鋰電池行業(yè)深度報告：特斯拉引領4680趨勢關注材料+結(jié)構(gòu)件

鋰電池行業(yè)深度報告：特斯拉引領4680趨勢，關注材料+結(jié)構(gòu)件1圓柱電池工藝成熟歷史悠久，特斯拉引領圓柱尺寸大型化1.1圓柱電池最早實現(xiàn)商業(yè)化，興于消費電子繁于電動車圓柱型電池是商業(yè)化最早的電池形態(tài)，工藝成熟標準化程度高。圓柱電池是商業(yè)化最早、生產(chǎn)自動化程度最高、成本最低的一種電池形式。圓柱鋰電池最早由索尼進行商業(yè)化生產(chǎn)，后續(xù)由松下于上世紀90年代發(fā)揚光大，廣泛應用于消費電子，2009年松下消費電子用鋰電產(chǎn)品業(yè)務虧損，開始轉(zhuǎn)向與特斯拉合作開啟了純電動汽車圓柱電池時代。當前市面上常用的圓柱電芯為18650和21700兩種，其中“18”代表電芯圓柱直徑為18mm，“65”代表電芯圓柱高度為65mm，最后的“0”代表電芯為圓柱形。充放電的本質(zhì)是鋰離子在正負極間的移動。放電時，鋰離子從負極（陽極）穿過隔膜移動到正極（陰極），從負極轉(zhuǎn)移到正極的鋰離子越多，電池可以釋放的能量就越多；充電時，在外加電場的影響下，鋰離子從正極（陽極）穿過隔膜移動到負極（陰極），很“穩(wěn)定”地嵌入到負極的石墨層狀結(jié)構(gòu)中。當正極轉(zhuǎn)移到負極的鋰離子越多，電池可以存儲的能力就越多。在每一次充放電循環(huán)過程中，鋰離子(Li+)充當了電能的搬運載體，周而復始的從正極→負極→正極來回的移動，與正、負極材料發(fā)生化學反應，將化學能和電能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了電荷的轉(zhuǎn)移，由于電解質(zhì)、隔離膜等都是電子的絕緣體，所以這個循環(huán)過程中，并沒有電子在正負極之間的來回移動，它們只參與電極的化學反應。1.2

特斯拉提出4680+配套工藝方案，描繪電池制造理想藍圖18650成功向21700迭代，當前技術(shù)競爭加劇亟需新的突破。18650鋰離子電池自1994年問世以來，已經(jīng)取得了巨大的成功，特斯拉的ModelS、X就是采用日本松下提供的18650電池。但18650電池受限于體積，容量提升空間較小，應用前景受限。2017年特斯拉宣布與

松下聯(lián)合量產(chǎn)新型21700電池，其保持了18650電池的高可靠性和穩(wěn)定性，同時具有更高的能量密度，更低的成本，能更好的滿足電動汽車的要求，全球鋰電巨頭的重點紛紛轉(zhuǎn)向21700電池。當前在國內(nèi)方形+磷酸鐵鋰電池的沖擊下，21700市場份額有所下滑，圓柱電池亟需尋找到新的突破點。特斯拉提出的“4680”是包括工藝體系和材料體系的一整套解決方案。2020年9月電池日上，特斯拉提出一整套從材料到工藝制造的完整解決方案，工藝體系上提出4680大圓柱（原本是46800，馬斯克省去最后一個“0”）+無極耳+CTC三位一體的解決方案，化學材料體系配套方面，使用高鎳（無鈷）+硅碳負極并在正負極中添加粘合劑等輔材。4680在21700的基礎上全方位進化。4680不僅在上一代21700基礎上實現(xiàn)單體電芯能量、功率密度(對應快充、加速等性能)、能量密度及成本的躍遷，還在系統(tǒng)層面將成組效率、安全性（關鍵技術(shù)是全極耳）實現(xiàn)了優(yōu)化，此外根據(jù)特斯拉研究者TroyTeslike的信息，2023-2024將會進步推出更高性能的圓柱電池，在系統(tǒng)容量、能量密度方面更進一步臺階。4680電池在21700基礎上進行了全方位升級，有望引領新的一代電池革命。尺寸升級：大尺寸的工藝改良實現(xiàn)提效降本。新圓柱尺寸4680，在21700的基礎上直徑和高度同時做了擴展，直徑增加一倍多至46mm，高度增加至80mm，該尺寸是特斯拉工程團隊經(jīng)過遍歷測試后考慮續(xù)航里程和成本后得到的相對平衡點，根據(jù)特斯拉電池日公布的數(shù)據(jù)，4680相比21700單顆電芯容量提升5倍，功率提升6倍，在整車層面實現(xiàn)了16%的續(xù)航里程的提升，成本降低14%，在單GWH投資成本方面降低7%。工藝創(chuàng)新：無極耳技術(shù)是4680工藝層面配套的核心技術(shù)。特斯拉工程團隊將無極耳技術(shù)應用于4680圓柱電池（21700難以應用），實現(xiàn)如下效果：1）激光焊接縮短電子移動路徑：21700只有兩個極耳，整個極片的電子的傳輸只能通過兩個極耳的通道，4680在電池兩端接觸面全部具備極耳的功能，利用激光焊接技術(shù)在銅箔上建立10個以上的鏈接點，縮短電流距離，達到減小內(nèi)阻的目的；2）簡化工藝提高效率：在移除極耳后，電池的繞制和涂料流程得到極大簡化，不再需要因為極耳而中斷生產(chǎn)流程，大幅提升生產(chǎn)效率；3）散熱提升安全性強適用快充：無極耳技術(shù)下電池可以通過整個電芯導熱（21700只能通過極耳側(cè)散熱），整個電芯的熱均衡性能更好，安全性提升的同時，對熱管理系統(tǒng)要求降低，更加適用于高溫條件下的快充場景。無極耳技術(shù)被視為4680配套的核心技術(shù)，也是國內(nèi)各個廠家急切需要攻破的關鍵環(huán)節(jié)。工藝創(chuàng)新：CTC=去Pack+電池結(jié)構(gòu)化，高效利用車內(nèi)空間實現(xiàn)降本和提高能量密度的效果。電池包去Pack構(gòu)造，取消原有的座艙地板取代以電池上蓋，利用4680堅硬穩(wěn)定的屬性使其作為中心的結(jié)構(gòu)件傳遞上下面板的壓力，CTC使電池包具備能源設備和結(jié)構(gòu)件的雙重作用。CTC去pack節(jié)省電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的成本和空間，提高了電池組級別的能量密度，此外電池成為結(jié)構(gòu)件后大大減少汽車結(jié)構(gòu)件的需求數(shù)量，從而降低整車成本和重量，讓非電池組成分變成負質(zhì)量，為電池勻出更多空間，提高整車級別的能量密度。特斯拉

