电力设备及新能源行业深度报告：4680电池量产在即，优质供应率先受益

行业深度报告 4680电池量产在即，优质供应率先受益 电力设备及新能源 2022年12月02日 强于大市（维持） 行情走势图 证券分析师 皮秀投资咨询资格编号 S1060517070004010-56800184 PIXIU809@pingan.com.cn 平安观点： 圆柱电池成就特斯拉行业领先地位，4680圆柱电池量产在即。圆柱电池 兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位。4680圆柱电池性能优异，具有高比能量、快充、高安全、低成本和长寿命等特性，适配中高端乘用车。特斯拉到年底有望实现4680圆柱电池6.8-10.2GWh年化产能，可装配9.0-13.7万辆ModelY。 46系大圆柱电池极具降本增效潜力，预计25年全球市场超200GWh。 降本方面，预测4680圆柱电池生产和设备投资成本有望砍半；超高镍和硅碳负极实现降本比例达11%和6%；干法电极技术减少电池极片生产工序，实现降本增效；目前特斯拉已实现负极干法电极量产。增效方面，大圆柱全极耳方案减小内阻和增加热传导，可将快充时间降至15分钟内；46系大圆柱电池一致性高，成组时相互接触面积小，热失控阻隔性好，安全性高；圆柱结构适配超高镍正极/硅碳负极，提升电池能量密度。市场方面，特斯拉已实现4680圆柱电池批量试产，预计2025年其4680圆柱动力电池市场需求量将达到167.8GWh，装车数量接近150万辆，占特斯拉当年电动汽车销量的37.2%；预计2025年全球46系大圆柱电池装机规模将超过200GWh，市场规模超过千亿元。 46系大圆柱电池及上游材料企业有望率先受益。特斯拉2023年将迎来 4680圆柱电池大规模量产，国内电池企业、材料企业相继跟随布局，将对相关大圆柱电池企业、材料的技术路线和竞争格局产生深远影响。未来在46系大圆柱电池制造，上游不可或缺的超高镍正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐LiFSI等领域具有技术领先、产品成熟度高、海外业务与产线布局等优势的企业有望率先受益。 投资建议：46系大圆柱电池方向，建议关注圆柱电池技术积累深厚，国内圆柱电池龙头企业亿纬锂能；超高镍正极材料方向，建议关注超高镍产品技术积累深厚，韩国万吨级新产线投产的高镍三元龙头企业容百科技和上下游一体化布局、海外客户充足且已供货特斯拉的三元前驱体龙头企业中伟股份；硅碳负极材料方向，建议关注硅碳负极龙头，正负极技术实力均领先、长期供货松下等头部圆柱制造商贝特瑞；新型锂盐 LiFSI方向，建议关注率先布局LiFSI产业链、供货特斯拉且在海外已有布局的天赐材料。 风险提示：新能源汽车下游需求不及预期；46系大圆柱电池降本不及预期；新型材料成本下降不及预期。 行业报 告 行业深度报 告 证券研究报告 请通过合法途径获取本公司研究报告，如经由未经许可的渠道获得研究报告，请慎重使用并注意阅读研究报告尾页的声明内容。 正文目录 一、过往历史：圆柱电池成就特斯拉行业领先地位，4680圆柱电池量产在即2 1.1起源：圆柱电池兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位2 1.2性能：4680圆柱电池性能优异，大规模量产在即3 二、发展趋势：46系大圆柱电池极具降本增效潜力，预计25年全球市场超200GWh5 2.1降本：超高镍/硅碳、干法电极助力46系大圆柱电池持续降本5 2.2增效：46系大圆柱电池具备快充、高安全、高比能优势6 2.3市场：预计25年46系大圆柱动力电池需求量将超过200GWh9 三、产业链机遇：46系大圆柱电池及上游关键材料企业有望率先受益12 3.146系大圆柱电池：特斯拉领衔研发生产，头部电池厂商纷纷加码跟随12 3.2超高镍正极材料：高镍正极材料快速发展，超高镍产品有望批量供货14 3.3硅碳负极材料：有效提升能量密度，天生适配圆柱电池18 