深度报告-20211016-德邦证券-电气设备_新能源车前瞻技术研究之一_新能源车自燃问题分析_26页_2mb

电气设备行业分析：新能源车热失控防护技术及投资建议

核心内容

本报告分析了新能源汽车电池热失控防护技术的发展现状与未来趋势，总结了当前主流的三类防护方案：第一代系统级防护、第二代喷淋系统、第三代材料级防护，并对每种方案的优劣势、技术特点、成本及量产时间进行了详细解读。此外，报告还涉及相关企业的技术路线及投资建议。

主要观点

• 自燃事件频发：新能源汽车自燃问题频发，引发监管与消费者关注，成为行业发展的关键挑战。
• “永不自燃”成为共识：电池企业纷纷推出“永不自燃”技术方案，以应对安全问题。
• 针刺试验成为评估标准：针刺试验成为衡量电池安全性的关键测试手段，目前多数电池包可通过该试验。
• 热失控防护方案分代演进：热失控防护技术分为三代，从系统级到材料级逐步深入，解决电池安全问题的路径愈加清晰。
• 材料热稳定性是关键：第三代防护方案以材料热稳定性为核心，通过混用磷酸锰铁锂（LFMP）和高镍材料，显著提升电池热稳定性。
• 技术路线与成本差异显著：不同封装方式（圆柱、方形、软包）对热失控防护效果和成本影响较大，其中软包电池防护难度最大，成本最高。
• 投资建议聚焦产业链：报告建议关注热管理产业链（如三花智控、高澜股份）、磷酸锰铁锂（如德方纳米）、复合集流体设备厂商（如东威科技）及高镍材料龙头（如容百科技）。

关键信息

热失控防护方案

第一代：系统级防护

• 核心手段：加强隔热与加快散热。
• 适用封装：圆柱、方形。
• 成本：圆柱（<500元）、方形（500~1500元）、软包（500~2000元）。
• 代表技术：
  • 广汽“弹匣电池”：采用隔热材料、三维速冷系统、电池管理系统（BMS）。
  • 比亚迪刀片电池：采用铁锂电池，实现“永不自燃”。
• 技术特点：
  • 防护效果显著，但成本较高。
  • 需要增加隔热材料、冷却系统、传感器等。

第二代：喷淋系统

• 核心手段：灌注冷却液灭火。
• 适用封装：硬壳电芯。
• 量产时间：预计2023年。
• 技术特点：
  • 能有效阻止热失控蔓延。
  • 依赖防爆阀位置与冷却液灌注效率。
  • 适用于硬壳电芯，软包电芯因无壳体难以实现。

第三代：材料级防护

• 核心手段：超高热稳定性材料（如LFMP）。
• 技术突破：LFMP与三元材料混用，可显著提升热稳定性。
• 量产时间：2022年小批量，2023年有望推广。
• 代表技术：
  • LFMP与高镍材料混合：正极材料热稳定性显著提升。
  • 复合集流体：降低短路风险，提升电池能量密度。
  • 固态电解质：具有超高热稳定性，但短时间量产难度大。

热失控防护技术对比

材料热稳定性对比

电池封装方式对比

投资建议

• 热管理产业链：三花智控、高澜股份。
• 磷酸锰铁锂材料：德方纳米。
• 复合集流体设备：东威科技。
• 高镍材料：容百科技。

风险提示

• 技术进步不及预期。
• 新技术应用不及预期。
• 产品开发验证与实际使用存在差异。
• 原材料及能源供应不及预期。
• 新能源汽车销量不及预期。

企业技术方案

• 比亚迪：全面切换至铁锂电池，通过针刺试验。
• 广汽：采用“弹匣电池”，加强隔热与散热。
• 宁德时代：开发复合集流体技术，提升电池安全性。
• OPPO：发布复合集流体技术，提升电池安全性能。
• 固态电池：技术成熟度低，短期内量产困难。

图表与数据

• 图1：某品牌新能源汽车着火。
• 图2：电池组成及车企防护路线选择。
• 图3：刀片电池宣传资料。
• 图4：磷酸铁锂材料热重-质谱曲线。
• 图5：镍含量与容量、热稳定性关系图。
• 图6：电芯热失控时间-温度曲线示意图。
• 图7：方形电池底部冷却。
• 图8：圆柱电池侧面冷却。
• 图9：软包电池底部冷却。
• 图10：弹匣电池核心技术宣传。
• 图11：第一代热失控防护方案详解。
• 图12：第二代热失控防护系统示意图。
• 图13：LFMP与LFP结构示意图。
• 图14：LFMP与LFP电压-容量曲线图。
• 图15：20% LFP + 80% NCM形貌图。
• 图16：高镍掺不同比例LFMP的热稳定性测试。
• 图17：使用LFMP与三元材料混用电芯可通过针刺试验。
• 图18：NMC811电池针刺试验数据。
• 图19：NMC811混用LFMP电池针刺试验数据。
• 图20：LFMP相关厂商。
• 图21：传统集流体和复合集流体示意图。
• 图22：OPPO复合集流体技术。
• 图23：电池重物冲击试验示意图。
• 图24：电池重物冲击试验。
• 图25：电池针刺试验示意图。
• 图26：电池针刺试验。
• 图27：宁德时代复合集流体示意图。
• 图28：固态电池结构图。
• 图29：固态电池中固态电解液和金属锂的接触界面示意图。

表格与数据

• 表1：部分召回事件及损失。
• 表2：热失控实验条件及防护等级划分。
• 表3：各企业“永不自燃”方案发布。
• 表4：铁锂与高镍性能参数对比。
• 表5：热失控防护设计。
• 表6：不同车型和封装技术的电芯间热扩散的核心影响因素。
• 表7：第一代热失控防护方案“弹匣电池”核心技术及其解读。
• 表8：第一代热失控防护方案新增零部件。
• 表9：第二代热失控防护---喷淋系统核心技术及其解读。
• 表10：NMC811电池针刺试验结果。
• 表11：锂离子电池与固态电池对比。
• 表12：三代热失控防护技术方案可行性与成本与量产时间总结。

技术路线与企业布局

• LFMP材料：宁德时代、国轩高科、天能股份。
• 复合集流体：宁德时代、OPPO、东威科技。
• 固态电池：北京卫蓝、江苏清陶、浙江锋锂、台湾辉能、中科院青岛、星辰科技、蔚来。

结论

随着新能源汽车的快速发展，热失控防护技术成为行业发展的关键。第一代防护方案已实现量产，第二代方案在2023年有望推出，第三代方案依赖材料技术突破，LFMP与三元材料混用是最具前景的解决方案。建议投资者关注热管理产业链、磷酸锰铁锂材料、复合集流体设备及高镍材料等关键环节。