CTC技術(shù)使車身重量減少10%，續(xù)航增加14%，零部件減少370個。材料進階：高鎳+硅基配套，硅改造+摻雜劑降本改性。負極材料，特斯拉通過在冶金硅表面引入涂層包覆材料，低成本改造硅基材料成負極，特斯拉的包覆硅材料價格約1.2$/KWh，相對于硅氧、硅碳材料成本大幅降低，實現(xiàn)在電池組層面將每千瓦時成本降低5%，最終提升電動車20%的續(xù)航里程。正極材料，鎳金屬相比鈷金屬兼具比容量和成本優(yōu)勢，特斯拉優(yōu)先采用高鎳的正極解決方案，推進無鈷正極的開發(fā)，利用新型粘合劑和導電劑，實現(xiàn)正極材料降本15%的目標。簡化前端工序提出干法電極技術(shù)，省去高成本的勻漿、涂布、干燥環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)濕法電極技術(shù)前端工序需要把正（負）極材料、粘合劑、導電劑、溶劑和水進行混合，然后將漿料涂在箔上，在幾十米長的干燥爐中進行烘干并回收溶劑，制備成正（負）級極片。傳統(tǒng)工序經(jīng)歷溶劑混合和干燥提煉的兩個逆向反應過程，特斯拉從第一性原理角度出發(fā)，直接從源頭顛覆傳統(tǒng)濕法電極制造技術(shù)，不用溶劑，省去濕法混合、干燥和提純步驟降低成本，避免溶劑和粘合劑反應形成包圍活性材料的粘結(jié)劑層（降低活性材料之間及和導電劑的接觸，降低電極導電性能），提升導電性能、電極密度和容量，適用于高容量高倍率電池。特斯拉收購Maxwell公司進行干發(fā)電極設備工藝開發(fā)，預計干法電極工藝改進并量產(chǎn)后可使工廠占地面積和能耗減少至十分之一，投入成本大幅下降。24680大圓柱趨勢確立，龍頭布局23年迎來規(guī)模量產(chǎn)2.14680+高鎳硅基路線有望成為高端長續(xù)航車型主流技術(shù)路線動力電池的性能決定整車性能，整車性能需求決定怎么定義動力電池性能，下面從安全性、續(xù)航里程、低溫可靠性、快充和成本幾個角度分析對比4680+高鎳硅基與大方形+磷酸鐵鋰之間的優(yōu)劣。圓柱電芯在主流形態(tài)中熱安全和機械安全性最高。1）單體電芯角度，與方型軟包對比，圓柱電芯單體最小可以分散風險，此外，面臨熱膨脹時整個殼體均勻受熱，不會出現(xiàn)方型電池側(cè)面鼓脹、電池變形壽命下降的問題；2）模組級角度，圓柱電芯以蜂窩式排列，電芯之間留有天然空隙（熱交換面積），此外每個單體有獨立的定向泄壓裝置，保證單體電芯發(fā)生熱控時不會蔓延到周圍產(chǎn)生連鎖反應；3）機械性能方面，圓柱電芯的殼體可提供一定的結(jié)構(gòu)剛性，在受到外部沖擊時形成有效的緩沖，使得形變不容易侵入電芯的內(nèi)部，這使得蜂窩狀排列的大圓柱電芯成為CTP/CTC等技術(shù)路線的理想選擇。大圓柱的安全性高，能承受高能量密度化學體系。能量密度通常和電池的穩(wěn)定性/安全性呈反向關系，三元和方形都屬于高能量密度體系，在安全性方面弱于鐵鋰和圓柱，方形的平行結(jié)構(gòu)在使用高鎳硅基等高能量密度體系時會隨著使用而逐漸鼓脹，嚴重影響整包的安全性能，過去用于方形電池屢屢出現(xiàn)事故足以說明電化學體系和電池封裝體系互補的重要性。圓柱電芯結(jié)構(gòu)對稱，可以有效的束縛住卷心在半徑方向上的膨脹和內(nèi)部的氣壓，使得電芯可以保證在整個生命周期不發(fā)生形變，圓柱電芯的高安全上限，使得它可以支持更高能量密度的化學體系，從而補足成組效率略低的短板。高能量密度的高鎳材料低溫適應性強。續(xù)航里程除了理論能量密度外還需要考察不同場景，研究表明在-20℃時，磷酸鐵鋰電池容量只能達到常溫的1/3，鋰離子擴散系數(shù)較常溫下下降兩個數(shù)量級，當溫度下降到-40℃時，磷酸鐵鋰只能保持常溫容量的20%，磷酸鐵鋰的低溫性能差主要是由于其本征電導率和鋰離子的擴散系數(shù)都很低。4680+高鎳硅基電池成本下降可期，未來有望成為長續(xù)航里程車型主流技術(shù)路線。我們根據(jù)鑫欏資訊產(chǎn)業(yè)鏈2022年3月11日價格及相關假設做動力電池成本測算，假設兩者折舊&人工&其他制造費用相同，只考慮材料端的差異，8系三元+硅基負極電池成本為0.97元/Wh，相比5系三元+人造石墨電池0.96元/Wh成本主要高在硅基負極和新型電解液成本上，按照特斯拉對未來電池技術(shù)方案及產(chǎn)線的設想，考慮材料端降本和生產(chǎn)工藝的升級，4680+高鎳三元+硅基負極電池成本有56%的下降空間，對應0.43元/Wh，根據(jù)特斯拉的公開官方描述情況，特斯拉認為4680有望在22年可與競品同臺競爭，23年超越競品。我們認為伴隨材料成本下降和規(guī)模效應，4680高鎳硅基體系的綜合成本有望持續(xù)下降，在高端長續(xù)航里程車型中4680+高鎳硅基有望成為主流技術(shù)路線。CTC技術(shù)是加強版的CTP，可進一步提升整車續(xù)航降低成本，為下一代電池廠和整機廠競爭的關鍵技術(shù)。繼2019年CTP被提出后，2020年寧德時代公布了關于電池結(jié)構(gòu)的開發(fā)路線圖，除了第二代、第三代CTP電池系統(tǒng)以外，還提出了CTC電池系統(tǒng)。具體來說，CTP技術(shù)是將電芯直接集成到PACK箱體省去模組，CTP與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)電池相比可以減少零件數(shù)量（40%），提高空間利用率（15%~20%），從而提高能量密度（10%~15%）降低電池包成本

