《【研报】电子行业手机产业系列报告之二：探索5G手机能量的聚与散快充、无线充电与热管理-20200205[28页].pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【研报】电子行业手机产业系列报告之二：探索5G手机能量的聚与散快充、无线充电与热管理-20200205[28页].pdf（28页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、准确性与完整性，建议投资者谨慎判断，据此入市，风险自担。 电子行业电子行业 推荐（维持）手机产业系列报告之二手机产业系列报告之二 风险评级：中风险探索探索 5G5G 手机能量的聚与散：快充、无线充电与热管理手机能量的聚与散：快充、无线充电与热管理 2020 年 2 月 5 日 魏红梅 SAC 执业证书编号： S0340513040002 电话： 邮箱： 研究助理：陈伟光 SAC 执业证书编号： S0340118060023 电话： 邮箱： 手机产业指数走势手机产业指数走势 资料来源：东莞证券研究所，Wind 相关报告相关报告 TMT 行业 2

2、020 年上半年投资策略： 5G 商用元年激活产业链， 精选各细分 行业龙头布局 电子行业2020年上半年投资策略： 景气重启，扬帆起航 手机产业系列报告之一：从 5G 技 术看手机元器件升级的刚性需求 信维通信（300136）：深度报告： 国内泛射频龙头企业， 长期成长动能 充足 飞荣达（300602）深度报告：电磁 屏蔽导热领军企业，充分受益 5G 建 设周期 投资要点：投资要点： 手机电池发展遇瓶颈手机电池发展遇瓶颈，5G5G时代亟需时代亟需“能量支持能量支持”。当前手机的电池续航 已经能支持轻中度使用一天。但是，在5G时代，由于需要在单位时间内 处理更多的数据或者实现万物互联等多种原因

3、，手机的耗能将会增加， 手机的续航能力将会再次面临挑战。 手机厂商为增强手机续航能力也采 取向不同的方法。由于无法找到更具性价比的材料，仅通过调节电解液 和正极材料无法快速地提升电池的能量密度。 受制于手机内部空间以及 手机重量，考虑到安全问题，手机电池容量也无法无休止地增加。为应 对5G时代手机的能耗问题， 手机厂商需要考虑通过其他方式以延长手机 的续航能力，以增加自家品牌在市场上的竞争力。 解决手机续航方法之一：快充。解决手机续航方法之一：快充。目前市场存在多种快充方案。但是PD 方案的出现，有利于推动快充普及。在快速充电器中以变压器为最重要 元件。氮化镓的三个特点：开关频率高、禁断宽度大

4、、更低的导通电阻。 使用氮化镓可以生产出更轻便的快速充电器。 解决手机续航方法之二解决手机续航方法之二：无线充电无线充电。无线充电是通过采用碎片化充电以 提升充电的效率。目前无线充电的技术日趋完善，预期未来的渗透率有 望上升。对于无线充电需要关注五大部分：电源线片、方案设计、磁性 材料、传输线圈、模组制造。 5G5G时代时代，热管理迎来需求爆发期热管理迎来需求爆发期。高性能使用配合长续航，5G时代手机 对热管理系统的要求会再提一级。4G时代，手机热管理主要以石墨片为 主，5G时代将会以热管/均热板为主流，部分高端机型可能会使用石墨 烯作为热管理系统的材料。 投资建议投资建议：对手机产业链维持推

5、荐评级对手机产业链维持推荐评级。手机产业涉及的公司较多，这 个时候更需要去精选标的。我们认为，掌握核心技术，具备优质客户资 源，并且能向优质客户稳定出货的供应，值得更多地关注。建议关注： 信维通信（300136）、顺络电子（002138）、飞荣达（300602）、东山 精密（002384）、中石科技（300684）等相关标的。 风险提示风险提示： 疫情影响新品发布、 疫情影响产品需求、 宏观经济环境变化、 原材料价格上涨、等。 行业专题行业专题行业研究行业研究证券研究报告证券研究报告行业专题行业专题行业研究行业研究证券研究报告证券研究报告 手机产业系列报告之二 2 目录 1、手机电池发展遇瓶颈

6、，5G 时代亟需“能量支持”.4 1.1 手机续航升级并非一路顺利.4 1.2 5G 将会对手机将会对手机的续航提出新的要求.4 1.3 手机电量增加遭遇瓶颈.5 2、解决手机续航方法之一：快充.8 2.1 增强功率实现快速充电.8 2.2 PD 协议脱颖而出，加速快充推广.11 2.3 氮化镓，小型快充电源适配器的关键.13 3、解决手机续航方法之二：无线充电.15 3.1 目前存在三种无线充电方式，电磁感应成手机领域的主角. 15 3.2 万物互联拓宽应用场景，无线充电市场空间广阔.17 3.3 无线充电技术日趋成熟，渗透率有望快速提升.18 3.4 剖析无线充电产业链，挖掘无线充电产业机

