从半固态电池到激光雷达,如何看ET7的新技术?

来源: 中泰证券
中泰证券认为,全固态电池距离商业化尚早,技术、工艺和成本等难题尚未解决。而半固态电池基本沿袭现有材料体系,且对锂、硅碳负极和碳纳米管的需求会增加。

摘要

事件:2021年1月9日,蔚来在成都举办2020 NIO Day,在会上正式发布了蔚来智能电动旗舰轿车ET7,新车使用了激光雷达等新一代自动驾驶技术以及150kWh半固态电池包等技术。

点评:

智能座舱:交互体验成为核心竞争力。在ET7上,蔚来推出第二代数字座舱。目前各电动车型三电技术差异较小,自动驾驶的落地处于初步阶段,智能座舱成为品牌差异化竞争的突破点。智能座舱所应用到的数字化、互联化、智能化等相关技术多数源自消费电子领域,技术成熟度较高,技术迁移较快,成果易感知,有助于迅速提升产品科技感与交互体验,进而提升品牌竞争力。

固态电池:全固态商业化尚早,半固态技术对现有材料体系影响不大,利好锂、碳纳米管等环节。ET7搭载150度半固态电池包,引起市场对固态电池冲击现有锂电技术体系的担忧。我们认为,全固态电池目前商业化尚早,技术、工艺和成本等难题尚未解决。半固态电池基本沿袭现有四大材料技术体系,隔膜不变,电解液变成固液结合,正极进一步超高镍化,负极用硅碳负极,且需要预锂化,锂用量增35%,碳纳米管用量也会增加。

智能驾驶:激光雷达商业化加速,1550nm装配率有望提升。ET7首次装配激光雷达。我们认为,智能驾驶多传感器融合趋势在加速,激光雷达正在成为智能驾驶主流技术方案。目前激光雷达主要使用905nm波段,部分制造商采用其他方式弥补功率不足带来的缺陷;但是我们认为905nm波段由于人眼安全阀值低,功率提高有限,导致激光雷达测距距离以及精度上无法与1550nm媲美。但是由于需要用Ge或者InGaAs探测器,成本会更高。蔚来ET7搭载的是Innovusion 1550nm固态激光雷达。

投资建议:未来几年,ET7等优质供给不断加速推向市场,全球电动化加速。汽车行业面临着百年变局,国内供应链有望在这一轮电动和智能化浪潮中全面崛起,重点配置具备全球竞争力的核心资产。另外,市场担忧的全固态电池距离商业化尚早,而半固态电池基本沿袭现有材料体系,且对锂、硅碳负极和碳纳米管的需求会增加。我们持续推荐:

(1)全球龙头:宁德时代、恩捷股份、三花智控、克来机电、当升科技、天赐材料、新宙邦、璞泰来、拓普集团、先导智能、赢合科技、亿纬锂能、孚能科技等,关注国轩高科;

(2)国产短板领域:国产替代加速的中鼎股份(空气悬挂)、保隆科技(空气弹簧)等,关注伯特利(智能刹车);

(3)21年大概率出现短缺的环节:6F、电解液(新宙邦、天赐材料)、锂、铜箔,看好阻燃剂(万盛股份)等;

(4)关注新技术:半固态电池商业化:预锂化导致锂用量增35%、碳纳米管用量增加,关注锂资源品、碳纳米管相关标的;激光雷达从0-1:关注禾赛科技等。

风险提示:新能源汽车补贴政策不及预期,新能源汽车销量不及预期,技术迭代风险。

一、ET7市场空间:预计年产销10万辆+

蔚来智能电动旗舰轿车ET7目前有三种电池可选择:70kWh电池(续航500km+)补贴前整车起售价44.8万元,100kWh电池(续航700km+)补贴前整车起售价50.6万元。100kWh首发版补贴前起售价52.6万元。公司预计于2022年一季度交付。此外,本次发布会还推出了150kWh电池(续航1000km+),预计于2022年四季度交付。

主要竞争对手为BBA的轿车。从ET7的车型设计、车辆配置、内饰材料等多方面可以看出,蔚来注重豪华感和运动性。从定价看,即使选择BaaS方案(最低37.8万元),也与目前市场上的电动轿车无重叠,不会产生直接的竞争关系。我们认为ET7将会是蔚来对传统豪华品牌发动的又一次强力进攻,主要目标是从BBA的轿车市场上分走更多的消费群体。