（10%~15%），目前CTP可同時配套三元和磷酸鐵鋰兩種電池體系，已經(jīng)在Model3、蔚來

等多款車型上車使用。CTC是將電芯直接集成到車底盤同時省去模組和電池包，相當于加強版CTP，進一步節(jié)省成本提升續(xù)航，除CTP和CTC以外，特斯拉電池日提出的一體式壓鑄車身是將電芯直接鑄入到底盤結(jié)構(gòu)里，綜合來看CTP、CTC、一體化壓鑄都是物理結(jié)構(gòu)層面創(chuàng)新，其原理都是加大電芯放置的物理空間提升續(xù)航，與材料體系不直接相關；我們認為CTC技術(shù)是未來電池企業(yè)之間必爭高地，更是主機廠和電池廠之間博弈的關鍵技術(shù)，率先掌握的CTC技術(shù)并量產(chǎn)應用的企業(yè)將會顯著提升自身在產(chǎn)業(yè)鏈中的議價權(quán)和競爭力。2.2

特斯拉領銜4680裝機，全球車企蓄勢待發(fā)柏林與奧斯汀兩大超級工廠投產(chǎn)，產(chǎn)能瓶頸打開。特斯拉德國柏林工廠于2022年3月22日投產(chǎn)，設計年產(chǎn)能50萬輛，當前計劃生產(chǎn)ModelY并搭載4680電池（前期4680產(chǎn)能不足時使用21700暫時替代）；美國得克薩斯州奧斯丁工廠于2022年4月7日舉辦開工儀式，設計年產(chǎn)能100萬輛，其中50萬輛ModelY（2022年開始交付），30萬輛Cybertruck

（2023年開始交付）；上海工廠方面，特斯拉5月1日向上海臨港區(qū)遞交的感謝信中透露將新增45萬輛年產(chǎn)能，7月度產(chǎn)量約7萬輛（對應年化產(chǎn)量84萬輛），22年第一季度公開交流中表示規(guī)劃150萬輛，預計遠期有望達到200萬輛；此外還有TeslaSemi（2023年）、Roadster

（2023年）、Robataxi（2024年以后）相繼量產(chǎn)，具體工廠未公布。綜合來看，我們預計22年底名義產(chǎn)能超過200萬輛，23年低近300萬輛，特斯拉產(chǎn)能瓶頸打開。長期角度，特斯拉計劃2030年電動車銷量達2000萬輛，以2021年銷量測算，21-30年共9年銷量CAGR達41%，匹配銷量計劃在已有單地區(qū)超級工廠擴容更具備規(guī)模優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，保守估計伴隨各大超級工廠擴容2025年底產(chǎn)能突破450萬輛。特斯拉率先提出4680，未來將在自己的車系內(nèi)規(guī)?；褂?，特斯拉相關車系銷量將對4680構(gòu)成筑底需求，我們對特斯拉用4680需求進行了測算，關鍵假設和結(jié)論如下：1）銷量假設：