7、会.19 4、5G 时代，热管理迎来需求爆发期.21 4.1 热管理需求即将迎来爆发.21 4.2 看 5G 时代热管理方案变化.22 4.3 梳理热管理产相关.25 5、 投资策略.26 6、风险提示. 27 插图目录 图 1：手机续航时间.4 图 2：锂电池工作示意图.6 图 3：历代小米和三星 Galaxy Note 系列手机电池容量对比.7 图 4：锂电池充电过程示意图.8 图 5：QC 3.0 快充.10 图 6：高通 QC 快充技术的进步路线.10 图 7:OPPO Super VOOC 2.0 超级闪充.11 图 8：30W VOOC 闪充 4.0.11 图 9：主流快充协议差别

8、.12 图 10：2000-2018 年固定电话及移动电话普及率发展情况.12 图 11：USB-PD 含有的快充协议.13 图 12：OPPO 65W SuperVOOC 氮化镓充电器.14 图 13: 硅、碳化硅、氮化镓的导通电阻.14 图 14：superVOOC 2.0 充电效率.14 图 15：某品牌氮化镓 30W 充电头和苹果官方充电头体积对比.15 图 16：电磁感应无线充电.16 图 17：磁场共振无线充电.16 图 18：磁共振无线充电.16 图 19：iPhone 无线充电.17 图 20：无线充电的部分应用场景.18 图 21：手机无线充电功率不断提升（以三星为例，单位：

9、W）. 19 图 22：无线充电产业链环节.20 图 23：无线充电产业链成本结构.20 手机产业系列报告之二 3 图 24：MTTF 随测量温度升高而下降.21 图 25：导热界面材料示意图.22 图 26：智能手机超薄热管示意图.23 图 27：智能手机超薄 VC 示意图.23 图 28：华为 SuperCool 石墨烯液冷散热.23 图 29：OPPO Reno 3PRO 的立体也冷散热功能图.25 表格目录 表 1：iphone 小屏手机的尺寸与重量.7 表 2：iphone 大屏手机的尺寸与重量.7 表 3：三种无线充电方式的对比.16 表 4：无线充电相比有线充电具备三重优势.18

10、 表 5：石墨相比铝、铜导热性能优势明显.22 表 6：部分 5G 手机散热方式.24 表 7：重点公司盈利预测（截至 2019/2/4）.27 手机产业系列报告之二 4 1 1、手机电池发展遇瓶颈，、手机电池发展遇瓶颈，5G5G 时代亟需时代亟需“能量支持能量支持” 1.11.1 手机续航升级并非一路顺利手机续航升级并非一路顺利 每一代手机升级并不一定能提升续航能力每一代手机升级并不一定能提升续航能力。智能手机的发展是伴随着信息技术的进步一 起出现的。从过去的 1G 时代到目前的 5G 时代，智能手机的进步不仅体现在网速与通话 清晰度的提升上，还体现在其他方面，例如，更大更清晰的屏幕让电影与

11、电视剧爱好者 可以无时无刻享受到影视的乐趣；更快更强的手机处理器让游戏爱好者随时随地沉浸在 游戏的愉悦中。智能手机在逐渐成为人们生产生活的工具，人们对于手机的要求与期待 也随之增高，其中一个要求就是手机的续航时间。对此，手机厂商也一直不断地努力， 但是， 并不是每一代手机的升级就能提升手机的续航时间。 根据 Washington Post Gadget Lab 的数据显示（灰色机型代表 2017 年发布，蓝色则代表 2018 年发布），2018 年多个 机型续航能力并没有超过 2017 年的。例如，2018 年苹果发布的 iphone xs 在续航时间 就少于 2017 年发布 iPhone

12、8 系列；Google 在 2018 年发布 Pixel 3 的续航时间同样 也少于 2017 年自家发布 Pixel 2 系列。目前各大手机品牌的手机续航时间都能维持 8 小时以上，足以应对手机轻中度使用。 图 1：手机续航时间 资料来源：Washington Post Gadget Lab，东莞证券研究所 1.21.2 5G5G 将会对手机将会对手机的续航提出新的要求将会对手机将会对手机的续航提出新的要求 首先，5G 手机将会采用 Massive MIMO 的技术以增强手机对信号的接收。目前，大部分 手机产业系列报告之二 5 的 5G 手机采用的是 4*4 MIMO 技术，每一根天线下方都