3.4新型锂盐LiFSI：电化学性能优越，未来市场需求广阔20 四、投资建议23 五、风险提示24 图表目录 图表1锂离子电池工作原理2 图表2常见动力电池封装工艺及材料2 图表32015-2022H1全球及中国圆柱动力电池装机量（GWh）3 图表42015-2022H1特斯拉汽车产量（万辆）3 图表5圆柱、方形、软包动力电池单体能量密度演进3 图表6特斯拉和LGES动力电池解决方案4 图表7特斯拉电动汽车与电池匹配情况4 图表8特斯拉电池系统生产成本和设备投资成本降本目标5 图表946系大圆柱成本结构及更换超高镍和硅碳负极之后成本比较（元/Wh）6 图表10全极耳工艺优势7 图表11三类封装工艺技术对比7 图表12圆柱圆弧表面可实现热失控时较少自蔓延试验示意图和温度变化数据8 图表13特斯拉4680、松下21700、LGES21700三类圆柱电池性能对比及增进空间8 图表14各电池制造企业46系大圆柱电池量产计划9 图表15特斯拉未来电动汽车销量预测9 图表16特斯拉4680圆柱电池市场需求预测10 图表17整车厂4680圆柱电池布局情况11 图表18全球46系大圆柱电池市场需求预测11 图表1946系大圆柱电池制造企业技术路线及进展12 图表2046系大圆柱电池市场规模（GWh）13 图表212021年全球圆柱电池市场竞争格局13 图表2246系大圆柱电池制造企业供应链关系梳理13 图表23NCM、NCMA0.01、NCMA0.02、NCA电池循环性能对比14 图表24中国三元正极材料企业高镍三元产品性能梳理15 图表252021-2025年中国高镍三元材料产量预测15 图表262021年各企业8系三元材料出货量占比15 图表27高镍三元正极材料相关企业供应链关系及进展16 图表282018-2022H1高镍三元正极头部企业境外营收金额对比（亿元）17 图表29高镍三元正极材料企业海外产能布局17 图表30负极材料企业硅碳负极材料产品性能梳理18 图表31国内硅碳负极材料出货量及增长率19 图表32国内硅碳负极材料渗透率变化19 图表33中国硅碳负极头部企业梳理19 图表342018-2022H1负极材料头部企业境外营收金额对比（亿元）20 图表35负极材料企业海外产能布局20 图表36六氟磷酸锂和新型锂盐LiFSI性能比较21 图表372021-2025年全球LiFSI需求量及预测21 图表382020年全球LiFSI产能结构占比情况21 图表39各企业固态LiFSI产能梳理22 图表402018-2022H1电解液头部企业境外营收金额对比（亿元）22 图表41电解液企业海外产能布局23 图表4246系大圆柱电池产业链相关标的业绩情况（亿元）24 一、过往历史：圆柱电池成就特斯拉行业领先地位，4680圆柱电池量产在即 1.1起源：圆柱电池兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位 动力电池专指为电动汽车辆提供动力的蓄电池，有圆柱、方形和软包三种封装形式。目前动力电池主要有锂离子电池、镍氢电池和铅酸电池，其中锂离子电池占比超过99%，具有高能量密度、高循环寿命、高倍率、自放电小等优势。锂离子电池 是指以锂为能量载体的二次电池（充电电池），主要依靠锂离子在正极和负极之间移动实现充放电。不同类型锂离子电池的结构和充、放电原理基本相同，区别主要在正极材料。目前已经量产的动力电池按照封装工艺主要分为圆柱、方形和软包三种。 动力电池按正极材料的不同分三元电池和磷酸铁锂电池。三元正极材料是指由镍、钴、锰（或者铝）组成的正极材料，一般指化学方程式为LiNixCoyZ1-x-yO2的材料。其中，当Z为Mn（锰）时，该三元正极材料为NCM，当Z为Al（铝）时，该三 元正极材料为NCA。而111、523、622和811等型号则指的是NCM材料中Ni/Co/Mn的摩尔系数比例，比如622中的Ni：Co：Mn的比例为6：2：2，分子式为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。 