电力设备及新能源行业深度研究报告：4680大圆柱专题：极致设计、极致安全、极致制造

4680大圆柱专题：极致设计、极致安全、极致制造 电力设备及新能源 推荐维持评级 核心观点 4680大圆柱的诞生背景？后补贴时代，性价比为王，4680大圆柱电池应运而生，通过电芯设计、电芯工厂、正负极材料以及整车电池一体化这五个方面，4680电池整体成本可以下降56%。预计未来大圆柱将替代部分软包和方形的市场份额。 4680有哪些突出优势？1）能量密度高：4680容量是2170电芯5倍，仅外形尺寸变化，能量密度可以上升10%，换用硅碳负极，能量密度上升20%至300wh/kg以上；2）安全可靠：圆柱电池周边隔热能力更强。4680采取顶部水冷和侧面水冷相结合的方式。无极耳设计进一步提高散热性；3）快充优势：4680电池不仅从材料体系适配快充，同时改变结构提高充电倍率，比如采用全极耳设计。 哪些企业入局4680？特斯拉进展最快，目前已装车ModelY，除自供外，松下、LG、宁德为其4680的潜在供应商。宝马计划2024-2025年开始大批量生产搭载4680的电动车。亿纬锂能在动力锂电池领域已布局三元圆柱，进军4680有技术储备，2021年宣布与StoreDot联合开发4680和4695两大圆柱电池路线，预计2024年有望量产。此外，参与方还有戴姆勒、苹果、Lucid、Rivian、小鹏、蔚来、一汽、江淮、比克、蜂巢等，全球掀起4680热潮。 首席分析师周然 ：（8610）80927636 ：zhouran@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130514020001 电力设备及新能源指数表现 4680市场空间有多大？除Model3，特斯拉全部车型都计划采用或部分采用4680，尤其是高性能版和长续航版以及Cybertruck和Semi。预计2025年特斯拉4680车型销量有望达到121万辆，对应电池装机量约178GWh，当年车辆渗透率接近30%，2022-2025年特斯拉4680装机量的复合增速高达186%。叠加宝马等放量，保守预测2025年4680电池装机量将超过200GWh。 4680引领哪些新趋势？1）超高镍多元正极：NCMA四元材料在提升镍含量的同时兼顾了降本和材料稳定性。国内高镍正极竞争格局较为集中，CR5达到 0% 21-12 22-02 22-04 22-06 22-08 -5% -10% -15% -20% -25% -30% -35% -40% 电力及新能源设备沪深300 86.4%，当升科技是其中的佼佼者；2）硅碳硅氧负极：理论最高克容量可达 4200mAh/g，是石墨的10倍多，目前量产克容量已超过400mAh/g。国内实现硅基负极量产及批量供货的企业有杉杉股份、贝特瑞；3）单壁碳管导电剂：碳纳米管可以缓解硅负极膨胀问题，改善循环性能，减少电解液损耗，提升寿命性能。单壁碳纳米管性能更优。天奈科技正在积极研发相关产品；4）制造工艺要求提升：独创干电池涂布、极片极耳切割一体化、激光焊接以及CTC结合一体化压铸方面，与传统圆柱相比，存在较为明显的差异化方案。 风险提示：4680大圆柱电池技术突破进展不达预期的风险；电池相关产能扩产不达预期的风险；采用4680电池的电动车销量不及预期的风险等。 重点公司盈利预测与估值 EPSPE 资料来源：wind，中国银河证券研究院 相关研究 1、【银河电新周然】电新行业_2022年中期投资策略：政策暖风徐徐来，技术革新创未来_220630 股票代码股票名称 2021A2022E2023E2021A2022E2023E 投资评级 2、【银河电新周然团队】电力设备及新能 300014.SZ 亿纬锂能 1.53 1.76 3.31 62.1 54.0 28.7 推荐 源行业_2022年投资策略_“双碳 300073.SZ 当升科技 2.15 3.21 4.53 36.1 24.2 17.1 推荐 启，新能源独领风骚_211215 835185.BJ 贝特瑞 