13、接上相应的功率放大器以强化信 号。随着技术不断进步，手机内部所含有的 5G 天线将会达到 8 根。届时，手机用于信 号接收的耗能将会再上一个台阶。 第二，4G 时代的移动网络速率是 100Mps,5G 时代的网络速率是 1Gbps，5G 的网络速率是 4G 时代的 10 倍。这意味着，手机内部的基带芯片以及应用处理器要在同一时间处理过 去 10 倍的数据。处理器的功耗随着数据量的提升也会一起增加。 第三，5G 网络基站在 2020 年将会开始大规模建设。但是，我国幅员辽阔，5G 网络短时 间内难以实现全面覆盖，在全国大多数地方，5G 网络覆盖率还是处于较低的情况。5G 手机由于首选网络是 5G

14、 网络，因此，在 5G 网络覆盖率较低的情况下，5G 手机将会频繁 启动信号搜索功能，增加了手机的耗能。 第四，2019 年，高通虽然发布了 SOC 版的 5G 芯片 765 和 765G, 但是在高端的应用处理 上，高通依然采用外挂基带芯片 X55 的方案。基带外挂分离，相关的电路与电源芯片也 要增加，手机内部功耗增加。 第五，万物互联，手机连接海量设备。手机的普及与功能的进步促使手机周边配件出现 共振。以 Airpods 为代表的 TWS 耳机由于其独特的外观以及非常方便的使用方式，销 售情况相当火热。根据 Strategy Analytics，2019 年苹果 AirPods 销量近 6

15、000 万。作 为一个类别，TWS 耳机销量在 2019 年增长 200%。2020 年有望保持强劲的销售情况。除 了 TWS 耳机， 还有具备辅助消费者监控身体情况的智慧手表与智慧手环也出现销售火热 的情况。根据 Canalys 数据显示，2019 年第三季度，全球智能手环出货量达到 4550 万 件， 同比大幅增长 65%。 其中大中华地区同比增速达到 60%， 市场份额占比全球的 40.2%。 在信息化时代，随着消费者对信息消费需求及要求的增加，将会有更多的智能设备伴随 着人们的生产与生活。万物互联，将会以手机作为中心点展开。手机作为信息数据的连 接体与汇聚体，将会产生更多的能耗。 1.

16、31.3 手机电量增加遭遇瓶颈手机电量增加遭遇瓶颈 智能手机内置的锂电池是由正极材料、电解质、隔离膜和负极材料构成。想要增加手机 的续航能力，目前主要有两种方法，一种方法是增加电池的能量密度，另一种方法是增 大电池容量。 手机产业系列报告之二 6 图 2：锂电池工作示意图 资料来源：汽车人参考，东莞证券研究所 发展能量密度困难发展能量密度困难， 进展缓慢进展缓慢。 能量密度几乎是所有电池在设计时必须考虑的首要问题。 当设计的能量密度提高时，电芯则必须选择而更薄的隔膜、材料也需要使用在极限压实 和面密度下。一方面，极限设计会让电芯的吸液更加困难，从而影响电芯的循环性能； 另一方面，更薄的隔膜铝塑

17、膜、更高能量密度的材料也意味着更差的安全性能。所以能 量密度与电芯性能如跷跷板的两端，电池生产商需要在这两方面之间寻找平衡。此外， 能量密度与锂电池本身有很大的关系。由于目前还没有更经济的可以显著提升能量密度 的正负极材料，在锂元素不变的基础上，科研人员只有不断更换电解液和正极材料才能 勉强将电池的续航提高，每年进步的幅度只有 3%左右。然而，根据摩尔定律，集成电路 的晶体管数目每隔大约 18-24 个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。手机电池续航以 每年 3%左右的增长速度面对如此快的手机性能增长速度，显得如此的渺小。所以，即使 手机电池续航不断进步，用户依然会时常感觉手机续航的“力不从心”

18、。 重量与空间逼近极限重量与空间逼近极限，增大容量倍受制约增大容量倍受制约。面对增加电池能量密度受阻后，手机厂商选 择增大手机电池容量。近年来，手机厂商们对于电池容量也显得非常“大方”。3000 多 毫安的电池容量从过去的大电量已经“沦落”为小电量。最近，各大手机厂商的旗舰级 手机基本都打破了 4000 毫安时的分水岭。那这样是不是意味着手机厂商可以无休止地 增加电池容量呢？例如直接加入 5000 毫安时或 10000 毫安时的电池？ 小米数字系列的电池容量从小米 1 的 1930 毫安时经过不断的进步到达小米 9 的 3300 毫 安时。其中，小米 2 手机电池容量为 2000 毫安时，小米