產(chǎn)能端：馬斯克公開發(fā)言表示抑制特斯拉訂單最大的問題在于產(chǎn)能，22年將集中解決產(chǎn)能擴張問題，近幾年產(chǎn)能高增，通過對各工廠產(chǎn)能投放進度匯總，我們預計22年底產(chǎn)能突破200萬輛，25年底特斯拉總產(chǎn)能460萬輛。銷量：已有車型銷量與相應工廠的生產(chǎn)計劃和產(chǎn)能規(guī)劃相匹配，預計Cybertruck和SemiTruck于2023年開始交付。由于22-25產(chǎn)能限制銷量，我們通過產(chǎn)能來預計銷量，預計22/23/24/25年銷量分別為136/218/297/374萬輛。2）配套電池解決方案假設：根據(jù)電池日信息，特斯拉遠期將計劃形成三種電池解決方案，1）磷酸鐵鋰，針對中程續(xù)航以及對能量密度要求低的儲能領域；2）鎳錳（2/3鎳，1/3錳），折中方案，用于中長程續(xù)航；3）高鎳（100%），針對長續(xù)航里程的乘用車、卡車、商用車。當前鎳錳還處于概念階段，我們預計方形鐵鋰會成為特斯拉中低續(xù)航乘用車型的標配，廣泛用在ModleY和Model3的標準續(xù)航版上；三元21700目前是高續(xù)航乘用車的解決方案，未來伴隨4680+無極耳+CTC成套解決方案的成熟以及相關產(chǎn)能配套落地，在ModelY和Model3的高續(xù)航車型上4680高鎳硅碳將逐步替代21700三元石墨，卡車Cybertruck和商用客車SemiTruck預計23年推出，預計全部采用4680護航。全球車企加速布局，25年裝機預計達492GWh。目前電動車企客戶對大圓柱電池的布局大致分以下幾類，1）第一梯隊處在量產(chǎn)的前夜，以特斯拉公司為代表，預計于2022年正式裝車投放市場；2）第二梯隊處在實質(zhì)的立項研發(fā)階段，預計于2~3年內(nèi)左右量產(chǎn)裝車，如寶馬等，寶馬明確計劃2025年在其新一代電動平臺——NeueKlasse（NewClass）上新型圓柱電池；3）第三梯隊是處在收集信息，市場調(diào)研以及可行性評估階段。目前大部分的新能源車企處在第二和第三梯隊。當前有很多大型的新能源車企在未來的5~10年已經(jīng)敲定了經(jīng)濟型采用方殼或刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用高鎳三元加硅負極大圓柱電池的布局。隨著技術(shù)工藝進步及產(chǎn)業(yè)鏈配套成熟，特斯拉作為行業(yè)的標桿充分發(fā)揮示范效應，我們預計2025年4680電池占整體滲透率達30%，2025年全球裝機達492GWh。2.3多家電池企業(yè)深度布局，2023有望迎來規(guī)模量產(chǎn)日韓三巨頭圓柱份額全球領先，特斯拉自制4680帶動大圓柱趨勢。根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，2021年全球圓柱電池市場主要被松下、LG和三星SDI三家占據(jù)，松下和LG主要系特斯拉新能車銷量帶動排名遙遙領先。特斯拉原計劃22年底4680產(chǎn)能達100GWh，2022年第二季度已經(jīng)在德州工廠開始向客戶交付帶有4680電池組的ModelY，頭部電池廠商紛紛跟隨加碼4680電池陣營，包括松下、LG