预计市场空间10万辆以上。参考ET7在国内同价位区间的轿车年销量规模,并考虑到交付时间以及合肥工厂的投产速度,我们乐观预计蔚来ET7的市场空间约10万辆以上。

二、固态电池:全固商业化尚早,半固不影响现有材料格局

2.1 固态电池:技术和工艺尚未成熟,全固态商业化尚早

固态电池:依据电解质分类,锂电池可分为液态、固态,其中固态电池可分为半固态、准固态和全固态。与液态电池相比,固态电池1)续航高:能量密度可以达到传统锂电池两倍左右;2)重量轻;3)安全性更高:固态电解质不可燃、不挥发、不腐蚀、不漏液,高温下不会起火;4)寿命长:固态电池在理想状态下,充电循环次数可达45000次左右。

固态电池:高能量密度和安全性优势明显。根据“中国制造2025”规划,至2020年锂电池能量密度要达到300Wh/kg,2025年为400Wh/kg,2030年为500Wh/kg。理论上,液态电池最高能量密度为350Wh/kg依难以达到要求。但半固态电池能量密度可达350Wh/kg以上,且随着液态电解质含量逐步下降,全固态电池的能量密度可达500Wh/kg以上,满足升级需求;另外,由于使用了固态电解质,固态电池热失控概率大幅下降,安全性优势明显。

固态电池的材料体系与现有液体电池不同。

(1)电解质:全固态锂电池核心,氧化物/硫化物/聚合物三种技术路线。

固态电解质是固态电池的核心部件,主要分为聚合物、氧化物、硫化物。1)聚合物:率先小规模量产,技术最成熟,性能上限低。材料体系主要是聚环氧乙烷(PEO)体系。容易加工,可以制备大容量电芯、机械性较软,主要缺点:离子电导率最低;容易短路;能量密度有限。2)氧化物:电导率、稳定性优异,加工性能较差。低温下可实现导锂,耐受高电压,主要缺点:机械性能坚硬,较容易脆裂;很难制备大容量电芯。3)硫化物:开发潜力最大,生产环境要求最高。离子电导率最高、接触性好,是全固态电池未来最可能的技术路线。但产品价格高,且与空气/水接触后会产生H2S,有毒且有臭味。

(2)负极:金属锂负极材料为全固态锂电池最主要的负极材料之一

目前固态电池负极材料主要为金属锂、碳族和氧化物三类。1)金属锂:具备容量高、电位低的优点,且有望提升40-50%的能量密度,因此成为全固态锂电池最主要的负极材料之一。2)碳族:充放电效率在90%以上,但理论容量较低(仅为372mAh/g),目前实际应用基本己达理论极限,无法满足高能量密度的需求。3)氧化物:具有较高的理论比容量,但由于在从氧化物中置换金属单质中,大量的Li被消耗,容量损失巨大,且循环过程中体积变化较大,会造成电池的失效。

(3)正极:一般采用复合电极,5V尖晶石优势突出。

全固态电池正极一般采用复合电极,如LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4等。此外,新型高能量正极也成为固态电池正极材料,主要为高容量的三元正极材料和5V高电压材料,其中三元材料的典型代表是LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)和LiNi1-x-yCoxA1yO2(NCA),均具有层状结构,且理论比容量高;5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4具有更高的放电平台电压(4.7V)和倍率性能,因此成为全固态电池正极有力的候选材料。

全固态电池商业化尚早。全固态电池在技术、工艺和成本上均存在一系列难题,技术指标在实验室条件下仍处于不稳定状态,距离商业化尚早。

(1)技术上看,全固态电池目前在循环寿命、快充性能、界面阻抗上尚不达标。循环寿命上看,目前很多实验室产品循环次数只有300-500次,QUANTUM SCAPE产品的循环次数也只有800次;由于固体电解质的离子导电率较低,全固态电池目前无法实现快充;由于电解质是固态的,且正负极充放电过程中体积变化率高达10%+,界面阻抗问题难以解决。

