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中泰证券:从半固态电池到激光雷达如何看ET7的新技术?


  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【工作在红外和可见光波段的,以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。】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【核心竞争力是指能够为企业带来比较竞争优势的资源,以及资源的配置与整合方式。】。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【品牌差异化品牌差异化也可以被看成是产品主体差异化的一个部分,但是由于近年来企业普遍对品牌策略给予了更高程度的重视,所以我们把它作为一种独立的差异化手段。】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【锂(Li)是一种银白色的金属元素,质软,是密度最小的金属。】、碳纳米管【碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。】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【汽车行业,一般是指其汽车产品或具有相同工艺过程或提供同类劳动服务划分的经济活动类别。】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【宁德市隶属于福建省,别称闽东,中国大黄鱼之乡,国家园林城市。】时代、恩捷股份、三花智控、克来机电、当升科技【北京当升材料科技股份有限公司,成立于2001年,起源于北京矿冶研究总院的一个课题组,是从事新能源材料研发和生产的高新技术企业,主要从事钴酸锂、多元材料及锰酸锂等小型锂电、动力锂电正极材料的研发、生产和销售,是国内领先的锂离子电池正极材料专业供应商。】、天赐材料、新宙邦【深圳新宙邦科技股份有限公司是一家专业从事新型电子化学品的研发、生产、销售和服务的高新技术企业,目前公司的生产规模、产品质量和技术开发能力居国内同行领先水平。】、璞泰来、拓普集团、先导智能、赢合科技、亿纬锂能【惠州亿纬锂能股份有限公司自2001年成立以来,是中国最大、世界第五的高能锂一次电池供应商,是具有自助知识产权和国际先进技术水平的新型锂电能源领先企业。】、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【中鼎控股(集团)公司创建于1980年,总部位于山清水秀的皖东南生态之城宁国市。】(空气悬挂)、保隆科技(空气弹簧)等,关注伯特利【伯特利(Bethel),在古亚述、波斯、希腊时期,伯特利在希伯来语、腓利基语、亚兰语中是神殿或神的家(Beth的意思是指“屋”;El的意思是指“神”)的意思。】(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【新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。】补贴政策不及预期,新能源汽车【新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。】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【碧邦(北京)广告有限公司(简称:碧邦或BBA)成立于2008年,是一家中国领先的互联网整合营销公司,也是APEC亚太经合组织官方广告代理机构。】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【电解质是溶于水溶液中或在熔融状态下就能够导电的化合物。】分类,锂电池【“锂电池”,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。】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【又称聚氧化乙烯、缩乙二醇醚。】(PEO【聚氧化乙烯(PEO)又称聚环氧乙烷,是一种结晶性、热塑性的水溶性聚合物。】)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【该国际是全世界各国有关政党、团体及个人的社团。】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【把pH玻璃电极和参比电极组合在一起的电极就是pH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【LiCoO2最先由Goodenough小组提出,它具有典型的层状结构,是最早被商业化的锂离子电池正极材料。】、LiFePO4【LiFePO4是一种锂离子电池正极材料。】、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【NCM,成立于1879年,是一家集外汇、期货和证券牌照于一身的大型国际金融品牌,总部位于美国芝加哥繁华地段,到目前,业务遍及全球100多个国家与地区,客户数以万计,在纽约、伦敦、悉尼、新加坡、香港等全球主要的金融城市开设有分公司,同时成为当地交易所的成员或直接持有交易所股权。】)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【固体电解质是应用在冶金中的具有离子导电性的固态物质,它与快离子导体有所不同的是,固体电解质涵盖离子电导率较低的普通固态离子导体。】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【中国新能源网是一个涵盖能源领域各方面信息的综合网站。】,与锂离子电池【锂离子电池:是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。】(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【纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。】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【丰田汽车公司(Toyota Motor Corporation),简称丰田(TOYOTA),是一家总部在日本爱知县丰田市和东京都文京区的日本汽车制造公司,属于三井财阀。】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【原位聚合法是从纳米复合材料中发展而来的,所谓纳米复合材料,即,纳米粒子与有机高分子材料共同构建而成的复合材料。】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

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