当前位置:首页 > 研报详细页

动力电池行业:国金证券-动力电池行业深度研究:动力电池安全系列研究(一),安全性要求迈向新台阶,催生新兴增量赛道-211203

研报作者:姚遥 来自:国金证券 时间:2021-12-03 08:09:18
  • 股票名称
    动力电池行业
  • 股票代码
  • 研报类型
    (PDF)
  • 发布者
    wu***x1
  • 研报出处
    国金证券
  • 研报页数
    26 页
  • 推荐评级
    买入
  • 研报大小
    2,086 KB
研究报告内容

市场数据(人民币) 市场优化平均市盈率18.90 国金动力电池指数28453 沪深300指数4856 上证指数3574 深证成指14766 中小板综指14127 相关报告 1.《电动化提速动力电池种子选手迎高弹性 增长-动力电池行业报告》,2021.3.21 姚遥分析师SAC执业编号:S1130512080001 (8621)61357595 yaoy@gjzq.com.cn 动力电池安全系列研究(一): 安全性要求迈向新台阶,催生新兴增量赛道 行业观点 动力电池安全性要求迈向新台阶,未来电池安全相关的材料与零部件需求将 拥有显著超越动力电池行业的增速。

我们认为动力电池行业对安全性的要求 将逐步提升,基于三方面原因:(1)需求端,电池安全已成为车企除续航和 快充之外的新一轮宣传点;(2)供给端,电池企业为抢占市场份额,避免后 期高额赔偿,开发高安全电池已成为业内共识;(3)政策端,安全国标升 级,行业监管趋严。

因此,考虑到动力电池安全性提升策略包括电芯层面的 本征安全、电池系统层面的被动安全与主动安全,随着安全性要求的提升, 有望催生新兴增量赛道。

电芯层面—材料与工艺并举,降低电芯热失控风险。

单体电芯的本征安全是 动力电池安全的基础,主要从材料与工艺两个层面改善,在材料层面提升各 电芯材料热稳定性,在工艺层面从设计和制造的角度保证电芯可靠性。

(1) 材料层面:正极材料中高镍三元复配10%左右的磷酸铁锰锂(LMFP)、隔 膜中湿法涂覆隔膜、电解液中的新型锂盐LiFSI代替LiPF6与有机电解液升 级为固态电解质、辅材中复合集流体代替传统集流体均有望改善电池安全, 甚至能够助力电池通过严苛的针刺测试。

(2)工艺层面:极片边缘涂覆陶瓷 与极片整体涂覆陶瓷均有望改善电池安全性。

随着电池安全重要性日益提 升,相应技术趋势有望加速渗透,相关材料有望迎来高速增长。

电池系统层面—被动安全与主动安全并举,降低电池热失控风险。

被动安全 的核心是隔热与散热,目前隔热主要依靠气凝胶、防火棉、防火毯等隔热材 料,散热主要采用液冷系统与防爆阀等措施。

主动安全的核心是电池管理系 统(BMS)要准确预测电池状态,目前比较可行的解决方案是提升芯片算力 与增加传感器数量。

随着电池能量密度持续提升、电压平台逐渐升高、安全 重要性日益凸显,被动安全与主动安全相关零部件单车价值量有望呈上升趋势。

投资建议 我们认为目前市场对动力电池安全赛道的关注度较低,随着电池安全受产业 链上下游重视程度的提升,相关企业有望获得显著超越行业增速的增长。

从 安全改性效果、技术成熟度、单车价值量几个维度综合考虑,建议关注陶瓷 涂覆赛道的壹石通、复合集流体赛道的东威科技、固态电池赛道的赣锋锂 业、兼顾固态电池赛道与LMFP赛道的国轩高科、被动安全赛道的泛亚微透。

风险提示 新技术应用不及预期风险、新能源汽车销量不及预期风险、上游原材料涨 价风险。

11294 14016 16739 19461 22184 24906 27629 20 12 02 21 03 02 21 06 02 21 09 02 国金行业沪深300 2021年12月03日 新能源与汽车研究部 动力电池 买入(维持评级) ) 行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 内容目录 一、动力电池安全性要求迈向新台阶,已成为行业新一轮竞争焦点.................4 1.1行业背景:电池热失控事件频发,倒逼行业重视电池安全......................4 1.2电池热失控机理:电池为什么会发生热失控? .......................................5 1.3电池热失控解决策略:如何解决电池热失控问题? ................................6 二、电芯层面:材料与工艺并举,降低电芯热失控风险..................................6 2.1正极材料:材料本体改性与材料复配,提升材料热稳定性.........................6 2.2隔膜:湿法涂覆隔膜有望成为主流............................................................9 2.3电解液:添加剂、新型锂盐、固态电池有望改善电池安全.......................10 2.4辅材:复合集流体代替传统集流体,有望改善电池安全性.......................14 2.5工艺层面:极片表面涂覆陶瓷是一种趋势................................................17 三、电池系统层面:被动安全与主动安全并举,降低电池热失控风险...........18 3.1被动安全:防止热蔓延,隔热与散热是关键............................................18 3.2主动安全:BMS准确估值,异常状况提前预警.......................................22 四、动力电池安全行业投资建议...................................................................23 五、风险提示...............................................................................................24 图表目录 图表1:各车企高安全电池方案发布情况........................................................4 图表2:动力电池召回事件及赔偿情况............................................................4 图表3:《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准变迁.....................................5 图表4:电池热失控诱因总结..........................................................................5 图表5:单体电芯热失控演进过程示意图........................................................5 图表6:动力电池热失控解决策略...................................................................6 图表7:LFP与三元材料热稳定性对比分析....................................................7 图表8:不同镍含量三元材料容量与热稳定性关系图.......................................7 图表9:正极材料本体改性方案简介...............................................................7 图表10:复配不同比例LMFP的高镍三元材料热稳定性能测试......................8 图表11:纯NCM811电池针刺试验................................................................9 图表12:复配20%LMFP的NCM811电池针刺试验......................................9 图表13:行业内LMFP布局情况....................................................................9 图表14:干/湿法性能比较............................................................................10 图表15:中国干/湿法隔膜出货量(亿平)及湿法占比..................................10 图表16:中国基/涂覆膜出货量(亿平)及涂覆占比.....................................10 图表17:电解液添加剂主要分类..................................................................11 图表18:典型电解液添加剂对比..................................................................11 行业深度研究 图表19:LiPF6与LiFSI性能参数对比..........................................................11 图表20:行业内新型锂盐LiFSI布局情况.....................................................12 图表21:液体电池与固态电池的结构示意图.................................................12 图表22:固态电池分类................................................................................13 图表23:固态电池发展路径图......................................................................14 图表24:行业内固态电池布局情况...............................................................14 图表25:传统集流体与复合集流体示意图....................................................15 图表26:Soteria复合集流体基本性能参数...................................................16 图表27:OPPO夹心电池示意图..................................................................16 图表28:复合集流体技术在冲击测试中的保护作用......................................17 图表29:复合集流体技术在针刺过程中的阻断效果......................................17 图表30:极片边缘涂覆陶瓷示意图...............................................................17 图表31:三星SDI负极陶瓷涂覆极片照片及示意图......................................18 图表32:三星SDI负极陶瓷涂覆极片剖面图................................................18 图表33:电池系统热蔓延的典型阶段及其关键特征......................................19 图表34:电池系统隔热解决方案..................................................................19 图表35:广汽“弹匣电池”隔热方案................................................................20 图表36:电池系统三种主要冷却方式...........................................................20 图表37:电池系统中液冷系统示意图...........................................................21 图表38:电池系统防爆阀与平衡阀示意图....................................................21 图表39:被动安全相关零部件企业...............................................................22 图表40:广汽弹匣电池—第五代电池管理系统.............................................22 图表41:60kWh高镍三元动力电池包各安全改性方案价值量测算................24 行业深度研究 一、动力电池安全性要求迈向新台阶,已成为行业新一轮竞争焦点 动力电池性能的发展趋势可分为高比能、高安全、长循环、低成本等几个 方面,且各性能之间呈相互制约关系。