新能源、三星SDI、寧德時代、億緯鋰能、比克電池均已經(jīng)深度布局4680電池，從投產(chǎn)規(guī)劃來看，2022-2024年規(guī)模級的4680產(chǎn)線將陸續(xù)投產(chǎn)。特斯拉領銜投產(chǎn)4680配套ModelY，遠期規(guī)劃成為電池-汽車一體化巨頭。22年2月，特斯拉宣布在美國加州試點工廠下線第100萬個4680電池，開啟大圓柱電池規(guī)模生產(chǎn)的新階段。4月8日馬斯克在德州超級工廠開工時發(fā)言，德州工廠生產(chǎn)的電池配套該車廠ModelY及未來其他車型，實際上4月首批裝載4680電池組的ModelY在德州工廠實現(xiàn)交付。特斯拉將把德州超級工廠打造成世界上最大的電池工廠，按照此前規(guī)劃，預計在2022年底達產(chǎn)100GWh，遠期產(chǎn)能甚至可能達到200GWh-250GWh。8月初特斯拉股東大會上，特斯拉透露因為某些新技術(shù)亟需攻破生產(chǎn)效率有待提高，今年年底才能實現(xiàn)量產(chǎn)，略慢于預期。長遠來看，考慮到全球每年需要20TWh~25TWh持續(xù)10~15年的生產(chǎn)才能完成可再生能源過渡（合計300TWh電池產(chǎn)量），特斯拉計劃在2030年預計達到3TWh（3000GWH）產(chǎn)能，成為車企電池一體化巨頭。松下與特斯拉在圓柱電池上合作歷史悠久，有望首批量產(chǎn)4680供應。松下與特斯拉的合作以2010年入股特斯拉為起點，2012年開始量產(chǎn)18650并為特斯拉ModelS配套，2017年下半年特斯拉與松下合資建設的內(nèi)華達州Gigafactory投產(chǎn)，生產(chǎn)圓柱21700電池配套Model3，該款電池幫助特斯拉實現(xiàn)產(chǎn)品能量密度的大幅提升和成本的降低，松下再和特斯拉相互協(xié)作推進電池技術(shù)革新的同時，產(chǎn)銷量大幅提升，至今為止，松下21700累計產(chǎn)量已經(jīng)接近18650。下一代技術(shù)路線上，松下計劃通過正極無鈷化、硅碳負極和大尺寸推動電池能量密度提升，與特斯拉的4680在工藝和材料方面匹配度極高，事實上，目前松下和特斯拉在4680上已經(jīng)展開緊密合作，2022年5月，松下完成了原型開發(fā)，開始試生產(chǎn)線的運行。在批量生產(chǎn)之前，它已經(jīng)向特斯拉發(fā)送了4680圓柱電池的樣品。產(chǎn)能建設方面，松下宣布將在其位于日本西部的和歌山工廠投資800億日元（約7億美元）新建兩條生產(chǎn)線來生產(chǎn)4680電池，年產(chǎn)量10GWh，每年可以為15萬輛汽車提供動力電池，該部分產(chǎn)能優(yōu)先供給特斯拉，預計2024年3月之前實現(xiàn)量產(chǎn)，此外在美國本土目前與特斯拉共同投資建設的內(nèi)華達州電池工廠的年產(chǎn)能是39GWh，主要生產(chǎn)21700電池，計劃投資約40億美元在美國堪薩斯州建立其第二家電動汽車電池工廠，預計將在該工廠為特斯拉生產(chǎn)4680電池。松下遠期計劃到2028年將其動力電池產(chǎn)能從目前的50GWh/年提升2-3倍。億緯鋰能圓柱電池多年積累，規(guī)劃20GWh46系圓柱產(chǎn)能。億緯鋰能在圓柱電池領域有超過20年的生產(chǎn)經(jīng)驗，從18650到21700再到46800，方形磷酸鐵鋰和4680大圓柱電池是公司未來發(fā)展的核心。當前億緯鋰能已通過中試線完成了大圓柱系統(tǒng)產(chǎn)品的試生產(chǎn)布局了4680與4695兩大型號，8月2日億緯首件搭載自主研發(fā)46系列大圓柱電池的系統(tǒng)產(chǎn)品在研究院中試線成功下線。目前億緯鋰能的46系列大圓柱電池已取得國內(nèi)外多家知名客戶的定點或簽訂框架合作協(xié)議，主要客戶即將完成產(chǎn)品整體驗證，全過程驗證預計于2023年至2024年陸續(xù)完成，9月9日公告定點情況，公司將為德國寶馬集團NeueKlasse系列車型提供大圓柱鋰離子電芯，成為寶馬將于2025年上市的新系列電動汽車電池在歐洲的主要供應商。億緯鋰能此前曾公開表示，預計2023年產(chǎn)能釋放20GWh，2024年達到40GWh，公司近期在建產(chǎn)能為湖北省荊門市建設20GWh46系電池產(chǎn)線（擬投資44億元）。比克電池深耕圓柱電池，積極擁抱大圓柱。比克電池深耕圓柱電池17年，在19年確定把圓柱電池做大作為中高端電動車電池解決方案，2020年初開始向高端客戶推介。比克的46系列產(chǎn)品覆蓋80~120mm，能量密度覆蓋270~285Wh/kg，10%~80%的快充最慢20min。其中4680大圓柱電池預計2022年規(guī)模量產(chǎn)，預計未來幾年將產(chǎn)能擴充至80GWh。2.4焊接和干發(fā)電極是關鍵技術(shù)，良率和高能量密度體系儲備奠定競爭優(yōu)勢從表面上看大圓柱電芯制造的各道工序，無論是相比于傳統(tǒng)的小圓柱電芯，還是其他形態(tài)的電芯，都變得了更加簡潔和高效，但實際上大圓柱電池幾乎對部分工序都提出了更高的技術(shù)要求，機遇和挑戰(zhàn)是一體兩面的。焊接工藝的規(guī)?；鸵恢滦允呛诵碾y點。工藝上變化較大且要求較高的就是焊接技術(shù)，包括電阻焊、激光焊、超聲焊等，目前4680生產(chǎn)工藝相對壁壘較高的就是激光焊接，4680相比21700在焊接數(shù)量和難度都大大提升，激光焊接要保證銅箔、鋁箔跟集流盤的激光焊的完整性、電池內(nèi)部的均勻性和致密性，同時要保證沒有金屬殘渣殘留在電池內(nèi)部，大圓柱電池在某種意義上是隨著焊接技術(shù)的逐漸成熟而應運而生的，焊接質(zhì)量的好壞直接決定電芯的內(nèi)阻自放電、密封性能，從而決定了電池包的性能。干電極勻漿過程中活性材料的團聚現(xiàn)象仍是大圓柱規(guī)模量產(chǎn)的一大挑戰(zhàn)。前段干電極技術(shù)是將正負極顆粒與聚四氟乙烯（PTFE）粘結(jié)劑混合，使其纖維化，直接用粉末搟磨成薄膜壓到鋁箔或者銅箔上，制備出正負極片?？墒÷苑睆偷妮亯?、干燥等工藝，大幅簡化生產(chǎn)流程，提升生產(chǎn)效率，節(jié)省成本。當前特斯拉在突破干電極技術(shù)方面遇到一定障礙，干電極技術(shù)的突破將成為4680降本、量產(chǎn)的關鍵。良率是制約行業(yè)量產(chǎn)的關鍵瓶頸，有高能量電化學體系積累的電池廠具備優(yōu)勢。良率是衡量制造業(yè)規(guī)模量產(chǎn)的關鍵參數(shù)，通常鋰電池制造需要達到95%以上的良率量產(chǎn)才具備經(jīng)濟性，目前特斯拉在加州弗里蒙特工廠試制備的4680電芯的良品率已經(jīng)從最開始的20%左右逐步攀升至92%，國內(nèi)布局4680的電池企業(yè)目前還處于B樣階段，良率在50%附近，焊接的高壁壘、生產(chǎn)一致性難度提高等導致國內(nèi)電池廠的良率卡殼，未來還需要國內(nèi)電池企業(yè)和設備廠商共同推進。此外4680未來主要搭配高鎳和硅基負極材料體系，要求電池企業(yè)在新型材料有技術(shù)儲備，制造工藝配合材料體系，發(fā)揮出4680的競爭優(yōu)勢。綜合來看，未來率先良品率達標并可實現(xiàn)高能量密度體系量產(chǎn)的企業(yè)將成為4680技術(shù)革命的充分受益者。3高鎳+硅基成長空間打開，相關輔材、結(jié)構(gòu)件充分受益3.1硅基負極：受益4680有望指數(shù)增長，爆發(fā)前夜多領域企業(yè)加速布局伴隨新能源汽車對續(xù)航能力要求的提高，負極向著高比容量的硅基負極方向發(fā)展。高端石墨負極克容量已經(jīng)達到365mAh/g，基本接近石墨的理論比容量372mAh/g，硅的理論比容量為4200mAh/g，使用硅基負極材料的鋰電池在能量密度、續(xù)航能力等方面具有顯著的比較優(yōu)勢，此外硅還具有脫鋰電位相對較低（0.4V）、環(huán)境友好、資源豐富等特點，被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。目前主要通過與石墨負極材料復合使用，主流摻雜比例在5%~6%，復合后的可逆容量為370～420mA·h/g，根據(jù)《高能量密度鋰離子電池硅基負極材料研究》（陸浩，2019），高鎳三元811（200mAh/g）疊加硅基負極（800mAh/g）相比純石墨（372mAh/g）電池能量密度從272Wh/kg提升至302Wh/kg，提升幅度11%。熱膨脹限制硅材料負極發(fā)展，SiO和Si/C是主流路徑。硅材料在實際應用過程中存在較多問題，主要在于硅的體積膨脹問題。硅在滿嵌鋰后體積膨脹為320%（碳材料只有16%），巨大的體積膨脹會延伸出容量衰減、導電性能差、循環(huán)性能差等問題，目前有多維度的納米化硅、氧化亞硅材料、硅的碳包覆、硅/金屬合金以及配套硅負極使用的新型導電添加劑、新型電解液和新型粘接劑、補鋰劑等解決方案，未來最有希望實現(xiàn)較大規(guī)模應用的發(fā)展方向主要是是氧化亞硅（SiO/C）和納米化硅碳（Si/C），硅碳通過納米化成小顆粒更好的釋放膨脹壓力，氧化亞硅減小硅顆粒度增加緩沖層減少膨脹影響。硅基負極生產(chǎn)工藝復雜，標準化程度低。較石墨負極材料而言，硅基負極材料制備工藝復雜，目前沒有統(tǒng)一的標準化工藝。硅碳負極材料是將納米硅與基體材料通過造粒工藝形成前驅(qū)體，然后經(jīng)表面處理、燒結(jié)、粉碎、篩分、除磁等工序制備而成的負極材料。硅氧負極材料是將純硅和二氧化硅合成一氧化硅，形成硅氧負極材料前驅(qū)體，然后經(jīng)粉碎、分級、表面處理、燒結(jié)、篩分、除磁等工序制備而成的負極材料。新能源車動力電池高景氣驅(qū)動，硅基負極有望呈現(xiàn)指數(shù)級增長。4680大圓柱電池以及長續(xù)航快充車型的規(guī)?；慨a(chǎn)，疊加硅基負極產(chǎn)業(yè)鏈擴產(chǎn)提速，將推動硅基負極材料進入爆發(fā)式增長通道。有望在動力電池領域開辟出指數(shù)級增長通道。我們預計2025年硅基負極（復合后）需求量達37.26萬噸，市場規(guī)模達330億元，21-25年需求量CAGR達97%，純硅（不摻雜，SiOx,Nano-Si）25年需求量達4.84萬噸，市場規(guī)模達95億元，21-25年需求量CAGR達151%，關鍵假設如下：

