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前瞻新技术之四：电池之战，结构之争

核心内容

本报告从底层技术分类角度分析了当前主流电池技术的优劣势，重点对比了不同电池结构在体积利用率、能量密度、安全性能、续航能力等方面的表现，并提供了相关投资建议和风险提示。

主要观点

• 电池结构创新是提升续航的关键：近年来新能源汽车续航提升主要依赖于电池系统的结构创新，而非单纯依赖材料创新。
• 体积利用率是衡量电池性能的重要指标：结构创新对体积利用率提升效果显著，而材料创新则投入大、周期长。
• 不同电池类型各有优势：
  • 刀片电池：体积利用率最高（62%），安全性强，适用于中低端车型。
  • 魔方电池：体积利用率59%，具备模块化和快换优势，适配多种车型。
  • 麒麟电池：体积利用率72%（未量产），系统能量密度255wh/kg，续航>1000km，采用大面冷却技术，性能全面。
  • 4680电池：体积利用率38%（预估），能量密度提升显著，但实际应用中存在结构限制。
• 电芯设计影响体积利用率：刀片电池与方铝电池的电芯内部空间利用率相近，而圆柱电池（如4680）利用率更高。

关键信息

电池类型与性能对比

电芯与电池包设计对比

• 刀片电池：

  • 采用叠片工艺，体积利用率可达62%。
  • 具备超级安全、超级寿命、超级续航等特性。
  • 采用类蜂窝铝板设计，提升车身强度。

• 魔方电池：

  • 体积利用率59%，采用躺式电芯设计。
  • 具有模块化、可互换、电量梯度可调等优势。
  • 采用统一快换接口，便于换电和梯次利用。

• 麒麟电池：

  • 未量产，宣传体积利用率72%，系统能量密度255wh/kg。
  • 采用大面冷却技术，提升快充、低温、安全、寿命等性能。
  • 与4680电池相比，在能量密度、快充、导热、集成效率等方面领先。

• 4680电池：

  • 未量产，预估体积利用率38%，采用全极耳设计。
  • 能量密度较21700提升5倍，续航提升16%。
  • 功率提升6倍，但结构设计导致体积利用率较低。

体积利用率计算方法

• 体积利用率 = 电芯体积 / 电池包体积
• 计算边界条件：从电池包外壁开始，不包含凸包或电气件空间。
• 不同方向的利用率提升差异显著，其中Z向利用率提升对整体影响最大。

实测电池包体积利用率

投资建议

电池相关企业

• 宁德时代、亿纬锂能：电池系统设计与制造。
• 容百科技、长远锂科、德方纳米：高镍正极材料。
• 贝特瑞、信德新材、杉杉科技：负极材料。
• 星源材质、恩捷股份：隔膜材料。
• 新宙邦、天赐材料：电解液材料。
• 科达利、震裕科技、东山精密、东方电热、和胜科技、华达科技：结构件。
• 德新科技：裁切模具。
• 天奈科技：碳纳米管。
• 斯迪克：胶粘剂。
• 银邦股份、华峰铝业、科创新源、飞荣达：热管理及结构件。

风险提示

• 新能车销量不及预期；
• 新车上市进程不及预期；
• 原材料上涨过快削弱企业盈利；
• 行业扩产过快加剧行业竞争；
• 地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链；
• 安全事故影响企业产销；
• 新技术落地不及预期。

结构创新与材料创新对比

• 结构创新：见效快、成本低、投入小，是当前提升电池性能的主要方式。
• 材料创新：投入大、时间长、难度高，但对能量密度和寿命有显著影响。

电池技术发展趋势

• 刀片电池：体积利用率接近天花板，适用于中低端车型。
• 麒麟电池：未量产，但具备高性能和高集成度，有望引领未来电池设计。
• 4680电池：能量密度高，但体积利用率较低，需进一步优化结构设计。
• LFP体系：体积利用率为第一指标，适合中低端车型。
• NCM体系：适用于中高端车型，对续航、快充、能量密度要求更高。

结论

电池技术的创新方向主要集中在结构优化与材料升级。刀片电池和麒麟电池在不同维度上各有优势，结构创新在提升体积利用率方面效果显著，而材料创新则在提升能量密度和寿命方面有更大潜力。未来，随着技术进步和市场成熟，电池技术将向更高集成度、更优安全性和更低成本方向发展。