当下,随着电池系统能量密度从 100Wh/kg提升至200Wh/kg左右,电池包容量由30kWh升级至100kWh 左右,整车电压平台由400V提高至800V,新能源汽车保有量从百万级向 千万级迈进,动力电池安全重要性日益凸显,已成为新能源汽车行业新一 轮竞争焦点。

1.1行业背景:电池热失控事件频发,倒逼行业重视电池安全 据不完全统计,2021年1月至今已发生50多起新能源汽车着火事件,绝 大部分由电池热失控引起。

近年来,新能源汽车安全事故呈递增态势,消 费者已由“里程焦虑”转入“安全焦虑”,动力电池安全问题已成为新能源 汽车行业发展的拦路虎。

通过分析需求端、供给端、政策端三方面因素, 我们认为动力电池安全已成为新能源汽车行业新一轮的重点发展方向,未 来电池安全相关的材料与零部件拥有广阔的增长空间。

(1)需求端:电池安全已成为车企除续航和快充之外的新一轮宣传点。

下游新能源汽车企业正处于跑马圈地关键期,安全事故对其品牌损伤严重, 影响其终端市场份额,倒逼车企重视电池安全。

当下,电池安全已成为车 企除续航和快充之外的新一轮宣传点,各主流车企均推出了自身高安全电 池解决方案。

图表1:各车企高安全电池方案发布情况 时间 车企 具体内容 2020-03比亚迪可通过针刺试验的刀片电池 2020-11蔚来汽车无热蔓延安全设计的100kWh电池包 2021-03岚图汽车“无冒烟、无起火、无爆炸”电池 2021-04上汽智己“永不自燃”电池包 2021-04广汽集团弹匣电池系统安全技术,实现三元电池包针刺不起火 2021-09长城汽车“永不起火、永不爆炸”的大禹电池 2021-09岚图汽车“琥珀”及“云母”电池安全技术 来源:公司官网,国金证券研究所 (2)供给端:抢占份额,避免赔偿,开发高安全电池已成为业内共识。

2021年10月,LG同意向通用汽车支付高达19亿美元赔偿,用于召回和 维修雪佛兰Bolt电动汽车,主要系LG电池存在负极极耳断裂和隔膜褶皱 两种制造缺陷,导致车辆存在自燃风险。

LG高额赔偿事件为整个行业敲响 了警钟,电池企业为进一步提升市场份额,避免后期高额赔偿,开发高安 全电池已成为业内共识。

图表2:动力电池召回事件及赔偿情况 时间 车企 电池企业 赔偿金额 具体内容 2020-10现代LG 80亿元 召回2.5万辆KONAEV汽车,并更新电池管理软件 2021-02现代LG全球召回81701辆电动汽车,主要系存在起火风险 2021-03北汽孚能 3000-5000 万元 召回共计31963辆EX360和EU400,主要系动力电池系统一致性差异 2021-10通用LG 19亿美元召回所有14.2万台的Bolt EV,无限期停止销售Bolt EV电动车 2020-10威马中兴高能N/A召回1282辆威尔马斯特电动车,主要系电芯存在由杂质导致的析锂起火风险 2021-07奇瑞贵博新能N/A召回1407辆艾瑞泽5e电动汽车,主要系动力电池系统一致性差异 2021-07长城孚能N/A召回共计16216辆长城欧拉IQ电动汽车,主要系BMS问题 来源:国金证券研究所整理 行业深度研究 (3)政策端:安全国标升级,行业监管趋严。

2020年5月12日发布的 新版《电动汽车用动力蓄电池安全要求》新增了电池热扩散和过流保护测 试项,其中电池热扩散测试要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分 钟内不得发生起火、爆炸等安全问题,为乘员预留安全逃生时间。

与此同 时,2020年11月2日国务院办公厅正式印发的《新能源汽车产业发展规 划(2021—2035年)》相较征求意见稿,新增了“加强对整车及动力电池、 电控等关键系统的质量安全管理、安全状态监测和维修保养检测”的描述, 释放了强化行业安全管理和监测信息。

图表3:《电动汽车用动力蓄电池安全要求》标准变迁 测试类别 测试项 GB/T 31467.3- 2015 GB 38031-2020 电池包 或系统 热扩散无 新增电池单体发生热失控后,电池系统在5 分钟内不得发生起火、爆炸的要求 过流保护无新增电池系统的过流保护安全要求 来源:知网,国家标准全文公开系统,国金证券研究所 1.2电池热失控机理:电池为什么会发生热失控? 电池热失控主要诱因:根据触发方式,电池热失控诱因可分为机械滥用、 电滥用、热滥用三种。

(1)机械滥用:一般是由电池受力发生机械变形造 成的,具体表现为车辆碰撞,以及随之带来的挤压、针刺等情况;(2)电 滥用:一般由电压管理不当、电器元件故障或制造不良等引起,包括短路、 过充、过放等情况;(3)热滥用:一般由温度管理不当导致的过热引起。

上述3种触发方式之间并非完全独立,机械滥用一般会导致电池隔膜的破 裂或变形,引起电池正负极直接接触造成内短路,进而出现电滥用。

而电 滥用伴随焦耳热以及化学反应热的产生,引起电池温度上升,发展为热滥 用,进一步触发电池内部的链式产热副反应,最终导致发生热失控。

单体电芯热失控机理:当单体电芯发生热失控时,内部各材料相继发生热 分解反应,致使电芯内部温度不可逆地快速升高。

具体包括:(1)第一阶 段:负极副反应首先进行,包括SEI膜的反应与分解,嵌锂负极与电解液 反应产生气体;(2)第二阶段:隔膜熔融、电芯内部产生大量焦耳热,正 极分解、析出氧气,电芯内部气体泄放和加速升温;(3)第三阶段:正负 极材料与电解液放热反应以及电解液分解反应造成电芯热量急剧增多,引 发电芯热失控。

图表4:电池热失控诱因总结 图表5:单体电芯热失控演进过程示意图 行业深度研究 来源:《车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控》 1,国金证券 研究所 来源:《锂离子电池热失控蔓延研究进展》2,国金证券研究所 1.3电池热失控解决策略:如何解决电池热失控问题? 本征安全、被动安全、主动安全是三种常用的电池热失控解决策略。

(1) 本征安全:从单体电芯层面的热失控机理着手,在材料层面提升各电芯材 料的热稳定性,在工艺层面从设计和制造的角度保证电芯可靠性,本征安 全是电池安全的基础;(2)被动安全:在某一单体电芯热失控以后,通过 系统热管理,即隔热与散热的方法,抑制它的蔓延速度,防止整个电池包 发生热失控;(3)主动安全:主要是电池智能管理,即通过BMS、大数据 等技术对热失控进行提前预警。

其中本征安全属于电芯层面的防护,而被 动安全和主动安全属于电池系统层面的防护。

目前行业内动力电池安全的 改善分工为电池企业从单体电芯层面改善,整车企业从电池系统层面改善。

图表6:动力电池热失控解决策略 来源:国金证券研究所 二、电芯层面:材料与工艺并举,降低电芯热失控风险 2.1正极材料:材料本体改性与材料复配,提升材料热稳定性 本体材料:磷酸铁锂热稳定性优于三元,低镍三元热稳定性优于高镍三元。

