（報告出品方：民生證券）

快充的定義

快充顧名思義就是快速充電，衡量單位用充電倍率（C）來表示： 充電倍率（C）=充電電流（mA）/電池額定容量（mAh），即假設電池容量為4000mAh，充電電流達到了8000mAh，則充電倍率為8000/4000=2C。

這裡有一個概念，即高倍率充電并不是0%-100%的電量都 通過大電流充入完成。合理的充電模式共分三個階段，階 段1：預充電狀态；階段2：大電流恒流充電；階段3：恒 壓充電。階段1的預充電起到對電芯的保護作用；階段2就是我們所 說的高倍率充電階段，這個過程的電量區間往往在20%- 80%；階段3恒壓充電的目的是限壓，防止電芯的電壓過 高，破壞電池結構。

大電流快充

目前使用大電流快充方式的主要是特斯拉，特斯拉V3超充最大充電功率為250kW，峰值電流大小達600A。然而使用大 電流充電有兩個大劣勢：1：根據熱力學公式： = ，充電系統的電流的增大将導緻産熱量過高，帶來兩個後果：1.能量損失嚴重，轉化效率 低，2.熱管理系統造成較大負擔。2：我們對不同模式的充電曲線進行比較，Model 3的大電流充電隻能在5%-10%SOC的區間内實現大功率充電，在超過 10%的區間内功率直線下滑，而Taycan的800V快充可在更寬的SOC範圍實現高功率充電。

各車企紛紛布局快充

800V高電壓快充成主流，各車企疊代跟進800V架構。2019年保時捷率先推出第一台800V快充量産車型Taycan，最大充電功率可達350KW，5%-80%SOC充電時間約 23分鐘。為解決客戶續航焦慮，各車企紛紛跟進800V平台，極狐阿爾法S全新HI版搭載800V架構，可實現15分鐘 從30%-80%的充電，小鵬也開始布局新一代超級充電樁，12分鐘可以将電池從10%充至80%。

快充車型滲透空間廣闊：3年CAGR=189.2%

我們對搭載800V架構的電動車銷量進行預測，核心假設有： 1. 搭載800V快充的車型基本為B級車以上，因此我們以B/C級車作為基數進行滲透率分析； 2. 21年國内B/C級車的占比約30%，2022年1-5月占比約29%，因此我們假設B/C級車的占比保持30%穩定；3. 根據已上市搭載800V架構的車型預測，22年800V快充車型的銷量約5萬輛（其中極氪001預測銷量約4.0萬 輛），滲透率達3%，我們預測到25年滲透率達到30%。

熱效應

在增大充電樁電壓和車載高壓系統的同時，我們需要考慮的是，電池是否具備了承受高功率輸入的能力？根據 《Lithium-ion battery fast charging: A review》，當電池進行大功率充電時，會發生三類負面效應：熱效應、锂 析出效應、機械效應。 熱效應：高電壓隻是針對充電樁而言減小了電流，但對于單體電芯而言，電芯仍要承受電流增大帶來的發熱問題。 在快充條件下，電池内外部的溫度差超過10攝氏度，不均勻的熱分布以及過高的溫度将引發一系列問題：粘結劑解 體、電解液分解、SEI鈍化膜的損耗以及锂枝晶等。直接導緻的危害有： 1.電池循環壽命降低、2.熱失控引發的安全 問題。 因此，熱效應對電池材料體系以及BMS管控系統提出了更高的要求。

锂析出效應

锂析出概念：锂離子電池運作的本質就是锂離子在正負極之間的脫嵌運動，然而在高充電倍率下，嵌锂的過程是 不均勻的，锂離子會因無法及時嵌入負極石墨層而選擇在負極表面沉積，形成锂金屬。當锂金屬不斷沉積，就會 形成我們經常聽到的锂枝晶。 根據SEM圖可以看到，随着充電倍率的增加，負極表面沉積的锂枝晶數量越多。锂枝晶的危害： 1.負極表面锂枝晶的持續生長，可能會刺破隔膜，造成電池内部短路從而導緻熱失控； 2.锂枝晶在生長過程中會不斷消耗活性锂離子，并不可逆轉，導緻電池容量降低，降低電池使用壽命；

機械效應

機械效應：在快充條件下，锂離子快速的從正極脫出，并嵌入負極，這會造成電池内部極高的锂離子濃度，其結果 是活性顆粒之間的應力錯配。當應力累計到一定值時，會造成活性顆粒、導電劑、粘結劑以及集流體之間的縫隙增 大，并造成活性顆粒的微裂紋增加。 直接影響： 1.活性顆粒之間縫隙的增加會顯著增加電池的内阻；2.顆粒微裂紋會降低了電池的循環壽命。（報告來源：未來智庫）

負極：提升倍率性的三條路線

第一條路線：二次造粒

造粒的工藝步驟是在一定溫度和壓強下，将物料置入球磨機中進行球磨，并篩分。一次造粒的目的是減小負極顆粒 體積，二次造粒的目的是将小顆粒粘結形成大顆粒。對于倍率性而言，負極顆粒越小，顆粒的比表面積就越大，锂離子遷移的通道就會增加，路徑變短，更利于锂離子 的運動；而對于容量而言，負極顆粒越大，壓實密度越高，活性顆粒的空間利用率增大，更有利于儲锂。因此，通過造粒制備的二次顆粒可兼顧大小顆粒的優點。