图表1锂离子电池工作原理图表2常见动力电池封装工艺及材料 资料来源：平安证券研究所资料来源：电子发烧友，LGES，搜狐网，平安证券研究所 圆柱动力电池的发展可以按照电池尺寸划分为三代产品。 第一代18650圆柱动力电池（2008年）。以松下18650圆柱电池为主，初期采用钴酸锂（LCO）+石墨方案，供应特斯拉 Roasder。之后松下将电池容量从2Ah提升至4Ah，化学体系改为镍钴铝（NCA）+石墨，开始在特斯拉ModelS/X上规模化应用。 第二代21700动力电池（2017年）。为进一步降本增效，2017年特斯拉与松下共同研发出21700圆柱电池，并应用于特斯拉Model3，该电池采用镍钴铝（NCA）+硅碳方案，能量比18650提升50%，系统成本下降8%（从185美元/kWh下降 至170美元/kWh）。 第三代4680动力电池（2019年）。2019年，特斯拉申请4680大圆柱电池专利。2020年9月，特斯拉率先发布无极耳、硅负极、无钴4680电池，材料体系为镍锰（NMx）+硅碳方案，预计单体能量比21700提升5倍，整车续航里程提升16%、 功率提升6倍，度电成本降低14%，从10%充电至80%仅需15分钟，而21700电池充电池至70%需要25分钟。特斯拉 标准航版装车690个4680电池，使用21700需要4416个，通过减少电池数量，BMS监控系统、冷却系统成本均可下降。 2022年5月，特斯拉宣布拟正式向普通用户交付4680电池版ModelY，同时也要求松下加快开发和供应4680电池。 特斯拉以圆柱电池起家，助推圆柱动力电池装机量保持高速增长势态。从全球来看，全球圆柱动力电池绝大多数应用于特斯 拉，在2020年以前，全球圆柱动力电池装机量增速与特斯拉汽车产量变化趋势近似。2020年特斯拉上海工厂建成投产后，引入宁德时代方形磷酸铁锂电池，导致圆柱电池装机量增速小于特斯拉整体汽车产量增速。2018年，圆柱电池依托特斯拉汽车的畅销实现快速放量，增速达到104%。2021年特斯拉产能进一步扩大，全球圆柱动力电池装机量约58GWh，主要来自于松下、LGES。从国内来看，2017-2019年，国内圆柱动力电池承压，主要系补贴退坡导致乘用车车企加速淘汰、车规级电池产能稀缺、方形电池企业市场集中度上升挤压圆柱电池市场所致。2020年，国内圆柱动力电池销量回暖，主要系特斯拉国产车投产放量，LGES南京基地配套特斯拉量产21700圆柱电池；2022H1，圆柱动力电池装机量约为4.43GWh，同比下降17%，主要系LGES配套特斯拉ModelY/3的数量下降所致。 图表32015-2022H1全球及中国圆柱动力电池装机量 （GWh） 图表42015-2022H1特斯拉汽车产量（万辆） 全球装机量 中国装机量 全球增长率 70 60 50 40 30 20 10 0 20152016201720182019202020212022H1 120% 80% 40% 0% 100 80 60 40 20 0 特斯拉产量 增长率 20152016201720182019202020212022H1 160% 120% 80% 40% 0% 资料来源：GGII，SNEResearch，平安证券研究所资料来源：特斯拉财报，平安证券研究所 1.2性能：4680圆柱电池性能优异，大规模量产在即 4680圆柱电池具有高比能量、快充、高安全、低成本和长寿命等特性，适配中高端乘用车。 圆柱动力电池通过三元正极材料升镍降钴，石墨负极掺氧化亚硅，单体电池能量密度持续领先。圆柱电池逐步从钴酸锂发展 为镍钴铝/镍钴锰，再到无钴正极（NMx），负极硅碳负极应用逐渐成熟，电池能量密度逐年稳步提升至300Wh/kg，在三种封装工艺中单体能量密度持续领先。依据UCSanDiego数据，目前特斯拉量产的4680圆柱电池采用高镍三元正极+人造石墨负极，单体能量密度达到244Wh/kg。 图表5圆柱、方形、软包动力电池单体能量密度演进 4680,NMx/Si-Gr 软包,NCM811/Gr-Six 21700,NCA/