正极材料热稳定性与其晶体结构稳定性密切相关。

目前动力电池领域主流 的正极材料分为磷酸铁锂(LFP)与三元材料两种,其中LFP属于典型的 橄榄石结构材料,锂离子完全脱出并不会造成橄榄石结构的破坏,而三元 材料是典型α-NaFeO2层状结构,在锂离子脱嵌过程中容易造成层状结构 的坍塌,因此磷酸铁锂热稳定性优于三元材料。

同时在三元材料中,随着 镍含量提升,其比容量和能量密度逐渐增加,但材料锂镍混排加剧,晶体 结构相变趋于严重,造成其晶体结构稳定性变差,进而导致其热稳定性下 降,因此低镍三元热稳定性优于高镍三元。

短期而言,磷酸铁锂的高安全 性有利于其市场份额的提升。

远期而言,随着技术进步,三元材料安全性 能短板有望改善,其与LFP安全性能的差距有望缩短。

1冯旭宁.(2016).博士学位论文,清华大学. 2陈天雨等.(2018).储能科学与技术(06),1030-1039. 行业深度研究 图表7:LFP与三元材料热稳定性对比分析 来源:锂电前沿,国金证券研究所 图表8:不同镍含量三元材料容量与热稳定性关系图 来源:《Comparison of the structural and electrochemical properties of layered Li[Ni xCoyMnz]O2 cathode material for l ithium-ion batteries》3,国金证券研究所 本体材料改性:表面包覆、元素掺杂、单晶化是正极材料安全改性的重要 途径,利好拥有技术优势的企业。

正极材料受热易分解以及正极与电解液 之间的副反应是造成电芯热失控的主要原因之一,其核心解决方案是提升 正极材料的热稳定性。

目前行业内一般通过表面包覆减少正极与电解液之 间的副反应,通过元素掺杂、单晶化提升正极材料的晶体结构稳定性,进 而提升正极材料的热稳定性。

随着电池安全重要性日益提升,电池企业对 正极材料的要求将逐渐提升,利好拥有技术优势的企业,建议关注正极行 业的龙头企业如容百科技、当升科技、德方纳米等。

图表9:正极材料本体改性方案简介 改性方案 具体内容 表面包覆在材料表面包覆一层纳米物质,减少其与电解液之间的副反应 3 Hy ung-Joo Noh, etc,(2013). Journal of Power Sources, doi:10.1016/j.jpowsour.2013.01.063. 行业深度研究 改性方案 具体内容 元素掺杂 在材料晶格中掺杂其他元素,起到增强化学键键合能力,提高晶体结构稳 定性的作用 单晶化 单晶材料由于颗粒均一,各向异性好,拥有较高的机械应力和耐压性,从 而提升其热稳定性 来源:国金证券研究所整理 材料复配:高镍三元复配磷酸铁锰锂(LMFP)有望解决其安全问题。

LMFP具有与磷酸铁锂(LFP)相同的橄榄石结构,因此同样拥有较佳的 热稳定性。

同时,LMFP具有与LFP相近的放电比容量,但其电压平台为 4.0V左右,高于LFP的3.4V左右,因此其能量密度较LFP高15~20%左 右。

由于LMFP拥有高安全属性和三元相近的电压平台,在高镍三元中复 配10%~20%左右的LMFP,有望在保证高能量密度性能的前提下,改善 安全性(LFP电压平台显著低于三元材料的3.7V,导致LFP与三元材料的 复配效果不理想)。

复配不同比例LMFP的高镍三元材料热稳定性测试结果 显示,纯NCM811材料热分解温度是217℃左右,释放总能量约为 2362J/g;当复配10%LMFP之后,NCM811材料出现两个热分解温度, 分别为217℃、248℃,根据放热峰的面积判断,大部分热量在248℃左右 释放,释放总能量约为2003 J/g,相较纯NCM811材料下降15%左右; 当LMFP复配比例由10%提升至20%时,改善效果更明显,复配 20%LMFP的NCM811电池可通过针刺试验,且针刺过程中的最高温度由 纯NCM811电池的576.2℃下降至54.5℃,降幅显著。

图表10:复配不同比例LMFP的高镍三元材料热稳定性能测试 来源:上海华谊,国金证券研究所 行业深度研究 图表11:纯NCM811电池针刺试验 图表12:复配20%LMFP的NCM811电池针刺试验 来源:上海华谊,国金证券研究所 来源:上海华谊,国金证券研究所 相关企业:短期来看,相较LFP而言,LMFP成本较高、循环性能较差、 压实密度较低,因此只能作为三元材料的安全辅材应用。

随着电池安全的 重要性日益提升,未来2~3年内,LMFP有望受益于高镍三元安全赛道而 放量。

远期来看,随着LMFP成本下降,循环性能改善,有望完成从辅材 到主材(代替LFP)的升级过程,建议关注已布局LMFP的相关企业,如 德方纳米、国轩高科、当升科技等。

图表13:行业内LMFP布局情况 企业 布局情况 宁德时代15年、17年申请LMFP相关专利;公开的技术路线布局中有涉及LMFP 国轩高科15年自研“15Ah方形LMFP离子蓄电池”;16年申请了较多LMFP相关专利 德方纳米拟建设年产10万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目 当升科技21年中报披露公司正在开发高性能的LMFP材料 鹏欣资源 持有23%江苏力泰锂能股权:后者目前LMFP产能0.2万吨;21年9月-22年3月,计划新增 0.3万吨LMFP产能;22年11月预计新增0.2万吨LMFP前驱体产能 华谊集团子公司上海华谊新材料19年投产0.1万吨 百川股份20年相关项目规划1.5万吨LMFP 天能股份20年研发18650圆柱锂电池LMFP磷酸铁锰锂电芯,21年开始试制样品 光华科技17年开展LMFP项目 来源:公司公告,公司官网,高工锂电,国金证券研究所 2.2隔膜:湿法涂覆隔膜有望成为主流 干法VS湿法:湿法隔膜有望成为主流。

按制造工艺分类,隔膜可以分为 干法隔膜与湿法隔膜。

虽然湿法隔膜生产工艺更为复杂,生产成本相对较 高,但从产品性能而言,湿法隔膜优于干法隔膜,主要体现在以下方面: (1)耐大电流性能:湿法隔膜孔径均匀且较小,可以耐大电流充放;(2) 力学性能层面:湿法生产工艺,可制备出具有较高纵向和横向拉伸强度的 隔膜;(3)能量密度层面:湿法隔膜厚度更薄,有利于提高电池能量密度; (4)电导率层面:湿法隔膜与干法隔膜的主要原材料分别为聚乙烯(PE)、 聚丙烯(PP),PE的亲液性强于PP,进而导致湿法隔膜的电导率高于干 法隔膜。

因此,相对干法隔膜,湿法隔膜在性能与安全性方面均有优势。

目前,三元动力电池基本采用湿法隔膜,部分LFP动力电池也逐渐由干法 转向湿法。

远期来看,湿法隔膜兼具高比能与高安全属性,叠加其成本与 干法隔膜逐步缩小,未来湿法隔膜有望成为主流。

行业深度研究 图表14:干/湿法性能比较 项目 干法工艺 湿法工艺 备注 生产方式单向拉伸双向拉伸异步拉伸同步拉伸- 工艺原理晶片分离晶型转换热致相分离法- 厚度20-50μm 5-10μm厚度小可以降低内阻,提高电池密度 孔径分布0.01-0.3μm 0.01-0.1μm孔径分布窄,通透性好 孔隙率30-40% 35-45%孔隙率尽量大 闭孔温度145℃ 130℃防止电池过热 熔断温度170℃ 150℃防止熔化造成短路 穿剌强度200-400 gf 300-550 gf防止刺穿造成短路 横向拉伸强度<100 MPa 130-150 MPa 足够的拉伸强度 纵向拉伸强度130-160 MPa 140-160 MPa 横向热收缩 (120℃) <1% <6% 较小的收缩率 纵向热收缩 (120℃) <3% <3% 来源:新材料在线,国金证券研究所 基膜VS涂覆隔膜:涂覆隔膜有望成为主流。

