和电驱电控的热管理系统整合，甚至利用电机堵转降低效率的方式来加热电池，但座舱依然需要PTC加热。ModelY把两个四通阀叠加组成八通阀，将空调和三电整合起来，实现十二种制热和三种制冷模式。前舱散热器从两个减少到一个，完全依靠复杂的控制策略来实现热量的合理分配。ModelY取消PTC，加热改用热泵，同时还加入了一个压缩机，它也可以直接产生热量，功率与主流PTC相当（5-6kw），所以可提供足够的制热功率。图表11Model3Superbottle智能冷却液储罐图表12ModelY八通阀设计管路资料来源：智车联盟资料来源：TeslaFan2、Model3连续极限工况测试电池未开启强制冷却采用双电机版本Model3进行实车极限工况测试，探索Model3在极限工况下的热安全措施，按照冷却系统措施可区分以下等级。图表13电池冷却系统措施编号冷却系统措施换热措施备注1风扇散热+冷却液维持低流速风扇散热热管理轻微介入2风扇散热+冷却液间歇性高流速风扇散热热管理轻微介入3风扇散热+冷却液维持高流速风扇散热热管理轻微介入4压缩机间歇开启空调强制散热必须空调介入5压缩机长时间开启空调强制散热必须空调介入6压缩机满功率开启+冷却液维持高流速空调强制散热必须满负荷强制散热7过温报警\无法及时散热并最终过温报警资料来源：华创证券整理Model3实车极限工况测试表现优异，电池未出现过温、限流情况。Model3是运动型车型，对车辆在激烈驾驶中的表现有严格的要求，通过实车测试发现，在长达90min的极限工况下，电池SOC从90%降低至39%，电池温度从29℃上升至52℃，电池始终未出现过温、限流等情况，说明该工况未探测到Model3的极限工况下热安全性能极高。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号15图表14极限工况测试编号工况时间电芯初始温度℃电芯结束温度℃初始SOC%结束SOC%120次百公里加速8:35~8:4521.52990802120kpm高速8:45~8:5329358068320次百公里加速8:53~9:253538.56861420次百公里加速9:25~9:3638.5416155560~100kpm急加减速9:36~10:04414855396快充13:20~15:274149.53999.4资料来源：Super锂电池公众号，华创证券在工况1~4连续60min的激烈驾驶条件下，空调压缩机全程未开启，说明Model3的热管理能力极强，完全不需要空调介入。取工况4中的数据进行分析，电池SOC由61.2%降低至55.5%，电池温度由38.5℃上升至41℃，冷却液流速未发生变化，空调压缩机全程未开启。图表15Model3实车工况4测试：20次百公里加速资料来源：Super锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误连续激烈驾驶65min后，工况5（连续60~100kpm急加减速）中才勉强触发热管理动作，压缩机未满功率运行，说明连续90min的激烈驾驶完全未触及Model3性能上限。工况5可区分为4个阶段：1）电芯温度缓慢提升，冷却液维持低流速，压缩机未开启；2）电芯温度提升至45℃，冷却液间歇性高流速，压缩机间歇性开启；3）电芯温度提升至48℃，冷却液维持高流速，压缩机连续性小功率（~0.3kw）开启，4）驾驶工况趋缓，电芯温度维持47~48℃，冷却液流速逐渐降低，压缩机关闭。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号16图表16Model3实车工况5测试：60~100kpm急加减速资料来源：Super锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误，压缩机最大功率1.5kw连续激烈驾驶后进行快充，电池最高温度49.5℃，空调压缩机未开启，完全未触及Model3性能上限。快充可分为4个阶段：1）电芯温度缓慢提升，冷却液维持低流速6L/min，压缩机未开启；2）充电至53.7%，电池温度提升至43℃，冷却液流速提升至8L/min，维持一段时间后继续提升至14.5L/min，之后缓慢降低至6.5L/min，压缩机未开启；3）45A恒流充电，电芯温度维持在49.5℃，冷却液维持低流速，压缩机未开启，4）乘客舱开启空调，电池涓流充电，冷却液与入水口温度动态调整，电池温度缓慢降低至45.5℃。