2.97 3.17 4.56 19.7 18.5 12.9 推荐 688116.SH 天奈科技 1.27 2.41 4.69 95.4 50.3 25.8 推荐 ”大周期开 行业深度研究报告 ●电力设备及新能源 2022年9月8日 资料来源：wind，中国银河证券研究院（股价选用2022年9月8日收盘价） www.chinastock.com.cn证券研究报告请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 目录 一、4680冲击电芯格局2 （一）补贴退坡性价比为王，4680降本增效2 （二）安全要求日益提高，4680热管理升级8 （三）快充成未来趋势，4680高倍率优势明显12 （四）大势所趋，特斯拉等头部企业争相入局15 二、4680引领技术变革19 （一）正极：超高镍多元19 1、适配度高，加快布局19 2、生产工艺升级21 （二）负极：硅基材料24 1、硅基负极蓄势待发24 2、硅碳硅氧各具优势27 3、改性方法：纳米化、碳复合、预锂化29 4、产业化布局提速33 （三）其他材料未来趋势34 1、导电剂单壁碳管34 2、新型锂盐LIFSI38 3、复合铜箔PET39 4、大尺寸钢制电池壳43 三、4680提升工艺要求44 （一）4680电池结构及流程工艺44 （二）4680生产工艺的差异化45 1.独创干电极涂布45 2.极片极耳切割一体化47 3.激光焊接难度升级48 4.CTC结合一体化压铸50 四、推荐标的57 （一）亿纬锂能57 （二）当升科技58 （三）贝特瑞59 （四）天奈科技60 五、风险提示61 六、附录61 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。1 一、4680冲击电芯格局 2020年9月22日，马斯克在特斯拉电池日上发布了第三代4680电芯（前两位数字代表 直径46mm，后两位代表高度80mm），相比2170直径增大两倍以上，容量是2170电芯的5倍，续航提升16%，功率提高6倍。大圆柱的优势体现在高性价比、高安全性以及快充性能潜力等方面，预计未来将替代部分软包和方形的市场份额。 图1：特斯拉4680锂电池 资料来源：特斯拉电池日，中国银河证券研究院 （一）补贴退坡性价比为王，4680降本增效 2020年-2022年，我国新能源汽车的补贴标准较上一年分别退坡10％/20％/30％。根据 《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，2022年之后上牌的车辆或将不再享受补贴（在经济下行压力下，工信部等部门正在研究继续延续补贴至2023年的方案）。 图2：近年新能源汽车补贴政策标准（万元） 7 6 5 4 80≤R＜100100≤R＜150 150≤R＜200200≤R＜250 250≤R＜300300≤R＜400 400≤R 3 2 1 0 20132014201520162017201820192020202120222023 资料来源：中华人民共和国财政部，中国银河证券研究院 动力电池成本占电动车成本约40%，动力电池降本对电动车降本贡献最大。后补贴时代，动力电池降本压力增大。锂离子电池成本持续下降。根据BloomerNEF数据，锂离子电池组价格从2014年到2021年下降了77.6%，从2017年到2021年下降了40%，加权平均值达到132$/kWh。降本通过多方面入手，电池材料体系优化、电池工艺优化、电池封装方式、系统集成方式的改变，提高能量密度的同时降低制造成本。电池成本下降主要来源于能量密 度的提升，根据工信部披露第一批次纯电动乘用车数据统计，从2017年到2021年提高了 49%，相当于成本下降33%。 全球锂电池成本（$/kWh） 能量密度（Wh/kg） 图3：锂离子电池组的能量密度及成本 600 500 400 300 200 100 200 160 120 80 40 3 00 20142015201620172018201920202021 资料来源：BloomberNEF，中国银河证券研究院 白名单补贴政策助推方形占比提升。