由于隔膜主要原材料PE和 PP的热变形温度较低,温度过高时隔膜热收缩严重,容易导致电池正负极 接触而出现短路,进而导致电池发生热失控。

为了改善隔膜热稳定性,通 常在隔膜表面涂上一层耐高温的涂覆材料,可以改善隔膜热收缩性能,同 时可提高隔膜穿刺强度,防止锂枝晶刺穿,从而提升电池安全性。

随着电 池安全重要性日益提升,涂覆隔膜有望成为主流。

图表15:中国干/湿法隔膜出货量(亿平)及湿法占比 图表16:中国基/涂覆膜出货量(亿平)及涂覆占比 来源:EVTank,国金证券研究所 来源:GGII,EVTank,国金证券研究所 相关企业:建议关注湿法隔膜龙头企业—恩捷股份,同时建议关注涂覆材 料相关企业如壹石通等。

2.3电解液:添加剂、新型锂盐、固态电池有望改善电池安全 常规电解液:易分解,易发生副反应,因而存在安全隐患。

电解液一般由 有机溶剂、电解质锂盐和添加剂组成,其作用是在电池正负极之间形成优 良的离子导电通道,目前商业化常用的有机溶剂为碳酸酯类有机溶剂,锂 盐为LiPF6。

由于碳酸酯类有机溶剂燃点较低(<160℃)、极性较强,因 此受热易分解,同时易与正负极之间发生副反应,进而导致电池热失控。

添加剂:各类添加剂可以改善电解液安全,其种类与用量呈上升趋势。

虽 然添加剂用量仅占电解液质量的3%~5%,但可明显改善电解液性能,具 有用量少、效率高的优势。

按功能分类,添加剂可分为成膜、阻燃、过充 1.2 2.5 5.5 8.0 13.2 20.0 27.2 2.9 5.2 7.2 8.4 9.6 9.8 11.5 29% 32% 43% 49% 58% 67% 70% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 2014201520162017201820192020 湿法干法湿法占比(右轴) 2.3 16.6 5.5 13.2 29% 56% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 5 10 15 20 25 30 35 20152019 涂覆隔膜普通隔膜涂覆占比(右轴) 行业深度研究 保护、其他添加剂,如过充保护添加剂通过防止因过充引起的电解液燃烧、 爆炸等,进而提升电解液安全性能。

图表17:电解液添加剂主要分类 分类 作用代表品类 成膜添加剂形成SEI膜,提高电极循环性能及使用寿命VC、FEC 阻燃添加剂防止电解液燃烧,提升安全性能FEC、TFP 过冲保护添加剂防止因过冲引起的电解液燃烧、爆炸等VC、CHB 其他添加剂提升低温性能、热稳定性、导电性、去杂质等PS、DTD 来源:头豹研究院,国金证券研究所 目前应用最广泛的添加剂主要有:VC、FEC、PS、DTD等。

随着动力电 池往高安全、高比能等方向发展,对添加剂的要求将越来越高,其种类与 用量有望呈上升趋势。

图表18:典型电解液添加剂对比 名称 碳酸亚乙烯酯 氟代碳酸乙烯酯 1,3-丙磺酸内酯 硫酸亚乙酯 简称VCFECPSDTD 种类 成膜添加剂 过冲保护剂 成膜添加剂 阻燃剂 锂枝晶抑制剂 高温型添加剂高温型添加剂 改善方面 电极可逆容量和稳定性 循环寿命、高低温性能 电池容量 低温性能 安全性能 安全性能 电池循环性能 高温循环和储存性能 低温放电性能 优点 成熟度高 综合效果理想 应用广泛 生成膜性能好 改善方面多样 成本低廉 抑制电池产气效果好 安全性好 解决电池胀气效果好 缺点 成膜后阻碍电荷传输从而降低倍 率性能、生产安全性较低 使用过程容易导致电 池循环寿命降低 使用安全性差 (潜在致癌风险) 价格高昂 来源:头豹研究院,国金证券研究所 新型锂盐:LiFSI代替LiPF6,有望改善电池安全性。

传统锂盐LiPF6存在 明显缺陷:(1)不稳定:LiPF6是化学和热力学不稳定的,即使在常温下也 会发生分解反应,生产气相产物PF5,进而降低电池安全性;(2)易水解: LiPF6对比较敏感,痕量水存在就会导致LiPF6分解产生HF,进行腐蚀电 极与集流体,严重影响电池电化学性能与安全性能。

新型锂盐LiFSI因其 良好的结构稳定性和电化学性能,有望逐步取代LiPF6来改善电池安全性 能。

与LiPF6相比,LiFSI具有以下优势:(1)热稳定性强:当温度大于 200℃时,LiFSI仍能够稳定存在,不发生分解,热稳定性能较好;(2)电 导率高:LiFSI阴离子半径更大,更易于解离出锂离子,进而提高电池电导 率;(3)抑制气胀:LiFSI具有优良的化学稳定性,且其与正负极材料之间 保持着良好的相容性,副反应较少,因而产气较少。

图表19:LiPF6与LiFSI性能参数对比 分类 六氟磷酸锂 双氟磺酰亚胺锂 基本物性 化学式LiPF6 LiFSI 热分解温度125°C 200°C 氧化电压<4.5V >5V 溶解性易水解,产生HF耐水解 电导率尚可高 热稳定性差好 化学稳定性较稳定差 电池性能 低温性能一般好 循环寿命一般长 行业深度研究 耐高温性能差好 气胀会发生气胀抑制气胀 工艺成本 合成工艺简单复杂 成本低高 来源:头豹研究院,国金证券研究所 相关企业:以前,因LiFSI制备工艺复杂、技术壁垒高,导致其成本明显 高于LiPF6,因此只能作为添加剂使用,以弥补传统锂盐的部分性能缺陷。

当下,随着供需错配导致LiPF6成本快速攀升,LiPF6成本已与LiFSI基本 持平,不再具备成本优势,因此LiFSI迎来新的发展机遇。

我们认为随着 动力电池对安全、电化学性能要求越来越高,叠加其成本与LiPF6差距逐 渐缩小、规模有序扩大,LiFSI有望加速渗透,添加比例(LiFSI/总锂盐) 有望由目前的3~5%提升至50%左右。

建议关注未来LiFSI有望放量的企 业,如天赐材料、永太科技等。

图表20:行业内新型锂盐LiFSI布局情况 企业 布局情况 天赐材料已拥有2300吨LiFSI产能,4000吨募投项目将于今年投产,并计划扩产50000吨 永太科技已有500吨产能,计划扩产1500吨,同时计划扩产67000吨液态产能,折固20000吨 新宙邦目前公司有少量产能,在建2400吨产能,预计明年年初投产1200吨产能 多氟多拟扩建40000吨产能 康鹏科技2019年12月衢州康鹏1500吨LiFSI产线投产,截至2021年3月,已拥有1700吨/年的产能 来源:公司公告,国金证券研究所 固态电池:下一代电池技术,有望彻底解决电池安全问题。

目前锂离子电 池所用电解质为有机电解液,因其热分解度温度低、易燃、有毒以及电化 学窗口低,导致动力电池安全性能和能量密度的提升存在一定局限性。

固 态电池本质上是用稳定固态电解质代替易燃有机电解液,进而改善电池安 全性能。

图表21:液体电池与固态电池的结构示意图 来源:《全固态锂电池技术的研究现状与展望》,国金证券研究所 固态电池分类:固态电池按固态电解质种类可以分为聚合物固态电池、氧 化物固态电池、硫化物固态电池。