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号17图表17Model3实车工况6测试：快充资料来源：Super锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误圆柱电池在极限工况中的热性能优势：1）整车上限极高，充分利用圆柱电池冷却面积大的特点，普通工况根本不需要空调为电池降温，只在极端工况下开启空调压缩机为电池降温；2）有助于降低整车能耗，提高乘客舒适度；3）电池温度场分布均匀，有助于提升电池寿命。总结：圆柱电池安全性能更优。1)滥用工况：圆柱电池单体释放能量最低，单位散热能力、与周边电芯的隔热能力最强，热失控防护难度和成本最低。2)极限工况：Model3实车测试，连续90min激烈驾驶+快充，电池最高温度49.5℃，空调仅短暂小功率开启，Model3电池热安全性能上限极高。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号18三、快充性能：大电流+高电压是快充终极路线，4680更有优势（一）手机快充复盘：高电压+大电流快充是趋势充电速度慢曾经也是手机的痛点，复盘手机快充的发展历史有助于理解汽车快充的发展方向。根据P=UI，提升快充有三种方式：1）电流不变，提升电压；2）电压不变，提升电流；3）电压、电流二者都提升。1)第一阶段（2007-2013）：5W慢充时代，电池可拆卸。2007年iPhone4的发布标志着移动设备进入智能机时代，但随着智能手机功率越来越高，手机电池的发展速度明显无法满足需求。2)第二阶段（2013-2016）：快充萌芽时代，高电压和大电流两条技术路线。小米、华为、高通都尝试增加电压来提升充电功率，功率基本都在10W左右，主要原因是MicroUSB2.0只能承受最大电流2A。2014年OPPO选择特立独行，直接彻底改造充电头和数据线，将MicroUSB的针脚从5pin增加到7pin，使用能承受4A的特制线材，充电头也整合了IC电路，实现大电流快充，最大功率22.5W（5V-4.5A），“充电五分钟，通话两小时”的广告词家喻户晓。3)第三阶段（2016年至今）：快充起飞时代，技术路线：高电压+大电流。接头、线材、电池、充电器全方位进化，充电时长也从3小时缩短至30分钟以内。所有的厂商都不约而同的选择同时提升电压和电流，OPPO125W（10V-12.5A），小米120W（20V-5A），华为66W（11V-6A）。图表18手机快充功率复盘资料来源：财经老庄，手机之家，数码评价，增才说科技，电子发烧友，中关村在线，电脑爱好者，充电头网，倍科认证，昆明天岑科技有限公司，华创证券电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号19（二）新能源车快充：仅靠800V快充不尽人意，800V搭配大电流才最快首款800V车型保时捷Taycan快充能力不尽人意。实际快充测试结果显示：Taycan最大快充功率262kw，与特斯拉Model3的最大快充功率250kw并未拉开差距，其中特斯拉的快充电流受限于充电桩，而非电池本身。充电至30%SOC后Model3的充电功率开始急剧下降，保时捷Taycan在后段显现优势。Taycan的补能速度低于Model3。Model3最高补能速度900km/h，优于Taycan的600km/h。Taycan车身重量和电池容量均远高于Model3，但续航却低于Model3，TaycanTurboS电池93.4kw，车身重量2370kg，NEDC续航412km。Model3performance电池76.5kwh，车身重量1836kg，NEDC续航605km。图表19Model3与Taycan快充功率图表20Model3与Taycan补能速度资料来源：EV汽车邦资料来源：EV汽车邦整车平台电压提升到800V已经成为共识。受限于硅基IGBT功率元器件的耐压能力，之前电动车高压系统普遍采用的是400V电压平台。基于该电压平台的充电桩中，充电功率最大的是特斯拉第三代超级充电桩，达到了250kW，工作电流的峰值接近600A。如果想要进一步提高充电功率、缩短充电时间，就需要将电压平台从400V提升到800V、1000V甚至更高的水平，来实现高压系统的扩容。800V+大电流才是最强快充。根据P=UI,同时提高电压和电流才是最佳解决方案，参考手机快充复盘，我们预估汽车快充的最终方案也是高电压+大电流技术路线。