1）硅基負極滲透率：我們預計硅基負極將在4680大圓柱電池上大規(guī)模應用，預計其在動力電池負極材料中滲透率趨勢同4680大圓柱電池在動力電池中滲透率，2025年達18%；

2）硅基負極單耗：硅基負極比容量高于人造石墨負極，相同容量的電池包所需硅基材料更少，假設2021年硅基材料單耗為1220噸/GWh，未來隨硅基材料摻雜率上升，單耗呈下降趨勢下降；

3）非動力領域硅基負極應用：根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年出貨量1.1萬噸，且主要應用在高端3C數(shù)碼、電動工具，假設在非動力領域以15%的速度增長；

4）硅基負極單價：當前實際使用的是將硅基材料和碳基材料混合后的硅基負極（混合后），所以理論上硅基負極的定價（僅材料端）取決于純硅價格、石墨價格以及硅基材料摻雜率，根據(jù)鑫欏資訊數(shù)據(jù)，當前按照5%摻雜得到的硅負極材料，國內(nèi)價格13.5萬元/噸（含稅價），假設21年售價為13.5萬元/噸，綜合考慮摻雜率提升及量產(chǎn)降本對硅基負極價格的影響，假設未來售價每年降幅10%。5）硅基負極摻雜率：當前主流摻雜比例為5%，4680大圓柱電池拔高電池安全性能上限、輔材體系的升級等拔高硅基負極摻雜率，我們預計2025年總體摻雜率達13%；

6）純硅負極價格：根據(jù)凱金能源招股說明書，2021上半年不含稅銷售單價為30.3萬元/噸，我們假設2021年單價為30萬元/噸，未來售價每年降幅10%。目前國內(nèi)有效產(chǎn)能規(guī)模較小，多領域企業(yè)爭相布局。國內(nèi)目前硅基負極產(chǎn)能達1.5~2萬噸，遠期規(guī)劃近20萬噸，當前具備量產(chǎn)并得到客戶驗證的有貝特瑞、杉杉股份、凱金能源、硅寶科技等少數(shù)幾家。國內(nèi)硅基負極電池產(chǎn)業(yè)化正在穩(wěn)步推進，目前布局企業(yè)主要有這幾類：