(2)加工工艺难度大。硫化物固态电解质对生产环境要求苛刻,需隔绝水和氧气,加工工艺和大规模量产技术尚未解决。

(3)生产成本高:固态电池生产成本多为生产过程成本。根据国际新能源网,与锂离子电池(过程成本仅为20-30%)相比,固态电池生产过程成本占比超50%;银碳层大规模生产所需的贵金属纳米银成本较高。

(4)全球进展:总体还处于试制阶段。国际上看,日本车企技术规划及应用进度较快,其中丰田已经对外展示了处于试制阶段的固态电池样品。中国企业大多仍处于规划布局阶段。国内上看,部分中国车企发布了明确应用固态电池的规划,但占比较小。与传统车企相比,以蔚来为代表的中国新兴造车势力,在固态电池的布局上则上更为积极。

2.2 半固态电池:沿袭现有材料体系,锂和碳纳米管用量增加

ET7将要搭载的150度电池包为半固态电池。我们认为,由于半固态电池仍有液态电解液,无固固界面阻抗问题,因而快充、膨胀等技术问题都可以解决。只要固态电解质的量产工艺和成本问题解决,半固态商业化或加速。

半固态电池配方:基本沿袭现有材料体系,锂和碳纳米管等用量会增加。

(1)正极:超高镍,基本沿袭现有正极材料体系;

(2)负极:硅碳负极。需要预锂化补锂,根据amprius数据,预锂化需要补锂约35%;另外,因硅导电性不足,还需添加碳纳米管。

(3)电解液:固液电解质+原位聚合技术,主要用来提高安全性、抑制硅碳负极膨胀。电解质还是液态那些成分(溶剂+6F+添加剂),原位聚合是种工艺技术,通过原位聚合形成的凝胶聚合物将液体固定在想要的位置,电解液和聚合物单体先进入正负电极表面及里面颗粒上进行聚合,膨胀的时候有凝胶强度,这样可以抑制硅负极和高镍正极膨胀。

(4)隔膜:仍然需要,但涂覆技术可能会有变化。

三、智能化:智能交互提升,激光雷达商业化正在加速

3.1 智能座舱:交互体验成为核心竞争力

全面升级智能座舱,大幅提升品牌价值。在ET7上,蔚来推出第二代数字座舱,中控屏尺寸扩大,增加HUD显示系统,搭载高通骁龙第三代数字座舱平台,拥有5G/V2X/蓝牙5.2/Wi-Fi 6.0/UWB等,车载移动互联与通讯能力全面增强。车辆还标配了23个高音质扬声器,体验感大幅提升。目前各电动车型三电技术差异较小,自动驾驶的落地处于初步阶段,智能座舱成为品牌差异化竞争的突破点。智能座舱所应用到的数字化、互联化、智能化等相关技术多数源自消费电子领域,技术成熟度较高,技术迁移较快,成果易感知,有助于迅速提升产品科技感与交互体验,进而提升品牌竞争力。

3.2智能驾驶:激光雷达商业化加速,1550nm装配率有望提升

ET7是首次搭载激光雷达的量产电动车。蔚来推出的Aquila超感系统拥有33个高精度传感器,包括1个超远距高精度激光雷达、11个800万像素高清摄像头、5个毫米波雷达、12个超声波传感器等。其中与Innovusion合作定制激光雷达为一大亮点,通过视觉+毫米波雷达+超声波传感器+车规级激光雷达的感知高度融合,大幅提升了目标检测性能、测量分辨性能以及光线不足等条件下的性能,获得了更加完善的感知能力。

多传感融合是趋势加速。纯视觉方案与纯激光雷达方案各有一部分自己擅长的领域,融合在一起再加上毫米雷达等传感支持,能解决更多的感知问题,增加系统的可靠性。我们预计多传感融合方案将在高端豪华车型(价格/成本敏感性较低)上的使用率将增加,随着系统成本降低后,经济性车型也将逐步配套。

激光雷达1550nm波段普及加速。在多传感器融合方案中,激光雷达主要作用远距离测距,并且要求受恶劣天气影响较小,高功率是关键因素。目前激光雷达主要使用905nm波段,部分制造商采用其他方式弥补功率不足带来的缺陷;1550nm人眼安全阀值高,可以完美的解决功率不足问题;但是由于需要用Ge或者InGaAs探测器,成本会更高。我们认为905nm波段由于人眼安全阀值低,功率提高有限,导致激光雷达测距距离以及精度上无法与1550nm媲美。蔚来ET7搭载的是Innovusion 1550nm固态激光雷达。