其中美、中、欧企业偏好氧化物与聚合 行业深度研究 物体系,而日韩企业则更多致力于发展硫化物体系。

目前商业化应用进展 最快的是氧化物与聚合物体系。

图表22:固态电池分类 固态电池类型 固态电解质 电导率 优点 缺陷 代表企业 聚合物 PEO、PMMA、 PVDF等 10 -4 S/cm 技术最成熟、率 先小规模量产 室温离子电导率低,理论 能量密度上限低 Solid Energy 氧化物LLZO、LATP等10 -4 -10 -3 S/cm 电导率较高, 安全 难以批量生产电解质膜、 密度大 Quantum Scape、 清陶、赣锋 硫化物Li2S,LiPSCl等10-3-10-2S/cm电导率高 安全隐患(水分敏感,产 物H2S);电压窗口窄; 难以连续化生产 丰田、三星、松下 来源:知网,前瞻产业研究院,国金证券研究所 固态电池优势:高安全、高比能、易成组。

相较传统液态电池,固态电池 拥有三方面的优势:(1)高安全:固态电池核心优势是高安全性能,有机 电解液热分解温度与隔膜融化温度在160℃以下,而固态电解质热分解温 度明显较高,如氧化物固态电解质热分解温度在500℃以上,用固态电解 质代替液态电解质,可以大大降低电池热失控风险。

(2)高比能:固态电 解质电化学窗口在5V以上,远高于现有体系(4.3V左右),可以适配活性 更高的高比能正负极材料,显著提升电池的能量密度;搭配锂负极的固态 电池能量密度有望提升至500Wh/kg,接近现有高镍三元电芯的2倍,有 望彻底解决新能源汽车的里程焦虑。

3)易成组:全固态电池无需使用隔膜, 内部本身为串联结构,在系统集成端无需外部线束进行串联。

同时因其较 高的安全性,可以简化冷却系统,在PACK层面成组效率优于现有体系。

固态电池劣势:成本高、倍率性能差、产业链成熟度低。

(1)成本高:固 态电解质难轻薄化,应用到的部分稀有金属原材料成本较高,叠加为达高 能量密度使用的高活性正负极材料尚不成熟,致使其成本明显高于现有液 态电池;(2)界面抗阻大,倍率性能差:固态电池中电极与固态电解质之 间固固界面阻抗较大,叠加固态电解质自身电导率比电解液低1~2个数量 级,致使固态电池的倍率性能较差,离应用于动力电池领域仍有一定距离; (3)产业链不成熟:固态电解质材料以及适配的高活性正负极材料尚不成 熟,尚无稳定完善的供应体系,同时固态电池部分生产工艺不同于液态电 池,目前尚无稳定供应固态电池生产线的设备厂商。

固态电池发展路径:沿液态→半固态→全固态路径演进,预计未来2~3年 半固态电池有望量产应用,全固态电池有望2025年以后量产应用。

固态 电池的技术发展采用逐步颠覆策略,液态电解质含量逐步下降,最终形态 是全固态电池。

依据电解质分类,固态电池发展路径为液态→半固态→准 固态→全固态,其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。

在固 态电池的迭代过程中,液态电解质含量将从20wt%降至0wt%,负极逐步 替换成金属锂,电池能量密度有望提升至500Wh/kg,电池工作温度范围 扩大三倍以上。

其中半固态本质上是用少量小分子将电解液固化,呈蜡状 或果冻状,用来提升电解液的热稳定性,进而改善电池的安全性与电化学 性能。

短期而言,由于半固态电池制造工艺与现有液态电池基本一致,仍 需隔膜与电解液,同时兼具高安全与高比能属性,未来2~3年有望随着 1000km车型的推出而实现量产应用(蔚来固态电池预计量产时间为2022 年底)。

长期而言,考虑到全固态电池技术层面尚未完全跑通,电化学体系 尚未确定,目前尚处于研发阶段,叠加成本与产业链配套因素,预计全固 态电池有望于2025年以后量产应用,首先应用于对成本不敏感的无人机、 军工、高端车型等领域。

行业深度研究 图表23:固态电池发展路径图 来源:《固态锂电池研发愿景和策略》4,国金证券研究所 图表24:行业内固态电池布局情况 企业 布局情况 宁德时代2016年正式宣布在硫化物固态电池上的研发路径 国轩高科 2017年公司着手研发固态电池及固态电解质 2018年3月公司宣布半固态电池已处于实验室向中试转换阶段 2019年公司推出半固态电池的试生产线 赣锋锂业 2017年公司引进中科院宁波材料所的许晓雄团队,正式切入到固态电池板块 2018年6月公司第一代固态锂电池单体容量已达10Ah,能量密度大于240Wh/kg 2019年11月公司建成亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线 2020年公司与东风集团签订固态电池E70车型示范推广协议 辉能科技 2013年公司实现了固态锂电池的商业化量产,早期应用于消费类电池 2017年公司建成了40MWh的中试线,并实现自动化卷式生产 2019年公司与蔚来合作,为其定制生产“MAB”固态电池包 卫蓝新能源 2016年公司成立,依托中国科学院物理研究所 2020年公司计划建成年产0.1GWh固态电池生产线 清陶新能源 2014年公司成立,依托清华大学 2018年11月公司建成0.1GWh全国首条固态锂电池产线 2019年7月公司年产10GWh固态锂电池项目在江西省宜春市签约 2020国内首台搭载清陶固态电池的新能源样车在北汽成功下线试行 来源:前瞻产业研究院,公司官网,国金证券研究 相关企业:赣锋锂业、国轩高科值得关注。

蔚来等车企未来1~2年推出的 1000km续航车型,有望加速半固态电池的应用速度,进一步促进动力电 池朝着液态→半固态→全固态的路径演进。

考虑到固态电池被公认是下一 代电池技术路线,有望享受超越常规液态电池的估值溢价,建议关注积极 布局固态电池业务的企业,如赣锋锂业、国轩高科等。

2.4辅材:复合集流体代替传统集流体,有望改善电池安全性 传统集流体:易断裂形成毛刺,从而造成电池安全隐患。

集流体是电池重 要辅材之一,一方面起承载正负极活性物质的作用,另一个方面起将电化 学反应产生的电子汇集起来传导至外电路,从而将化学能转化为电能的作 用。

一般而言,选用金属箔材作为集流体,其中正极集流体选用铝箔,负 极集流体选用铜箔。

传统的金属箔材集流体由于韧性、力学性能和机械性 能较差,在电池加工使用过程中易断裂形成毛刺,而毛刺容易刺穿隔膜, 造成微短路,进而导致电池热失控。

4李泓 &许晓雄.(2016).储能科学与技术. 行业深度研究 复合集流体:中间复合一层高分子基材,不易断裂,有望解决高镍三元的 安全问题。

复合集流体为典型的“三明治”结构,中间一层为高分子基材, 上下各镀一层金属材料。

复合集流体的高分子层可以增强集流体的韧性, 使集流体具有较高的力学性能和机械性能。

复合集流体在使用过程中不容 易断裂,有利于降低微短路风险,进而提升电池安全性能。

宁德时代专利 CN110676460A《一种电极极片和电化学装置》显示采用复合集流体的高 镍三元电池可通过针刺实验,主要系(1)短路电阻提高:由于高分子层不 导电,可以提高电池在异常情况下发生短路时的短路电阻,大幅降低短路 电流,因此可减少产热量,从而改善电池安全性能;(2)短路面积减少: 上下两层的金属层较薄,在针刺等特殊情况下,局部导电网络被切断,防 止电池大面积发生内短路,将针刺等造成的损坏局限在穿刺位点,仅形成 “点断路”,从而提升电池的安全性能。