一是現(xiàn)有石墨類負極企業(yè)，如貝特瑞、璞泰來等；二是科研院校創(chuàng)始團隊，如天目先導、壹金新能源等；三是電池企業(yè)，如寧德時代、國軒高科等；四是化工企業(yè)跨界或硅材料企業(yè)切入，如石大勝華、硅寶科技等，未來具備技術(shù)和產(chǎn)能優(yōu)勢的企業(yè)將具備較強競爭優(yōu)勢。3.2高鎳三元：與4680相得益彰安全性能提升，長期成長空間打開4680補足高鎳體系安全短板，打開高鎳三元發(fā)展空間。三元材料中的鈷材料起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用，不參與電化學反應，降低鈷占比提升鎳占比可以實現(xiàn)在提升電池能量密度的同時還可以降低成本，但與此帶來的問題是高鎳三元材料的不穩(wěn)定性，事實上安全性問題己成為制約三元特別是高鎳三元鋰離子電池在電動汽車領域應用的主要障礙。4680大圓柱電池的封裝結(jié)構(gòu)具有較高熱安全性和機械性能，大大降低了高鎳三元應用的風險，為高鎳三元保駕護航，我們預計4680將打開三元長期成長空間，高鎳三元在續(xù)航里程要求高的中高端電動車市場將成為主流。高鎳三元滲透率穩(wěn)步提升，競爭格局相對常規(guī)三元較優(yōu)。受益于歐美新能源市場的起量以及海外車企對高鎳電池的青睞，國內(nèi)高鎳材料的需求量快速提升，2021年國內(nèi)以811及NCA為代表的高鎳三元材料市場滲透率穩(wěn)步提升，全年滲透率由2020年的22%提升至2022上半年的42%。具體到競爭格局，2022上半年容百科技、天津巴莫、貝特瑞是占據(jù)高鎳市場的前三位，在產(chǎn)能規(guī)模和客戶結(jié)構(gòu)方面領先優(yōu)勢明顯，貴州振華、廣東邦普、長遠鋰科等企業(yè)在今年同樣開始發(fā)力，比起整體三元材料，高鎳部分的市場集中度較高，2022上半年CR5集中度達到了82%，三元僅59%，主要受高鎳材料技術(shù)門檻較高以及產(chǎn)品差異化的影響，預計在在技術(shù)、產(chǎn)能和客戶有領先優(yōu)勢的企業(yè)市占率將穩(wěn)步提升。3.3導電劑碳納米管：補足4680體系短板，替代傳統(tǒng)導電劑趨勢確立導電劑可提升電子導電率，是提高正負極的導電性的必要手段。導電劑可以增加活性物質(zhì)之間的導電接觸，提升電子在電極中的傳輸速率，從而提升鋰電池的倍率性能和改善循環(huán)壽命。鋰電池正極活性材料多為過渡金屬氧化物或者過渡金屬磷酸鹽，他們通常是半導體或者絕緣體，導電型較差，必須加入導電劑改善導電型能；負極石墨材料的導電型稍好，但在多次充放電中石墨材料的膨脹收縮使石墨顆粒間的接觸減少，間隙增大，甚至脫離集電極，部分失去活性無法參與電極反應，所以也需要加入導電劑保持循環(huán)過程中的負極材料導電型穩(wěn)定。鋰電池目前常用的導電劑主要包括炭黑類、導電石墨類、VGCF（氣相生長碳纖維）、碳納米管以及石墨烯等。其中，炭黑類、導電石墨類和VGCF屬于傳統(tǒng)的導電劑，碳納米管和石墨烯屬于新型導電劑材料，不同類型導電劑由于空間結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形貌、接觸面積不同，其導電性能和對鋰電池能量密度、倍率性能、壽命性能和高低溫性能影響不同。石墨烯通常和純碳納米管復合成石墨烯復合導電漿料用于磷酸鐵鋰動力電池，鎳鈷錳三元動力電池上則直接使用碳納米管。碳納米管相比炭黑性能優(yōu)勢顯著。1）延長鋰電池循環(huán)壽命：碳納米管作為空心管狀結(jié)構(gòu)，能夠提升極片的吸液性，從而降低電池使用過程中的電解液損耗，從而提升其壽命性能；

2）提升能量密度：同等效果目標下，碳納米管的用量僅為傳統(tǒng)導電劑的1/6~1/2，碳納米管導電劑添加量最低可達0.5%左右，并能降低PVDF粘接劑的用量，從而提高正極活性物質(zhì)的占比，進而提升鋰電池能量密度，等效提升能量密度；