19、 3 为 3050 毫安时，电池容量增 加近 50%。小米 2 到小米 3 电池容量的增加是在减少手机厚度的情况下，通过采用不可 拆卸电池，并增加手机尺寸，增大手机内部空间，以放入更大容量的电池实现的。然而， 到了小米 9，由于手机内部集成了多个功能模块，例如 NFC，无线充电等，手机内部空 间被进一步压缩，因此电池容量较小米 8 也出现了下降。 三星 Galaxy Note 系列在自 Note 2 增加 600 毫安时电量后，直到 Note 7 才再次出现较 为激进的增加 500 毫安时电量。然而，这次激进的电量增加却导致 Note 7 出现了多起 安全事故。其原因是 Note 7 在添加了

20、多种新颖的设计与功能后，手机内部的空间已经 非常紧凑。此时再加入大容量大电池，手机内部的空间已经不足以支持对电池的保护能 手机产业系列报告之二 7 力。安全事故的发生导致三星对其后的 S8 系列、Note8 以及 S9 系列在电池方面都采取 了比较保守的方式。直到在三星 Note9 才再次增大电量，但与此同时手机的尺寸也相应 的增大了。 从小米和三星两大手机厂商的情况可以知道，手机功能的提升会增加手机内部元器件的 数量从而降低手机内部的可使用空间。如果在内部空间有限的情况下，激进地增加电池 容量，则会比较容易出现安全事故。 图 3：历代小米和三星 Galaxy Note 系列手机电池容量对比

21、资料来源：电脑爱好者，东莞证券研究所 对于手机厂商而言，可以采用增大手机尺寸以增加手机电池容量。小米手机中，小米 6 和小米 8，以及三星手机中的三星 Note 8 和 Note 9，都是通过增大手机尺寸以及牺牲 手机厚度以放入更大容量的电池。事实上不仅是小米和三星，就连一向对手机外观有着 极高追求的苹果在追求更持久的手机续航时候也采用类似的方式。但是这并不意味着手 机可以无休止地增加电池容量，因为通过增大手机内部空间的同时，不仅手机的尺寸在 增大，手机重量也在增加。iPhone 小屏手机中，虽然 iPhone 11 的电池容量已经达到 3110毫安时， 但是其重量也达到了194g， 大屏手机

22、就更是有过之而无不及， 最新的iPhone 11 pro max 虽然对比 iPhone 8 plus 增加了近 50%的电量，但是手机重量也增加了 24g。 手机的轻薄与便携性也大打折扣。 表 1：iphone 小屏手机的尺寸与重量 iphoneiphone X Xiphoneiphone xsxsiphoneiphone XRXRiphoneiphone 1111iphoneiphone 1111 propro 发布时间发布时间2017 年 11 月2018 年 9 月 21 日2018 年 10 月 26 日2019 年 9 月 20 日2019 年 9 月 20 日 尺寸尺寸143.6

23、x70.9x7.7mm143.6x70.9x7.7mm150.9x75.7x8.3mm150.9x75.7x8.3mm144x71.4x8.1mm 重量重量(g)(g)4188 手机电量手机电量(mAh)(mAh)271103190 资料来源：中关村在线、东莞证券研究所 表 2：iphone 大屏手机的尺寸与重量 iphoneiphone 8 8 PlusPlusiphoneiphone xsxs maxmaxiphoneiphone 1111 propro maxmax 发布时间发布时间2017 年 9 月2018 年 9 月 21 日2019 年

24、 9 月 1 日 尺寸尺寸158.4x78.1x7.5mm157.5x77.4x7.7mm158x77.8x8.1mm 重量重量(g)(g)202208226 手机产业系列报告之二 8 总结：总结：当前手机的电池续航已经能支持轻中度使用一天。但是，在 5G 时代，由于需要 在单位时间内处理更多的数据或者实现万物互联等多种原因，手机的耗能将会增加，手 机的续航能力将会再次面临挑战。手机厂商为增强手机续航能力也采取向不同的方法。 由于无法找到更具性价比的材料，仅通过调节电解液和正极材料无法快速地提升电池的 能量密度。受制于手机内部空间以及手机重量，考虑到安全问题，手机电池容量也无法 无休止地增加。