图表25:传统集流体与复合集流体示意图 来源:国金证券研究所 宁德时代复合集流体应用简介:据高工锂电报道,宁德时代研发的新型创 新技术——多功能复合集流体技术,在材料和结构上颠覆了传统集流体, 全新构建了“金属导电层—高分子支撑层—金属导电层”三明治结构复合 集流体,通过金属层与高分子层机械-电-热性能的多重耦合关系,突破了传 统集流体功能局限,在业内率先解决了高镍电池内短路难题,并通过莱茵 TüV认证,目前已经批量生产并应用于部分主机厂。

Soteria复合集流体应用简介:Soteria是一家主要围绕安全电池设计的初 创公司,其核心技术之一就是复合集流体。

相较传统金属箔材集流体, Soteria复合集流体在重量、抗拉升强度、延展性方面均有一定优势。

应用 复合集流体技术,Soteria 5Ah高镍三元软包电池样品经过针刺测试之后, 未出现起火与爆炸,其容量保持率仍可高达93%。

行业深度研究 图表26:Soteria复合集流体基本性能参数 来源:汽车电子设计,国金证券研究所 OPPO复合集流体应用简介:OPPO在7月举办的“闪充开放日”发布了 “夹心式安全电池”技术,采用了在一层新型高分子复合材料层的两边镀 上两层铝,再涂上安全涂层,形成一个五层安全结构的“三明治”夹心集 流体。

在电池受到外部挤压碰撞时,复合集流体能大大降低电池内部短路 的概率,同时中间层的高分子材料还可以隔绝正负极,从而提升电池的安 全性能。

OPPO外部冲击和针刺测试试验结果显示,采用复合集流体的电 池可通过重物冲击和针刺试验,而采用传统集流体的电池在重物冲击和针 刺试验中均发生热失控。

图表27:OPPO夹心电池示意图 来源:OPPO闪充开放日视频,国金证券研究所 行业深度研究 图表28:复合集流体技术在冲击测试中的保护作用 图表29:复合集流体技术在针刺过程中的阻断效果 来源:OPPO闪充开放日视频,国金证券研究所 来源:OPPO闪充开放日视频,国金证券研究所 相关企业:设备供应商东威科技值得关注。

随着电池安全重要性日益提升, 三元中高镍化趋势显著,叠加自身规模扩大、良率提升与生产效率提高带 来的成本下降,未来复合集流体有望加速代替传统集流体,建议关注相关 的企业:重庆金美(未上市)、东威科技。

考虑到复合集流体产品技术并不 新颖,核心技术壁垒是工艺技术与生产设备,与隔膜行业类似,建议关注 电镀设备供应商—东威科技。

2.5工艺层面:极片表面涂覆陶瓷是一种趋势 除了材料层面,电池制造过程中的工艺层面如内部异物、边缘毛刺等对电 池安全有着至关重要的影响。

目前主流电池企业通过制造工艺升级、产线 智能化改造、过程监测强化等措施将电芯缺陷率从ppm级别向ppb级别提 升,进而消除电池安全隐患。

其中极片表面涂覆陶瓷方案由于利用了陶瓷 高的热稳定性、化学稳定性、耐腐蚀性以及高强度等优良特性,有望降低 电池内短路与热失控风险,被认为是未来工艺升级的重要发展方向。

极片边缘涂覆陶瓷:现代、宝马等国际车企电动车召回事故调查结果显示, 电池内部对齐不良是导致动力电池热失控的主要原因之一。

一般而言,电 池里面正极片尺寸小于负极片,极片边缘在切割过程中容易产生毛刺,而 毛刺容易刺穿隔膜接触负极表面,造成电池内短路。

在极片边缘涂覆陶瓷 (涂覆宽度约为1~3mm)之后,能够大大减少切割毛刺的风险,同时防止 正负极接触造成的内短路,进而提升电池安全。

图表30:极片边缘涂覆陶瓷示意图 来源:国金证券研究所 行业深度研究 极片整体涂覆陶瓷:陶瓷不仅可以涂覆在隔膜与极片边缘来提高电池安全 性能,而且还可以涂覆在正负极表面,同样能够起到改善电池安全性和电 化学性能的效果。

德国明斯特大学的Alex Friesen等人对三星SDI应用于 消费类电池领域的3Ah钴酸锂/石墨体系的18650电池安全性进行了深入 研究。

结果显示,三星该款电池负极表面涂覆了1-5 μm的氧化铝涂层,涂 覆后的负极极片表面呈银灰色,与普通的石墨负极极片颜色有所不同,涂 覆后的电池在开放环境下进行针刺试验未发生热失控。

图表31:三星SDI负极陶瓷涂覆极片照片及示意图 图表32:三星SDI负极陶瓷涂覆极片剖面图 来源:《Al2O3 coating on anode surface in lithium ion batteries: Impact on low temperature cycling and safety behavior》5,国金证券研究所 来源:《Al2O3 coating on anode surface in lithium ion batteries: Impact on low temperature cycling and safety behavior》,国金证券研究所 相关企业:勃姆石龙头企业壹石通值得关注。

一般而言,极片陶瓷涂覆所 用的材料为氧化铝与勃姆石。

相比氧化铝,勃姆石质地稍软,分散性更佳, 在涂覆过程中更易均匀地涂覆于极片边缘,同时可以延长切刀的使用寿命, 因此勃姆石涂覆占比呈上升趋势,建议关注勃姆石龙头企业—壹石通。

三、电池系统层面:被动安全与主动安全并举,降低电池热失控风险 关于电池安全,单体电芯层面的本征安全固然重要,而电池系统层面的被 动安全和主动安全同样需要重视。

单体电芯层面的本征安全是防止单一电 芯起火,而电池系统层面的被动安全是防止单一电芯或模组起火之后蔓延 至整个电池包,主动安全是对电芯、模组、系统的各种异常状况做到提前 预警,三者相辅相成,共同保障动力电池的安全。

3.1被动安全:防止热蔓延,隔热与散热是关键 在单体模组(或电芯)发生热失控后,高温会导致热失控在模组(或电芯) 中蔓延,进而引发安全事故。

根据热蔓延发生的剧烈程度,可以将热蔓延 分为三个阶段:始发模组内热蔓延、模组间热蔓延和轰燃,三个阶段的危 险程度逐级递增。

单个模组(或电芯)发生热失控初期产生冒烟现象,热 蔓延较为缓慢;随着热量在电池系统内传递,相邻模组逐个发生热失控, 产生大量烟气,热蔓延速度增快;当热蔓延到一定程度,电池系统上盖融 化,大量空气进入内部,电芯内部的电解液及其分解产物与空气充分接触 发生燃烧,多个模组开始同时出现热失控,能量释放速率极快,进而导致 整个电池系统剧烈燃烧。

5 Friesen, A., etc, (2017). Journal of Power Sources,363(sep.30),70-77. 行业深度研究 电池系统安全设计的核心是在主要传热路径上进行隔热与散热的设置。

即 单一模组(或电芯)发生热失控之后,需要尽快在系统进入轰燃阶段之前 完成有效的冷却,避免大量热量传递至临近模块,及时地将热量进行快速 且合理地疏导。

图表33:电池系统热蔓延的典型阶段及其关键特征 阶段 现象 能量释放速率 危险程度 特征 始发模组内热蔓延冒烟慢低只有一个模组热失控,模组内热蔓延速度缓慢 模组间热蔓延冒烟/起火快高 短时间内多个模组逐个发生热失控并完成热蔓延, 模组内热蔓延速度快 轰燃起火极快极高多个模组同时处于热失控状态,模组内热蔓延速度快 来源:《车用锂离子电池系统热蔓延试验与机理研究》6,国金证券研究所 隔热:电芯间、模组间、系统隔热相辅相成,共同助力电池安全。