8月30日，广汽埃安发布了“充电5分钟，续航200公里”的快充技术以及480kw超充桩，实车测试结果显示，800V车型最高充电功率476.7kw，对应电压和电流分别为851.8V和560A。400V车型最高充电功率240kw，对应电压和电流分别为457V和525A，800V+大电流方案显示出明显优势。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号20图表21埃安800V快充（480kw）图表22埃安400V快充（250kw）资料来源：新出行资料来源：新出行大电流快充电池发热严重，全极耳圆柱电池更适合大电流超充。根据基本定律Q=I2R，500A充电的发热量是100A充电的25倍，如何快速将热量传递出去，是实现大电流快充的瓶颈。相比于圆柱电池，方形电池具有以下缺点：1）方形电芯散热路径长，方形电池体积和容量远大于圆柱电池，极柱热量和内部中心热量传递到水冷板的传热路径远大于圆柱电池；2）电芯内部温差大，进而影响电池一致性、安全性能、电化学性能。50Ah-LFP方形电芯经过3C快充后极柱温度64℃，电芯壳体最低温度39℃，电芯内部最高温度54℃，最大温差达到了25℃，而18650圆柱电芯2C放电后内部温差仅1℃；3）电芯内部曲率差异较大，方形电池内部存在多个卷绕，卷绕折角处与中心为的曲率半径不一致，导致材料界面不一致，不同位置的材料快充能力不一致。图表2350Ah-LFP电池3C快充温度示意图图表24方形电池圆柱电池X光照片资料来源：郭巧嫣《车用动力电池多内热源模型与电池不一致性研究》资料来源：汽车电子设计，新能源leader，华创证券（三）全极耳：集流体内阻下降3个数量级，解决大电流快充发热问题18650电芯设计之初并未考虑到应用于电动车领域，电芯过流能力有限。根据电芯实物拆解信息，18650电芯仅依靠一根焊接极耳汇集电流。正负极紧靠正极极片中间有一根焊接的极耳，而负极极片最侧边有一根焊接的极耳，所有电流均汇集到极耳处，然电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号21后再导出到电池外部。这也造成了焊接极耳位置电流最大。图表25圆柱电池拆解及示意图资料来源：锂想生活mikoWoo，转引自电动知家，华创证券全极耳方案提高导电/热面积，降低内阻，实现更大的充电电流。全极耳简化了电池生产过程中的绕制和涂料流程，提高导电面积，降低电芯内阻及发热，提升充电速度。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号22大倍率充放电时正负极极耳温度最高，是快充的瓶颈。根据电池热仿真数据显示，18650电池在常温开放环境中进行2C放电，正极极耳与负极极耳的温度最高，达到了308.7K。而特斯拉V4功率达到了350kW，最高充电倍率约5C，发热更为严重，现有的极耳设计无法满足大倍率充电的热管理要求。图表2618650电池2C放电温度仿真图表27圆柱电池于全极耳电池资料来源：冯燕、戴作强《18650三元锂离子电池的放电热特性》资料来源：特斯拉电池日全极耳铜箔内阻为常规极耳铜箔内阻的1/3602。集流体内阻的计算公式为R=ρL/3S，常规极耳和全极耳的电子传输距离L分别为：4506/75mm，集流体横截面积分别S为：8μm75mm和8μm4506mm，等效内阻分别为：2.5E6ρ和6.94E2ρ。全极耳铝箔内阻为常规极耳铝箔内阻的1/825。常规极耳和全极耳的集流体内阻计算公式分别为R=ρL/12S和R=ρL/3S，正极常规极耳和全极耳的电子传输距离分别为：4319/73mm，集流体横截面积分别为：15μm73mm和15μm4319mm，等效内阻分别为：3.29E5ρ和3.76E2ρ。图表2818650电池2C放电温度仿真图表29圆柱电池于全极耳电池资料来源：锂想生活mikoWoo，转引自电动知家，华创证券资料来源：锂想生活mikoWoo，转引自电动知家，华创证券全极耳设计的产热速率、局部温度分布、电流密度分布等均优于单极耳。在单极耳电池中，集流体极耳区域的初始产热速率明显高于集流体其余部分，温度和电流密度分布不均匀。全极耳设计中，1C放电60秒后，由于电子传输路径短，较小的局部电阻，温度和电流密度分布更加均匀。由于温度和电流之间的正反馈，随着放电的进行，初始的不均匀性进一步加剧。因此，单极耳的温度和电流密度标准偏差迅速增加并高于其他设计。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号23对于全极耳设计，产热速率比单极耳低两个数量级，从而减轻不均匀性。