3）提升鋰電池倍率，改善快充性能：碳納米管具有更優(yōu)的導電性能，由于碳納米管形貌為一維管狀結(jié)構(gòu)，長徑比和比表面積大，作為導電劑能與活性物質(zhì)形成線接觸并能固定正極材料，相較于炭黑導電性能更優(yōu)，能有效提升鋰電池倍率性能，提升充放電效率，改善快充性能。4）高溫性能更優(yōu)：由于碳納米管有著優(yōu)異的導熱性能，能夠?qū)㈦姵刂械臒崃枯^好傳導出來，提升電池的高溫性能。補足高鎳硅基體系導電性能及倍率短板，高能量體系內(nèi)加速替代炭黑。高鎳+硅基是動力電池突破能量密度瓶頸的主線，由于高鎳三元正極材料及硅基負極材料的導電性能相對較差（硅基負極導電型弱于天然及人造石墨）且倍率較低，為盡可能降低對動力電池能量密度和循環(huán)壽命的影響，需要添加導電性更為優(yōu)異的碳納米管導電劑來提升導電性能、改善循環(huán)壽命、提升倍率。目前碳納米管導電漿料在硅基負極中表現(xiàn)出良好的性能：1）碳納米管高的機械強度能夠提高硅基負極材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在外力的作用下結(jié)構(gòu)不易破壞，降低硅材料膨脹帶來的危害；2）碳納米管優(yōu)異的導電性能，可彌補硅基負極導電性差的不足；3）碳納米管極大的比表面積可以有效的緩解硅基負極在鋰離子脫嵌過程中硅材料結(jié)構(gòu)的坍塌。綜合來看，CNT有望在高能量電池材料體系中加速對傳統(tǒng)炭黑導電劑的替代。CNT需求4年3倍，龍頭充分受益。國內(nèi)2021年CNT漿料出貨量為7.80萬噸，同比增長62%，16-21年CAGR達42%，主要受益于：1）動力電池市場的高速增長；2）三元高能量密度材料體系占比的提升（三元動力鋰電池新型導電劑主要以碳納米管為主）；未來伴隨電動車快充性能需求提升以及高鎳硅碳占比提升拉動，根據(jù)GGII預測，多壁碳納米管漿料2025年出貨量有望達32萬噸，21-25年CAGR達42%。國內(nèi)碳納米管廠商主要由天奈科技、集越納米、德方納米等，天奈科技對比同業(yè)具備技術(shù)和產(chǎn)能優(yōu)勢，2021年出貨量市占率達43%是行業(yè)絕對龍頭，有望充分受益行業(yè)增長趨勢。單壁碳納米管相比多壁碳納米管使用效用事半功倍，有望成為下一代導電劑。目前，國內(nèi)碳納米管廠主要的競爭點是制備長徑比（更大）、純度（更高），現(xiàn)階段市場上的碳納米管基本為多壁碳納米管，而單壁碳納米管因為直徑更小、長徑比更大，理化性能更優(yōu)、導電性能更好、添加量更少，對能量密度和循環(huán)壽命提升效果更為明顯。根據(jù)OCSiAl數(shù)據(jù)，低于0.1％的TUBALL?單壁碳納米管添加量即可提供更高的能量密度，多壁碳納米管或炭黑添加量是其5-50倍。在目前電動汽車電池包中，僅100g的TUBALL?單壁碳納米管就可代替5kg的導電炭黑。1）解決硅基材料負極循環(huán)壽命差的問題，從而提升硅材料摻雜率上限，最終帶來電池能量密度的提升：單壁碳納米管具有高附著力，對硅基材料膨脹的忍受程度強，可延長硅負極循環(huán)壽命4倍，相比其他傳統(tǒng)導電劑更適用于硅基負極材料中，在加入低劑量的情況下即可在材料內(nèi)部形成發(fā)達網(wǎng)絡的能力，覆蓋硅顆粒表面并在硅顆粒之間建立高度導電和持久的連接，大幅提升負極硅材料摻雜率的理論上限，為硅負極提高能量密度保駕護航。目前單壁碳納米管可以制造出內(nèi)部含有20%SiO的硅基負極，使其比容量提高至600mAh/g，循環(huán)次數(shù)達到1500。此外，OCSiAl研發(fā)團隊測試結(jié)果驗證，可以將負極中的SiO含量提高到90％；

2）在正極中有做導電劑提高關鍵參數(shù)：單壁碳納米管的性能優(yōu)于其他導電劑，在鋰離子電池中提供放電功率、能量密度、附著力安全等方面的性能，其對性能的提升大幅領先傳統(tǒng)的導電添加劑炭黑或多壁碳納米管。3.4電解液LiFSI：高鎳三元領域，有望替代傳統(tǒng)六氟磷酸鋰電解液是鋰電池重要主材，目前LiPF6是常用的電解質(zhì)。電解液是鋰電池四大主材之一，電解液在鋰離子電池正、負極之間起到傳導鋰離子的作用，是鋰離子電池的“血液”，對鋰離子電池的能量密度、比容量、工作溫度范圍、循環(huán)壽命和安全性能等起到重要作用。電解液也由溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和添加劑按一定比例配置而成。鋰鹽決定了電解液的基本理化性能，是電解液成分中對鋰離子電池特性影響最重要的成分。根據(jù)性能要求不同，鋰鹽可以采用單一種類鋰鹽、混合鋰鹽或把另一種鋰鹽作為添加劑。目前考慮到成本、安全性等因素，LiPF6憑借其較高的電化學可靠性、室溫范圍工作要求以及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模效應帶來的價格優(yōu)勢，成為目前最為常用的電解質(zhì)鋰鹽。LiFSI混合LiPF6全方位提升電池的極端溫度性能、充放電性能、循環(huán)壽命和安全性能。LiPF6目前存在低溫放電和高溫性能差的情況，LiFSI與LiPF6相比，具有更好的熱穩(wěn)定性、電化學穩(wěn)定性，以及更高的電導率，若將LiFSI作為電解質(zhì)與LiPF6配比加入到電解質(zhì)中，能夠顯著改善循環(huán)壽命，提升電動車在夏冬的續(xù)航與充放電功率，并改善新能源汽車在極端條件下的安全性。1）更好的低溫放電和高溫性能保持能力。鋰離子動力電池電解液的低溫和高溫性能是影響新能源電動汽車在極端溫度下性能的重要因素，決定著鋰離子動力電池及新能源電動汽車在低溫或高溫條件下的性能表現(xiàn)。添加有LiFSI的電解液可有效提升新能源電池在極端溫度條件下的適應能力，從而提升新能源電動汽車的高溫或低溫環(huán)境中的動力表現(xiàn)與續(xù)航能力，增加了新能源電動汽車的應用場景。2）更長的循環(huán)壽命。LiFSI具有非常穩(wěn)定的化學性質(zhì)，并且能與正極和負極形成穩(wěn)定的SEI膜（首次充放電時在電極材料與電解液之間形成的膜），減少了電極與電解液之間副反應發(fā)生的可能性，從而有利的保障了正極和負極的循環(huán)穩(wěn)定性。添加有LiFSI的電解液在充放電過程中對電池材料的損耗較少，可以增加鋰離子動力電池的充放電次數(shù)，提升新能源電動汽車動力電池的使用壽命。3）更高倍率放電性能。大電流高倍率放電是鋰離子動力電池的重要性能指