负极包覆材料具备较大层间距,有效提升快充性能
包覆材料通常为无定形碳,可改善锂离子扩散性能。 除二次造粒外,包覆工序也可提升石墨材料快充性能。据翔丰华招股书,包覆碳化是指以石墨类碳材料作为“核芯”,在其表面包覆一 层均匀的无定形碳材料,形成类似“核-壳”结构的颗粒;通常用的无定形碳材料的前躯体有酚醛树脂、沥青、柠檬酸等低温热解碳材 料,由于无定形碳材料的层间距比石墨大,因此可改善锂离子在其中的扩散性能,从而提高石墨材料的大电流充放电性能。 此外,为了避免沥青等材料在碳化过程中可能出现的各向异性并进而影响倍率性能的问题,现有专利提出通过改性剂(酚醛树脂、壳聚 糖、聚酰亚胺、聚酰胺或PET等)对基底材料(沥青)进行改性(高温搅拌混合等),而后对石墨进行包覆,此后在热处理过程中便可 构筑具有各向同性的碳包覆层结构,从而进一步提升材料的快充性能。
电池倍率性能需求提升,有望驱动碳纳米管导电剂应用升级
导电剂加速离子&电子移动速率,碳纳米管较常规导电剂性能更优。除锂电池主材外,导电剂作为锂电池的材料构成中的关键辅材,同样影响着锂电池的倍率性能。据GGII,导电剂在活性物质之间、活性 物质与集流体之间起到收集微电流的作用,以减小电极的接触电阻并加速电子的移动速率,同时也能有效提高锂离子在电极材料中的迁 移速率,从而提高电极的充放电效率。 据GGII,目前市场上应用的锂电池导电剂包括以炭黑、导电石墨为代表的常规导电剂和以碳纳米管、石墨烯为代表的新型导电剂。据天 奈科技招股书,相较于常规导电剂的代表炭黑,碳纳米管具有更好的导电性能,并能够使锂电池保持良好的电子和离子传导;此外,碳 纳米管凭借其较高长径比的特性,相较于炭黑能够进一步提高锂电池的倍率性能。据GGII预计,在高倍率电池需求增加等因素的推动下, 新型导电剂将在未来几年逐步替代传统导电剂,其中碳纳米管有望成为市场主流。此外,碳纳米管一般分为单壁和多壁碳纳米管,单壁 碳纳米管因为长径比更大,从而拥有更优的理化性能和导电性能,有望成为碳纳米管未来的重点发展方向。
03 高压架构推动零件升级,碳化硅应用有望逐步扩大
电驱系统核心为电控,功率器件是电控关键部件
轻量化集成化趋势明显,电机和电控等通常集成为电驱系统。 除电池系统外,电机和电控部分也是整车高压架构下成本提升较多的部分之一。目前,随着新能源汽车在轻量化、空间布局优化等方面 要求逐步提升,电驱系统集成产品逐步成为行业发展趋势。据威迈斯招股书,新能源汽车电驱系统主要包括电机控制器、驱动电机和减 速器,其工作原理为:电机控制器基于整车控制指令和实时响应的软件算法,高频精确地控制电力电子元器件的开关动作,实现对驱动 电机的控制,最终通过减速器中精密机械零部件实现对外传输动力。
电控为电驱系统核心部件,功率器件则是电控的关键部分。 据威迈斯招股书,电机控制器主要功能是将来自动力电池的直流电转换成三相交流电,根据整车控制指令来控制驱动电机的运转,或者 将电机制动时的动能转换为直流电,为动力电池充电。电机控制器包含大量的控制理论、滤波算法、空间矢量控制、PID 控制器、传感 器理论、电磁兼容等技术,是电驱系统中的核心部件。据联合电子公众号,逆变器是电控中实现能量交直流转化的关键部件,而功率器 件又是逆变器实现高传输效率、高功率密度的关键,因此功率器件是整个电驱系统较为核心的部件。
车载电源用于电压转换和变换,功率器件亦为重要部分
车载电源产品包括OBC和DC-DC变换器等,功率器件为重要原材料之一。 除电动汽车的电驱系统外,承担交直流电转换、高低电压转换等功能的功率器件也是车载电源的组成部分。车载电源包括OBC、DC-DC 变换器等,是电动汽车架构的重要组成部分。据威迈斯招股书,车载充电机(On-board charger,OBC)是指固定安装在新能源汽车上的 充电机,主要应用于交流电充电方式的场景中。在充电过程中,车载充电机依据电池管理系统(BMS)的控制信号,将单相交流电 (220V)或三相交流电(380V)转换为动力电池可以使用的高压直流电,从而实现对新能源汽车动力电池的充电。 DC/DC变换器则用于高低电压的变换。据威迈斯招股书,车载DC/DC变换器的输入端为动力电池,输出端口连接整车低压用电设备和低 压蓄电池。新能源汽车中的车灯、仪表、电动车窗、电动座椅等常见低压用电设备在运行时无法直接从高压动力电池取电,需要从低压 蓄电池取电或借助DC/DC变换器进行高低压变换后才能从高压动力电池取电,同时低压蓄电池中储存的能量同样是通过DC/DC变换器从 高压动力电池取电获得。
04 快充技术普及,推动充电设施技术升级
快充通常指直流桩充电,目前提升空间较大
从公共充电桩的结构来看,直流桩仍有较大提升空间。 交流充电系统一般被称为“慢充”,而直流充电系统一般被称为“快充”。据中国充电联盟数据,从2022年到2023年9月,直流公共充 电桩的占比整体保持稳定,且总体低于交流公共充电桩的占比;截至2023年9月,公共直流桩保有量占公共充电桩保有量的比例为43.1%。 考虑到充电难、充电慢依然是当前使用新能源汽车过程中需要解决的痛点之一,在之后的充电基础设施的建设过程中,直流公共充电桩 的占比有望持续提升。