尽管电池核心和电池表面之间存在轻微的温度梯度，但整个电池的温度大多是均匀的。图表30全极耳与单极耳的产热对比资料来源：锂想生活mikoWoo，转引自电动知家，华创证券总结：1)手机快充复盘：初期有大电流和高电压两条路线，但最终路线均为高电压+大电流。2)预计汽车快充最终路线：高电压+大电流，全极耳为大电流快充而生。Model3电压350V，最大功率250kw，保时捷Taycan电压800V，最大功率262kw，单纯提高电压无优势。各车企密集发布高电压+大电流快充技术，最大功率480kw。全极耳圆柱电池更适合大电流快充。3)全极耳集流体内阻降低3个数量级，解决大电流快充发热问题。铜/铝箔内阻为常规极耳铜/铝箔内阻的1/3602和1/825。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号24电力设备新能源小组团队介绍中游制造组组长，电力设备新能源首席研究员：黄麟吉林大学材料化学博士，深圳大学材料学博士后，曾任职于新时代证券/方正证券/德邦证券研究所。2022年加入华创证券研究所。高级研究员：盛炜墨尔本大学金融专业硕士，入行5年，其中买方经验2年。2022年加入华创证券研究所。高级研究员：苏千叶中南大学硕士，研究方向锂电池，曾任上汽新能源动力电池工程师、德邦电新研究员，2022年加入华创证券研究所。高级研究员：何家金上海大学硕士。2年电新研究经验，曾任职于方正证券研究所、德邦证券研究所，2022年加入华创证券研究所。高级研究员：吴含中山大学金融学学士，伦敦大学国王学院金融硕士。1年产业，2年电新研究经验，曾任职于西部证券研究所、明阳智能投关部、德邦证券研究所。2022年加入华创证券研究所。研究员：梁旭武汉大学物理学本科，港中文金融硕士，曾任职于德邦证券研究所。2022年加入华创证券研究所。研究员：张家栋重庆大学工学学士，香港中文大学（深圳）经济学硕士。曾任职于中广核、德邦证券研究所。2022年加入华创证券研究所。助理研究员：代昌祺西北农林科技大学金融学硕士，曾任职于德邦证券研究所。2022年加入华创证券研究所。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号25华创证券机构销售通讯录地区姓名职务办公电话企业邮箱北京机构销售部张昱洁副总经理、北京机构销售总监010-63214682zhangyujie@hcyjs.com张菲菲公募机构副总监010-63214682zhangfeifei@hcyjs.com侯春钰高级销售经理010-63214682houchunyu@hcyjs.com刘懿高级销售经理010-63214682liuyi@hcyjs.com过云龙高级销售经理010-63214682guoyunlong@hcyjs.com侯斌销售经理010-63214682houbin@hcyjs.com车一哲销售经理cheyizhe@hcyjs.com蔡依林销售经理010-66500808caiyilin@hcyjs.com刘颖销售经理010-66500821liuying5@hcyjs.com顾翎蓝销售助理010-63214682gulinglan@hcyjs.com广深机构销售部张娟副总经理、广深机构销售总监0755-82828570zhangjuan@hcyjs.com段佳音资深销售经理0755-82756805duanjiayin@hcyjs.com汪丽燕高级销售经理0755-83715428wangliyan@hcyjs.com董姝彤销售经理0755-82871425dongshutong@hcyjs.com巢莫雯销售经理0755-83024576chaomowen@hcyjs.com张嘉慧销售经理0755-82756804zhangjiahui1@hcyjs.com邓洁销售经理0755-82756803dengjie@hcyjs.com王春丽销售助理0755-82871425wangchunli@hcyjs.com周玮销售助理zhouwei@hcyjs.com上海机构销售部许彩霞上海机构销售总监021-20572536xucaixia@hcyjs.com曹静婷销售副总监021-20572551caojingting@hcyjs.com官逸超销售副总监021-20572555guanyichao@hcyjs.com黄畅资深销售经理021-20572257-2552huangchang@hcyjs.com吴俊高级销售经理021-