第二條路線：碳化（表面碳包覆）

碳化就是将碳源（瀝青）通過熱分解等方法塗覆在石墨顆粒的表面，形成一種具有核-殼複合結構的碳材料。碳化的意義： 1.由于無定形碳的碳層之間是無序排列的，結構各向同性的，且碳層間距較石墨層間距更大，因此锂離子可以自由的 在碳層間移動； 2.無定形碳層表面孔隙較高，并有許多通道，可以為锂離子嵌入石墨層起到引導作用。 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溶劑的共嵌入，抑制石墨層的剝落。

第三路線：矽碳負極

1.在快充過程中，石墨負極的對锂電位約為0V，因此容易産生锂析出效應，然而矽的嵌锂平台更高，對锂電位約為 0.5V，表面析锂的可能性較小，因此安全性要優于石墨負極； 2.矽材料的理論容量可達4200 mAh/g，遠高于于碳材料的372 mAh/g，儲锂性能更優。因此在石墨材料中摻矽可有效提升電池的倍率性能。

高倍率負極空間測算：25年全球需求21萬噸，三年CAGR接近2倍

我們對高倍率負極的空間進行預測，核心假設有：1. 搭載800V架構的B/C級車單車帶電量較大，我們以Model Y為例，單車帶電量為60-78.4 KWh，我們取均值 69.2 KWh，并逐年增加；2. 根據GGII，2021年石墨負極的單耗為1300噸/GWh；根據我們測算，25年國内高倍率負極的需求達9.8萬噸，三年CAGR達278.6%；全球高倍率負極的需求達21萬 噸，三年CAGR達296.9%。

碳納米管：加速锂離子轉移，提升電導率

碳納米管CNT具有優異的導電性，可通過極高的長徑比搭建三維導電網絡，提升活性材料的導電率，相比傳統導電 劑炭黑，導電效率提升更明顯，添加量更少，并且在石墨負極和矽碳負極中，CNT還有不同的效果。在石墨負極材料中：石墨層間隙是锂離子脫嵌的主要通道，而碳納米管的作用就像是房子中的頂梁柱，可以将石墨 片層物理分離，防止石墨層堆疊，有利于锂離子的擴散。 在矽碳負極中：碳納米管的作用不僅是提升電導率，更重要的是碳納米管高的機械強度可以提高矽碳負極的結構穩 定性，防止因體積膨脹收縮導緻的顆粒粉碎。

電解液：新型锂鹽更适配快充體系

快充條件下，對電解液的離子電導率以及熱穩定性有了更高的要求。 LiFSI的氟離子具有很強的吸電子性，锂離子活性較強，相較傳統锂鹽六氟磷酸锂，擁有更高的分解溫度（高于200 度），更強的電導率，化學穩定性和熱穩定性，因此更适配快充下锂離子的快速移動以及熱效應問題。

電機：扁線 油冷，以提高電機功率密度和效率

傳統400V架構下，永磁電機在大電流以及高轉速的情況下易發熱退磁，整體電機功率難以提升，這為800V架構提供了切入 契機，可實現相同電流強度的條件下提升電機功率。800V架構下，電機面臨兩大要求：軸承防腐蝕和增強絕緣性能。

技術路線趨勢：1）電機繞組工藝路線：扁線化。扁線電機指的是采用扁平銅包線繞組定子的電機（特指永磁同步電機）， 和圓線電機相比，扁線電機具有小尺寸、高槽滿率、高功率密度、良好的NVH性能以及更好的熱傳導和散熱性能等優勢，可 更好順應在高電壓平台下對輕量化、高功率密度等性能追求，同時可緩解當軸電壓較高時擊穿油膜形成軸電流導緻的軸承腐 蝕問題。2）電機冷卻技術趨勢：油冷。油冷解決水冷技術的劣勢，降低電機體積，提高功率。油冷的優勢在于油品具有不 導電、不導磁，具有更好的絕緣性能，可以直接接觸電機内部組件。相同工況下，油冷電機的内部各溫度比水冷電機的内部 溫度要低約15%，便于電機散熱。

電控： SiC替代方案，展露性能優勢

提升效率，降低功耗，縮減體積。随着電池800V高電壓工作平台的推進，對電驅電控相關零部件提出了更高要求。

據弗迪動力相關數據，碳化矽器件在電機控制器産品的應用有以下優勢：1）可提升電控系統中低負載的效率，使整車續航 裡程增長5-10%；2）提升控制器功率密度，由Si控制器18kw/L提升至45kw/L，有助于小型化；3）占比85%的高效區效率 提高6%，中低負載區效率提高10%；4）碳化矽電控樣機體積縮減40%，可切實提升空間利用率，助力小型化發展趨勢。

車載電源： SiC器件應用，助力800V發展

提升産品性能方面：相較于傳統矽MOS管，碳化矽MOS管擁有導通電阻小、更高耐壓、高頻特性好、耐高溫以及極小結電 容等優良特性。與配備Si基器件的車載電源産品（OBC）相比，可提升開關頻率，減少體積，縮減重量，提升功率密度，增 加效率等。如：開關頻率提升了4-5倍；體積縮減2倍左右；重量減少2倍；功率密度從2.1提升至3.3kw/L;效率提升3% 。 SiC器件應用，可助力車載電源産品順應高功率密度、高轉換效率以及輕量化小型化等趨勢，更能适配快充需求和800V平台 發展。SiC功率器件應用在 DC/DC也可帶來器件的耐高壓、低損耗和輕量化。

創造市場增量方面：為能夠适配原有傳統的400V直流快充樁，搭載800V電壓平台的車端須額外配備DC/DC轉換器，将 400V升壓至800V，以進行動力電池的直流快充，這進一步提升了DC/DC器件的需求。與此同時，高壓平台也促使了車載充 電機的升級，為高壓OBC帶來了新增量。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站

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