隔热基 本策略是利用低导热系数、高化学稳定性的隔热材料防止模块间热蔓延, 目前常用防火隔热材料主要有气凝胶、云母、防火涂料、热陶瓷等。

从应 用场景来看,电芯间一般采用气凝胶等隔热材料、中间复合板隔热,模组 间一般采用防火棉隔热,系统一般采用防火毯隔热。

随着电池能量密度持 续提升,电压平台逐渐升高,安全重要性日益重要,隔热材料的单车价值 量有望呈上升趋势。

图表34:电池系统隔热解决方案 来源:爱彼爱和,国金证券研究所 广汽“弹匣电池”隔热应用案例:弹匣电池通过网状纳米孔隔热材料和耐 高温上壳体,形成超强隔热安全舱,实现三元电芯热失控不蔓延至相邻电 芯,电池包上壳体能耐温1400℃以上。

6 江发潮等.(2021).机械工程学报(14),23-31. doi:CNKI:SUN:JXXB.0.2021-14-003. 行业深度研究 图表35:广汽“弹匣电池”隔热方案 来源:公司官网,国金证券研究所 岚图“琥珀”和“云母”电池系统隔热应用案例:岚图采用了“三维隔热 墙”技术,即在电池包内使用无热扩散的隔热阻燃材料。

“琥珀”电池系统 是在电池包内填充有机硅复合材料,形成高效的隔热阻燃绝缘层,使得每 个电芯单元像“琥珀”一样处于充分包裹中;“云母”电池系统则是在电池 包内加入层状Al-Si云母和气凝胶。

三维隔热层为每个电芯量身定制了“安 全仓”,即使某个电芯出现“暴躁”情况,也只能老实呆在自己的“单间” 内。

散热:液冷是目前主流冷却方式,主动灭火是未来趋势。

散热基本策略是 利用不同液冷流量对热蔓延进行抑制,根据使用的介质,可以分为风冷、 液冷、冷媒制冷。

其中液体介质的换热系数高、热容量大、冷却速度快、 降温效果显著,且形式上较为灵活,是目前主机厂主流的散热方案。

一般 通过液冷板和冷却液将电池热量带走。

图表36:电池系统三种主要冷却方式 冷却方式 简介 优劣势 风冷 以低温空气为介质,利用热对流,降低电池温度,分为自然冷却和强制风 冷,主要用于A00等中低端车型 结构简单、成本低;效果较差 液冷 以冷却液为介质,与制冷循环耦合,带走电池中多余的热量,主要用于A 级以上中高端车型,目前主流技术路线 效果好、热度均匀;成本较高 冷媒直冷 在液冷基础上集成化整车的热管理,将电池的散热与空调系统结合带走电 池热量;常用的制冷剂有R134a、CO2 系统集成化和软件控制精度要求较高; 技术壁垒较高,目前仅在少量车型上使用 来源:控安汽车研究院,国金证券研究所 行业深度研究 图表37:电池系统中液冷系统示意图 来源:《Powertrain Thermal System Development for Small BEV》7,国金证券研究所 防爆阀、平衡阀和泄压阀对极端条件下的电池散热至关重要。

除了液冷系 统之外,为了防止电池热失控,主机厂选择安装防爆阀、平衡阀和泄压阀, 主要起平衡温度、电池包内外压差的作用,同时可以保证电池包内部的气 体和压力定向排出。

一旦发生热失控,防爆阀、平衡阀和泄压阀可以保证 极端情况下电池包的安全。

图表38:电池系统防爆阀与平衡阀示意图 来源:电动邦,NE时代,国金证券研究所 下一代主动灭火技术:据清华大学欧阳明高院士公开演讲资料,目前行业 内逐步考虑在300Wh/kg的电池上采用灭火装置。

长城汽车9月份推出的 大禹电池采用了自动灭火技术,具体方案为:气火流沿着精心设计的路径 排出,到达指定位置的排爆出口,并在排爆口设计了多层不对称蜂窝状结 构,实现火焰快速抑制和冷却,该技术可以将上千度的热失控气体降至一 7 Ohnuma, Y., etc, (2020).SAETechnical Paper 2020-01-1383. 行业深度研究 百度以下,确保人和车辆的安全。

主动灭火是未来解决高比能电池系统的 一种趋势,也有部分车企正在研究电池包大量灌注水的技术方案,未来值 得关注。

相关企业:被动安全相关零部件的单车价值量不高,供应商基本以中小企 业为主。

未来随着电池安全重要性日益提升,被动安全相关零部件的单车 用量有望呈上升趋势,建议关注相关企业相应业务板块的边际变化,如高 澜股份、泛亚微透、银轮股份、三花智控等。

图表39:被动安全相关零部件企业 企业 主要产品 高澜股份防火隔热棉、动力电池液冷板、动力电池独立液冷系统等 泛亚微透气凝胶隔热材料、泄压阀等 银轮股份冷却板、电池冷却器总成等 三花智控新能源车热管理集成组件等 来源:公司官网,公司年报,国金证券研究所 3.2主动安全:BMS准确估值,异常状况提前预警 主动安全的核心是电池管理系统(BMS),其要能够准确预测电池状态, 合理控制电池边界,防止电池进入超出边界的状况。

同时BMS要能够对由 内短路、制造不良、使用不良等引起的电池安全隐患进行提前预警。

目前 比较可行的解决方案就是提升芯片算力、增加传感器的数量。

在主动安全方面,为了提升电池管理、电池预警、电池充电控制和电池寿 命预测与评估的技术水平,引入了人工智能、大数据、云平台。

如果上述 措施实施顺利,业内认为300Wh/Kg高镍三元电池的全生命周期安全问题 有望得到解决。

广汽“弹匣电池”主动安全应用案例:弹匣电池系统技术搭载了第五代电 池管理系统,通过采用最新一代车规级电池管理系统芯片(相比前代系统 提升100倍),可实现每秒10次全天候数据采集,24小时全覆盖的全时巡 逻模式;该系统对电池状态进行监测,发现异常时,立即启动电池速冷系 统为电池降温,进而提升电池安全。

图表40:广汽弹匣电池—第五代电池管理系统 来源:公司官网,国金证券研究所 行业深度研究 四、动力电池安全行业投资建议 安全是一个行业稳健发展的基础。

随着电池系统能量密度从100Wh/kg提 升至200Wh/kg左右,电池包容量由30kWh升级至100kWh左右,整车 电压平台由400V提高至800V,新能源汽车保有量从百万级向千万级迈进, 动力电池安全性要求迈向新的台阶,电池安全性已成为新能源汽车行业新 一轮竞争焦点。

当下,市场对动力电池高能量密度、高电压平台、快充、 低成本等赛道关注度较高,而电池安全属于被忽视的赛道。

我们认为动力 电池安全属于新能源汽车行业新一轮重点发展方向,其解决方案(本征安 全、被动安全、主动安全)有望催生新兴增量赛道。

从安全改性效果、技 术成熟度、单车价值量几个维度综合考虑,我们建议关注: (1)陶瓷涂覆赛道:短期而言,陶瓷被应用于隔膜与正极边缘涂覆, 用来改善电池安全,单车价值量约为200元。

远期而言,陶瓷有望应 用于正负极极片表面整体的涂覆,单车价值量有望提升至800元左右, 建议关注勃姆石龙头企业壹石通。

(2)复合集流体赛道:随着电池安全重要性日益提升,三元中高镍化 趋势显著,叠加自身规模扩大、良率提升与生产效率提高带来的成本 下降,未来复合集流体有望加速代替传统集流体。