2015年3月，国家工信部发布了《汽车动力蓄电池行业规范条件》，进入推广目录的车企才能获得补贴，国内企业深度受益。2017年宁德时代增长6倍成为国内电池装机量第一，带动方形电池出货量占比增加。LG、SKI等韩国软包龙头企业排除在白名单之外，导致其主推的软包路线在国内份额持续下滑。海外市场，2020年欧洲电动车渗透率提升，带动LG软包电池海外放量。 表1：不同封装方式电芯性对比 资料来源：孚能科技招股书，《硅碳复合负极材料的制备及全电池工艺研究》王淑婷，中国银河证券研究院 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 圆柱标准化优势进 军动力领域 圆柱受挤压转战电动 工具、两轮车 特斯拉国产车 型配套圆柱带动圆柱放量 日韩软包无补贴，份 额持续下滑 宁德时代方形电池补贴受益，装机量翻6倍，成为国内第一 图4：不同封装类型的电池占比变化 100% 80% 60% 中国 40% 20% 0% 201520162017201820192020 欧洲电动车渗透率提升，LG软包电池放量 拉全球崛起 松下伴随特斯 100% 80% 60% 海外 40% 20% 0% 资料来源：GGII，中国银河证券研究院 方形软包圆柱 圆柱电池早期凭借其型号统一、标准化生产在动力市场站稳脚跟。2017年，由于性价比不占优势，圆柱电池转战电动工具、电动两轮车领域。2020年，国产特斯拉model3等车型销量带动LG以及松下的圆柱电池在国内动力电池出货量提升，圆柱重返动力市场。2017年松下伴随特斯拉全球崛起，海外圆柱份额快速上升。 图5：特斯拉4680降本方案 资料来源：特斯拉电池日，中国银河证券研究院 特斯拉致力于从电芯设计、电芯工厂、正负极材料以及整车电池一体化五个方面来实现 电池的降本增效。特斯拉预计这套综合方案可将电池整体成本下降56%。按照48万元/吨碳酸锂价格推算，以当前配套工业化水平，4680大圆柱系统综合成本已经降至0.90元/wh以下 （2170圆柱约0.95元/wh），但与方形电池仍存在差距。未来随着材料工艺持续升级、生产节拍提速，4680成本将有望与方形电池持平或更低，进而扭转圆柱颓势。 1、电芯设计 仅外形尺寸变化，4680每千瓦时的成本较2170降低14%。单个电芯电量随体积增大提升至5.48倍，外壳用料增加不到3倍。更少的电芯数量降低了组装时间，提升了成组效率，进一步带来成本优势。仅外形尺寸变化，能量密度可以上升10%；换用硅碳负极，能量密度上升20%至300wh/kg以上。 图6：1865/2170/4680电池实物图 资料来源：特斯拉官网，中国银河证券研究院 表2：2170/4680电池性能对比 材料体系 2170石墨+高镍 4680石墨+高镍 4680 硅碳+高镍 单个电芯性能 容量/Ah 5 27.5 30 电压/V 3.6 3.6 3.6 能量/wh 18 99（+450%） 108（+500%） 重量/g 70 350（+400%） 350（+400%） 体积/L 0.024 0.133（+448.4%） 0.133（+448.4%） 能量重量密度 /wh/kg 257 283（+10.0%） 309（+20.0%） 能量体积密度/wh/L 743 745（+0.3%） 813（+9.4%） 电芯成组性能 成组类型 4个模组 无模组 无模组 电芯数量 4416 960 960 电芯面积/mm2 1.53 1.59 1.59 模组面积/mm2 2.71 2.57（-5.0%） 2.57（-5.0%） 电芯占比 56% 62%（+9.7%） 62%（+9.7%） 电芯总容量/kwh 82 95（+15.9%） 104（+26.4%） 系统质量/kg 474 438（-7.6%） 438（-7.6%） 系统能量密度173 217（+25.4%） 237（+36.8%） /w