快充技术加速迭代,电池材料开启进阶新章
快充作为缓解新能源汽车里程焦虑的重要路径,是电池厂商、整车厂商提升产品力的重要抓手之一。
8月16日,宁德时代(300750.SZ)发布全球首款磷酸铁锂4C超充电池——“神行”超充电池,据称可实现“充电10分钟,行使400km”。此前,蜂巢能源、欣旺达(300207.SZ)、孚能科技(688567.SH)等也已陆续推出各自的快充解决方案。
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快充技术的持续迭代及快充方案加速上车,对电池材料提出了更高要求,也有望为电池材料厂商带来发展新机遇。日前有高压快充行业专家表示,将电池电芯做到4C有很多因素,材料端在很大程度上决定了电芯的上限。
1.电池厂商大力布局快充技术
快充才是真实的乘用车需求,欣旺达相关人员此前接受第一财经采访时表示,这一点和手机电池是一样的,未来普及速度会很快。
2021-2022年,市场上仅有广汽AIONVplus、比亚迪海豹、阿维塔11/12等少数800V车型;2023年,快充车型加速量产,奥迪A6etron、奔驰全新EQA、理想MEGA、极氪009等十余款车型都将搭载800V高压快充。多家机构认为,2023年有望成为高压快充车型放量元年。
快充一般通过增大充电功率来实现,充电功率由电流和电压共同决定【功率(kW)=电压(V)*电流(A)】,高电压是实现快充的主要途径。在电动汽车高压快充平台架构中,动力电池厂商宁德时代、中创新航(03931.HK)、亿纬锂能等无不大力布局相关解决方案。
宁德时代称,“神行”超充电池在实现4C超充的同时,兼具长续航、全温域闪电快充和高安全等性能。
中创新航在方形电池领域基于800V高压平台研制了全新铁锂电池与中镍高压三元电池,支持4C快充、可实现20分钟充电10-80%,2022年已搭载于小鹏G9车型。公司另有“顶流”大圆柱电池,据悉可支持6C快充。
亿纬锂能此前在上海车展发布会上表示,公司46系列大圆柱电池采用3C-4C快充电芯与大面液冷均温技术,支持超快充。同时,结合自研全极耳结构及镍+硅碳材料体系,未来可实现350Wh/kg高能量密度且满足9分钟从20%充至80%。
欣旺达的“闪充电池”具有超快充、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,共有方形、大圆柱两种解决方案。
2.快充发展亟待电池材料端跟进
高压快充领域一位业内专家日前表示,将电池电芯做到4C有很多因素,其中材料端在很大程度上决定了电芯的上限。
加速迭代升级的新能源车快充解决方案对电池材料提出了更高要求,也有望为电池材料厂商带来发展新机遇。
2.1 正极材料
以铁锂正极为例,要改善铁锂导电性差、锂离子扩散速度慢等问题,可以通过使用颗粒粒径更小的铁锂、改善导电剂配方等方式。
宁德时代此次发布的“神行”超充电池据称采用了充分纳米化的磷酸铁锂正极材料,搭建超电子网,可降低锂离子脱出阻力,使充电信号快速响应。
正极材料厂商中,德方纳米(300769.SZ)可采用具有国际领先水平的自热蒸发液相法生产纳米磷酸铁锂。公司已与宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等电池龙头建立了长期合作关系。
导电剂方面,目前锂电池常用的导电剂主要包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管和石墨烯等。
有沪上新能源行业分析师对第一财经表示,目前快充领域更倾向于使用导电强、用量少,且活性物质含量保持较好的碳纳米管导电剂。
2020-2022年,国内碳纳米管导电浆料出货量分别为4.8万、7.8万和11.7万吨。高工锂电数预计,2025年需求量将达到39万吨,市场规模达到150亿元。
天奈科技(688116.SH)是国内碳纳米管导电剂龙头,公司目前共有三代产品实现批量供货,第四代、第五代正处于中试阶段。道氏技术(300409.SZ)的1-4代导电剂产品主要应用于磷酸铁锂和三元电池领域,第5代单壁管于2022第三季度实现量产。单壁管的使用方向主要是导电剂和硅碳负极。
2.2 负极
锂离子在石墨层之间的脱嵌速度决定了电池的快充性能,因此负极是快充性能的决定性环节。
“改善负极材料性能主要通过使用包覆材料和二次造粒技术。”上述行业专家表示。
其中,包覆材料是将沥青通过热分解等方法涂覆在石墨颗粒的表面,形成一种具有核壳复合结构的碳材料。该技术可以打造更大石墨层间距和通道,抑制石墨层剥落。
由于快充负极所使用的包覆材料要求高、附加值也较高,上述行业分析师表示,包覆技术也是企业能力的体现。“包覆是否均匀、碳化做的是否足够好,需要从设备端开始做技术积累,不是购买现成设备就能做到的。此外,对于原材料成本的把控以及产品性能的优化,都需要有一系列的解决方案。因此,技术经验积累比较丰富的企业会占优势。”
据悉,目前负极材料厂商并不生产包覆材料,几乎都采用外协的方式。“负极材料厂商采购沥青是不划算的。”上述专家表示,在提取沥青的同时会产生很多副产品,但负极生产商不具备处理副产品的能力。因此未来负极企业大多还是会选择外协(购买负极包覆材料),规模较大的负极厂可能更多采取合作方式。
华泰证券认为,快充负极需求提升、硅基负极产业化提速等均有望增加负极包覆材料渗透率,预计2025年全球负极包覆材料需求达33.59万吨,2023-2025年CAGR可达50%。
信德新材(301349.SZ)是国内包覆材料龙头,拥有多项负极包覆材料设备专利技术。2021年,公司负极包覆材料产量2.4万吨,位列行业第一。此外,据华安证券,新疆中碳、宝泰隆拥有1万吨产能;大连明强、辽宁润兴、辽宁奥亿达现有产能为0.5万吨。
2.3 电解液、隔膜
除了正极、负极材料的技术创新,电解液、隔膜等电池材料也仍需提升性能。
由于电解液本身所带有的粘度会导致锂离子传播困难,目前主流技术是在电解液中增加一些稀释溶剂。上述行业专家表示,醋酸酯类稀释剂可以将电解液调节到合适浓度,锂离子导电率也会得到大幅提升。
但上述行业分析师表示,目前醋酸酯类稀释剂仅小批量使用,主要采用的是碳酸脂类。
胜华新材(603026.SH)是国内电解液溶剂龙头,主营碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯等碳酸酯产品,全球市场份额约28%。该公司布局碳酸酯产业链一体化,是同行业中唯一拥有环氧丙烷(碳酸丙烯酯原料之一)自给供应的企业。
隔膜方面,适配快充的隔膜应注重厚度、孔隙率和透气度。此次宁德时代的“神行”超充电池据称改善了隔离膜高孔隙率和低迂曲度孔道,从而改善锂离子液相传输速率。
恩捷股份(002812.SZ)是全球最大的湿法隔膜生产商。公司2022年年报显示,高孔隙率/高强度基膜量产导入,针对国内外终端客户实现量产出货。星源材质(300568.SZ)隔膜产品可以兼顾隔膜的厚度、孔径、孔隙率、力学性能、热收缩及水分含量,主要客户包括宁德时代、比亚迪、韩国LG化学、三星SDI等海内外一线厂商。
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