20572506wujun1@hcyjs.com李凯资深销售经理021-20572554likai@hcyjs.com张佳妮高级销售经理021-20572585zhangjiani@hcyjs.com邵婧高级机构销售021-20572560shaojing@hcyjs.com蒋瑜销售经理021-20572509jiangyu@hcyjs.com施嘉玮销售经理021-20572548shijiawei@hcyjs.com王世韬销售助理wangshitao1@hcyjs.com朱涨雨销售助理021-20572573zhuzhangyu@hcyjs.com李凯月销售助理likaiyue@hcyjs.com私募销售组潘亚琪销售总监021-20572559panyaqi@hcyjs.com汪子阳高级销售经理021-20572559wangziyang@hcyjs.com江赛专高级销售经理0755-82756805jiangsaizhuan@hcyjs.com汪戈销售经理021-20572559wangge@hcyjs.com宋丹玙销售经理021-25072549songdanyu@hcyjs.com王卓伟销售助理0755—82756805wangzhuowei@hcyjs.com电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（2009）1210号26华创行业公司投资评级体系(基准指数沪深300)公司投资评级说明：强推：预期未来6个月内超越基准指数20%以上；推荐：预期未来6个月内超越基准指数10%－20%；中性：预期未来6个月内相对基准指数变动幅度在-10%－10%之间；回避：预期未来6个月内相对基准指数跌幅在10%－20%之间。行业投资评级说明：推荐：预期未来3-6个月内该行业指数涨幅超过基准指数5%以上；中性：预期未来3-6个月内该行业指数变动幅度相对基准指数-5%－5%；回避：预期未来3-6个月内该行业指数跌幅超过基准指数5%以上。分析师声明每位负责撰写本研究报告全部或部分内容的分析师在此作以下声明：分析师在本报告中对所提及的证券或发行人发表的任何建议和观点均准确地反映了其个人对该证券或发行人的看法和判断；分析师对任何其他券商发布的所有可能存在雷同的研究报告不负有任何直接或者间接的可能责任。免责声明本报告仅供华创证券有限责任公司（以下简称“本公司”）的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。本报告所载资料的来源被认为是可靠的，但本公司不保证其准确性或完整性。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断。在不同时期，本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司在知晓范围内履行披露义务。报告中的内容和意见仅供参考，并不构成本公司对具体证券买卖的出价或询价。本报告所载信息不构成对所涉及证券的个人投资建议，也未考虑到个别客户特殊的投资目标、财务状况或需求。客户应考虑本报告中的任何意见或建议是否符合其特定状况，自主作出投资决策并自行承担投资风险，任何形式的分享证券投资收益或者分担证券投资损失的书面或口头承诺均为无效。本报告中提及的投资价格和价值以及这些投资带来的预期收入可能会波动。本报告版权仅为本公司所有，本公司对本报告保留一切权利。未经本公司事先书面许可，任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表、转发或引用本报告的任何部分。如征得本公司许可进行引用、刊发的，需在允许的范围内使用，并注明出处为“华创证券研究”，且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。证券市场是一个风险无时不在的市场，请您务必对盈亏风险有清醒的认识，认真考虑是否进行证券交易。市场有风险，投资需谨慎。华创证券研究所北京总部广深分部上海分部地址：北京市西城区锦什坊街26号恒奥中心C座3A地址：深圳市福田区香梅路1061号中投国际商务中心A座19楼地址：上海市浦东新区花园石桥路33号花旗大厦12层邮编：100033邮编：518034邮编：200120传真：010-66500801传真：0755-82027731传真：021-20572500会议室：010-66500900会议室：0755-82828562会议室：021-20572522