25、为应对 5G 时代手机的能耗问题，手机厂商需要考虑通过其他方式以延 长手机的续航能力，以增加自家品牌在市场上的竞争力。 2 2、解决手机续航方法之一：快充、解决手机续航方法之一：快充 2.12.1 增强功率实现快速充电增强功率实现快速充电 锂电池的充电分为三个阶段，分别是恒流预充电、大电流恒流充电与恒压充电。锂电池的充电分为三个阶段，分别是恒流预充电、大电流恒流充电与恒压充电。 当电压低于 3.0V 时，充电器会采用 100mA 电流对锂电池进行预充电，这个过程叫恒流 预充电阶段，目的是慢慢恢复过放电的锂电池，是一种保护措施来的。 当锂电池电压高于 3.0V 时，就进入到第二阶段，大电流恒流充

26、电阶段。由于锂电池经 过第一阶段的预充，其状态已经比较稳定了。在第二阶段，充电电流就可以适当提高， 根据不同的电池来说，这个电流的大小可以从 0.1C 到几 C 不等，其中 C 是指电池容量， 如 2600mAh 的锂电池，0.1C 就是指 260mA 大小的电流。 锂电池充电的最后一个阶段为恒压充电阶段， 这个阶段就是检测到锂电池电压等于 4.2V 时， 充电器则进入恒压充电模式， 这个阶段充电电压恒定为 4.2V， 充电电流则越来越小。 当充电电流小于 100mA 时，就判断电池充满，切断充电电路。 图 4：锂电池充电过程示意图 资料来源：旺财锂电，东莞证券研究所 手机电量手机电量(mAh

27、)(mAh)267531743969 资料来源：中关村在线、东莞证券研究所 手机产业系列报告之二 9 快速充电是发生在第二阶段大电流恒流充电阶段快速充电是发生在第二阶段大电流恒流充电阶段。在第一阶段中，手机先以小电流进行 充电，直到电压恢复正常的水平。第一阶段发挥恢复性充电的作用。在第三阶段中，此 时电池电压已经达到一定的数值时，手机的电量基本在 90%左右，手机将保持电池电压 不变，逐渐减少充电电流值。如果此时维持较大的充电电流，锂离子容易在电池负极附 近堆积、长大成数枝状的晶体，俗称枝晶；枝晶长大后会刺破正负极之间的隔膜，形成 短路。因此为了电池的安全，在充电的后半段充电电流会很小。所以，

28、要实现快充只能 在第二阶段。 要实现快速充电就必须提高充电的功率，根据物理学公式，功率要实现快速充电就必须提高充电的功率，根据物理学公式，功率= =电压电压电流，提升充电流，提升充 电功率有三种方式电功率有三种方式：电流不变电流不变，提升电压提升电压；电压不变电压不变，提高电流提高电流；电压电压、电流两者都提电流两者都提 高。高。 1、高电压恒定电流模式：一般手机的充电过程是，先将 220V 电压降至 5V 充电器电压， 5V 充电器电压再降到 4.2V 电池电压。整个充电过程中，如果增大电压，产生热能，所 以充电时，充电器会发热，手机也会发热。而且这样功耗越大，对电池损害也是越大的。 2、低

29、电压高电流模式：在电压一定的情况下，增加电流，可以使用并联电路的方式进 行分流，恒定电压下，进行并联分流之后每个电路所分担的压力越小，在手机中也进行 同样处理的话，这个每条电路所承受的压力也就越小。 3、高电压高电流模式：这种方式同时增大电流与电压，这种方式是增大功率最好的办 法，但增大电压的同时会产生更多的热能，这样其中所消耗的能量也是越多，并且电压 与电流不是无限制的随意增大。 目前市面上主流的快充技术：目前市面上主流的快充技术： 1 1、高通、高通 QuickQuick ChargeCharge (QC(QC 充电技术充电技术) ) 目前高通以及推出了 QC 4.0 快充技术。高通 Quick Charge 1.0 技术最高支持 10W 的充 电功率。按照 10W 的充电功率，手机的充电时间还是比较长的。在 QC 1.0 的基础上， 高通开发出 QC 2.0 技术。在 Quick Charge v2.0 中，设计了两种方案，即 A 类和 B 类。 A 类可以提供输出 5V、9V、12V 三种电压。通过提高电压的方式，让电源适配器能够提 供更多的电量给到手机终端。根据高通给出的数据，Quick Charge 2.0 A 级标准规定的 最大充电电流为 2A，因此，QC 2.0 最高可以实现 24W 的充电功率。 但是 QC 2.0 在实践过程