从供给端看,国外激光雷达企业主要有Velodyne、Limunar、Innoviz、Aeva等;国内主要有禾赛科技、速腾聚创、华为、镭神智能等。

展望未来:激光雷达将逐步普及,高速领域有望首先无人驾驶。

(1)激光雷达将逐步普及,15万元市场是关键。目前激光雷达处于高端车导入初期。而我国汽车市场是纺锤形结构,普及15万元汽车市场是激光雷达规模化效应的关键。以15万元汽车为例,据百度公开数据,纯制造车成本在7万元左右; 华为预计激光雷达成本可做到100-200美元。我们假设激光雷达做到150美元,届时仅占15万元整车成本1.5%。因此,我们认为激光雷达有望在中低端汽车市场普及。

(2)高速领域有望首先实现无人驾驶。我们认为高速领域无人驾驶最具可行性与经济性。1)从技术上看,城市道路复杂,仅语义分割就有上百种对象需要识别,难度远高于高速公路。2)从政策上看,由于绝对安全性,政策更容易在高速场景放开,可能是部分路段试用,然后普及至全部高速场景。3)高速场景市场空间更大。由于无人驾驶可以缓解高速驾驶疲劳,提高安全性(例如商用货车);我们认为消费者愿意付出更高溢价;根据Limunar招股说明书,高速领域激光雷达市场在1800亿美元。

四、蔚来供应链梳理:国产零部件深度受益

我们预计2021、22年蔚来交付量约7.1、12.1万辆,同比增长62%、70%。公司计划每年推出一款新的电动车,在新的产品周期以及对现有车型的不断更新迭代推动下,我们预计2025年公司交付量将达到24万辆以上。

以蔚来为代表的造车新势力,深耕国内市场,加强了本土供应商之间的合作。同时特斯拉、大众MEB、宝马iX3、奔驰EQC、奥迪e-Tron等电动车均选择国产化,为国内供应链带来了新的合作契机。中国厂商凭借成本优势以及产能优势,已经成功成为全球最主要供应基地,在部分环节如电池、隔膜等催生出世界级的制造商,同时,零配件如热管理系统等,也走出全球核心供应链公司。

五、投资建议

投资建议:未来几年,ET7等优质供给不断加速推向市场,全球电动化正在加速。汽车行业面临着百年变局,国内供应链有望在这一轮电动和智能化浪潮中全面崛起,重点配置具备全球竞争力的核心资产。另外,市场担忧的全固态电池距离商业化尚早,而半固态电池基本沿袭现有材料体系,且对锂、硅碳负极和碳纳米管的需求会增加。我们持续推荐:

(1)竞争力强的全球龙头:宁德时代、恩捷股份、三花智控、克来机电、当升科技、天赐材料、新宙邦、璞泰来、拓普集团、先导智能、赢合科技、亿纬锂能、孚能科技等,关注国轩高科;

(2)国产短板领域:国产替代加速的中鼎股份(空气悬挂)、保隆科技(空气弹簧)等,关注伯特利(智能刹车);

(3)21年大概率出现短缺的环节:6F、电解液(新宙邦、天赐材料)、锂、铜箔,看好阻燃剂(万盛股份)等;

(4)新技术:半固态电池商业化:预锂化导致锂用量增35%、碳纳米管用量增加,关注锂资源品、碳纳米管相关标的;激光雷达从0-1:关注禾赛科技等。

六、风险提示

  • 新能源汽车补贴政策不及预期:新能源汽车补贴政策有提前退坡的可能性,补贴退坡的幅度存在不确定性,或者降低补贴幅度超出预期的风险。

  • 新能源汽车销量不及预期:新能源汽车销售受到宏观经济环节、行业支持政策、消费者购买意愿等的影响,存在不确定性。

  • 技术迭代风险:新能源车产业链技术迭代较快,相关公司所处行业有一定技术迭代风险。

本文作者:苏晨、陈传红,来源:中泰证券

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