考虑到复合集流体 产品技术并不新颖,核心技术壁垒是工艺技术与生产设备,与隔膜行 业类似,建议关注电镀设备供应商—东威科技等。

(3)固态电池赛道:蔚来等车企未来1~2年推出的1000km续航车型, 有望加速半固态电池的应用速度,进一步促进动力电池朝着液态→半 固态→全固态的路径演进。

考虑到固态电池被公认是下一代电池技术 路线,有望享受超越常规液态电池的估值溢价,建议关注积极布局固 态电池业务的企业,如赣锋锂业、国轩高科等。

(4)新型锂盐LiFSI赛道:随着动力电池对安全、电化学性能要求越 来越高,叠加其成本与LiPF6差距逐渐缩小、规模有序扩大,LiFSI有 望加速渗透,添加比例(LiFSI/总锂盐)有望由目前的3~5%提升至 50%左右,建议关注未来LiFSI有望放量的企业,如天赐材料、永太 科技等。

(5)LMFP赛道:高镍三元材料复配LMFP有望解决其安全性问题, 未来2~3年LMFP有望受益于高镍三元安全赛道而放量。

远期来看, 随着LMFP成本下降,循环性能改善,有望完成从辅材到主材(代替 LFP)的升级过程,建议关注已布局LMFP的相关企业,如德方纳米、 国轩高科、当升科技等。

(6)被动安全赛道:被动安全相关零部件的单车价值量不高,供应商 基本以中小企业为主。

未来随着电池安全重要性日益提升,被动安全 相关零部件的单车用量有望呈上升趋势,建议关注相关企业相应业务 板块的边际变化,如高澜股份、泛亚微透等。

行业深度研究 图表41:60kWh高镍三元动力电池包各安全改性方案价值量测算 分类 改进方式 单车价值量(元) 相关企业 本征安全 正极材料10%LMFP复配800~1000德方纳米、国轩高科、当升科技 隔膜陶瓷涂覆150~180壹石通 电解液新型锂盐LiFSI 120~2000天赐材料、永太科技 辅材 复合铝集流体750~800 - 复合铜集流体3800~4500东威科技 工艺层面 极片边缘涂覆陶瓷50~60壹石通 极片整体单极涂覆陶瓷150~180壹石通 极片整体双极涂覆陶瓷300~360壹石通 固态电池40000~47000赣锋锂业、国轩高科 被动安全 隔热 电芯间气凝胶等隔热材料200~500高澜股份、泛亚微透 模组防火棉50~150 - 整包防火毯150~300 - 散热 动力电池液冷板300~600高澜股份 防爆阀30~100泛亚微透 来源:国金证券研究所 五、风险提示 新技术应用不及预期风险:动力电池安全技术解决方案大部分属于新兴技 术,其大规模应用与其性能完善程度、成本下降速度、产能扩建、生产效 率等密切相关,若动力电池安全技术解决方案中所用材料的成本下降速度、 产能扩建等不及预期,可能会影响相关企业的营收规模与盈利能力。

新能源汽车销量不及预期风险:由于全球疫情、汽车芯片短缺、中美贸易 战、地缘政治等不确定因素,叠加优质新车型投放不及预期、部分品牌产 品质量问题等,可能导致新能源汽车销量不及预期的风险。

上游原材料涨价风险:今年以来,受下游新能源汽车行业的持续高增长, 动力电池上游原材料如锂盐、前驱体、四大主材等价格快速攀升,若上游 原材料价格继续大幅上行,可能会压缩相关企业的盈利水平。

行业深度研究 公司投资评级的说明: 买入:预期未来6-12个月内上涨幅度在15%以上; 增持:预期未来6-12个月内上涨幅度在5%-15%; 中性:预期未来6-12个月内变动幅度在-5%-5%; 减持:预期未来6-12个月内下跌幅度在5%以上。

行业投资评级的说明: 买入:预期未来3-6个月内该行业上涨幅度超过大盘在15%以上; 增持:预期未来3-6个月内该行业上涨幅度超过大盘在5%-15%; 中性:预期未来3-6个月内该行业变动幅度相对大盘在-5%-5%; 减持:预期未来3-6个月内该行业下跌幅度超过大盘在5%以上。

行业深度研究 特别声明: 国金证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准,已具备证券投资咨询业务资格。

本报告版权归“国金证券股份有限公司”(以下简称“国金证券”)所有,未经事先书面授权,任何机构和个人 均不得以任何方式对本报告的任何部分制作任何形式的复制、转发、转载、引用、修改、仿制、刊发,或以任何侵 犯本公司版权的其他方式使用。

经过书面授权的引用、刊发,需注明出处为“国金证券股份有限公司”,且不得对本 报告进行任何有悖原意的删节和修改。

本报告的产生基于国金证券及其研究人员认为可信的公开资料或实地调研资料,但国金证券及其研究人员对这 些信息的准确性和完整性不作任何保证,对由于该等问题产生的一切责任,国金证券不作出任何担保。

且本报告中 的资料、意见、预测均反映报告初次公开发布时的判断,在不作事先通知的情况下,可能会随时调整。

本报告中的信息、意见等均仅供参考,不作为或被视为出售及购买证券或其他投资标的邀请或要约。

客户应当 考虑到国金证券存在可能影响本报告客观性的利益冲突,而不应视本报告为作出投资决策的唯一因素。

证券研究报 告是用于服务具备专业知识的投资者和投资顾问的专业产品,使用时必须经专业人士进行解读。

国金证券建议获取 报告人员应考虑本报告的任何意见或建议是否符合其特定状况,以及(若有必要)咨询独立投资顾问。

报告本身、 报告中的信息或所表达意见也不构成投资、法律、会计或税务的最终操作建议,国金证券不就报告中的内容对最终 操作建议做出任何担保,在任何时候均不构成对任何人的个人推荐。

在法律允许的情况下,国金证券的关联机构可能会持有报告中涉及的公司所发行的证券并进行交易,并可能为 这些公司正在提供或争取提供多种金融服务。

本报告反映编写分析员的不同设想、见解及分析方法,故本报告所载观点可能与其他类似研究报告的观点及市 场实际情况不一致,且收件人亦不会因为收到本报告而成为国金证券的客户。

根据《证券期货投资者适当性管理办法》,本报告仅供国金证券股份有限公司客户中风险评级高于C3级(含C3 级)的投资者使用;非国金证券C3级以上(含C3级)的投资者擅自使用国金证券研究报告进行投资,遭受任何损失, 国金证券不承担相关法律责任。

此报告仅限于中国大陆使用。

上海 北京 深圳 电话:021-60753903 传真:021-61038200 邮箱:researchsh@gjzq.com.cn 邮编:201204 地址:上海浦东新区芳甸路1088号 紫竹国际大厦7楼 电话:010-66216979 传真:010-66216793 邮箱:researchbj@gjzq.com.cn 邮编:100053 地址:中国北京西城区长椿街3号4层 电话:0755-83831378 传真:0755-83830558 邮箱:researchsz@gjzq.com.cn 邮编:518000 地址:中国深圳市福田区中心四路1-1号 嘉里建设广场T3-2402

推荐给朋友: 收藏    |      
尊敬的用户您好!
         为了让您更全面、更快捷、更深度的使用本服务,请您"立即下载" 安装《慧博智能策略终端
         使用终端不仅可以免费查阅各大机构的研究报告,第一手的投资资讯,还提供大量研报加工数据,盈利预测数据,历史财务数据,宏观经济数据,以及宏观及行业研究思路,公司研究方法,可多角度观测市场,用更多维度的视点辅助投资者作出投资决策。
         目前本终端广泛应用于券商,公募基金,私募基金,保险,银行理财,信托,QFII,上市公司战略部,资产管理公司,投资咨询公司,VC/PE等。
慧博投资分析手机版 手机扫码轻松下载