先进制造行业周报：4680大圆柱电池将带来哪些设备投资机会？

4680大圆柱电池将带来哪些设备投资机会？ 行业评级：增持 分析师：邹润芳 证券执业证书号：S0640521040001 研究助理：闫智 证券执业证书号：S0640122070030 分析师：卢正羽 证券执业证书号：S0640521060001 研究助理：唐保威 证券执业证书号：S0640121040023 行业报告：先进制造行业周报 2023年2月5日 中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分 股市有风险入市需谨慎 重点推荐：奥联电子、航锦科技、华伍股份、金辰股份、天通股份、捷佳伟创、双良节能、高测股份、天准科技、联赢激光、骄成超声、科德数控 核心个股组合：奥联电子、航锦科技、华伍股份、协鑫能科、双良节能、西子洁能、联赢激光、骄成超声、东威科技、奥特维、罗博特科、高测股份、宇晶股份、百利科技、至纯科技、先导智能、杭可科技、星云股份、天宜上佳、迈为股份、捷佳伟创、金辰股份、航锦科技、禾望电气、科威尔、绿的谐波、埃斯顿 本周专题研究：2023年1月，特斯拉宣布将投资36亿美元扩建内华州超级工厂，其中包含年产能100GWh的4680电池工厂，适配轻量车的同时也将用于储能领域。伴随全极耳在模切、揉平、焊接等工艺难点的解决，4680电池有望在2023年迎来量产元年，据各公司披露进展情况统计，我们预计2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，按照每GWh约2亿元的设备投资额测算，2025年对应新增设备市场空间约508亿元。当前时点为4680大圆柱电池量产前夕，应当重视工艺变化带来的锂电设备增量投资机会，建议关注激光焊接设备龙头【联赢激光】、极耳切割设备龙头【海目星】、4680后段设备龙头【杭可科技】、4680卷绕/组装等核心设备供应商【先导智能】、超声波焊接设备龙头【骄成超声】等。 重点跟踪行业： 锂电设备，全球产能周期共振，预计21-25年年均需求超千亿，国内设备公司优势明显，全面看好具备技术、产品和规模优势的一二线龙头； 光伏设备，设备迭代升级推动产业链降本，HJT渗透率快速提升，同时光伏原材料价格下降有望刺激下游需求，看好电池片、组件设备龙头； 换电，2025年换电站运营空间有望达到1357.55亿元，换电站运营是换电领域市场空间最大的环节，看好换电站运营企业； 储能，储能是构建新型电网的必备基础，政策利好落地，发电、用户侧推动行业景气度提升，看好电池、逆变器、集成等环节龙头公司； 半导体设备，预计2030年行业需求达1400亿美元，中国大陆占比提高但国产化率仍低，看好平台型公司和国产替代有望快速突破的环节； 自动化，下游应用领域广泛的工业耗材，市场规模在400亿左右，预计2026年达557亿元，看好受益于集中度提高和进口替代的行业龙头； 氢能源，绿氢符合碳中和要求，光伏和风电快速发展为光伏制氢和风电制氢奠定基础，看好具备绿氢产业链一体化优势的龙头公司； 工程机械，强者恒强，建议关注行业龙头，看好具备产品、规模和成本优势的整机和零部件公司。 特斯拉4680进展超预期，今年或为量产元年。1）现产能进展：德州超级工厂共布局4条4680电池生产线，一条已投产，其余三条正安装调试；22年底加州特里蒙特工厂周产达86.8万个电芯，对应约1000ModelY；2）产能规划：2023年1月，特斯拉宣布将投资36亿美元扩建内华州超级工厂，其中包含年产能100GWh的4680电池工厂，适配150万辆轻型车，同期扩产的Semi工厂也有望适配，此外，马斯克表示4680电池将应用于储能领域。 图表1：主要电池厂商4680电池生产进展 主要电池厂 4680电池进展 特斯拉 2022Q3的4680电池产量较2022Q2翻3倍，每周电池包产量达到1000套以上。2023年1月表示4680电池将应用于储能领域。1、内华达州工厂：2023年1月，特斯拉宣布将投资36亿美元扩建内华达州超级工厂，其中包含年产能100GWh的4680电池工厂，适配150万辆轻型车，同期扩产的Semi工厂也有望适配；2、加州工厂：2022年底加州特里蒙特工厂周产能达86.8万个电芯，对应约1000辆ModelY；3、德州工厂：特斯拉得州超级工厂共布局4条4680电池生产线，一条已投产，其余三条正安装调试。 松下 2022年5月已开始小量试产4680电池，已交付4680样品于特斯拉；计划于2023年在和歌山建立两条4680生产线，产能达10GWh；计划在2024年中期完成4680电池的产品开发、中试线生产，并开始搭建4680电池量产线的相关设备，在日本进行大规模商业化生产。 LG 21年3月，LG化学已经开始建社4680电芯试生产线；2022年6月，LG新能源宣布将投资5800亿韩元用于在韩国新建4680电池生产线，年产能为9GWh，将为特斯拉供货。 SDI 2022年6月，三星SDI在韩国天安工厂准备一条试验线，以测试将向特斯拉供应的4680电池，年产能略低于1GWh；若试生产成功，且特斯拉明确表示将购买其所有的电池，三星有望于三星SDI马来西亚Seremban电池厂建造大规模4680产线。 宁德时代 目前规划了12GWh的4680电池产能，预计2024年开始量产；2022年9月，宁德时代与宝马集团宣布达成一项长期协议，从2025年开始宁德时代将为宝马集团“新世代”纯电车型供应46毫米的新型圆柱电池，产品将在位于中国和欧洲的两座电池工厂生产，每座工厂供应宝马的年产能高达20GWh。 亿纬锂能 2022年8月公告拟投43.75亿元用于年产20GWh大圆柱46系列动力储能锂离子产能建设；2022年9月收到德国宝马集团定点信，将为德国宝马集团NeueKlasse系列车型提供大圆柱锂离子电芯；2022年底亿纬锂能首个大圆柱20GWh湖北荆门工厂即将建成，公司陆续规划了包含四川成都、辽宁沈阳和欧洲匈牙利的工厂，根据披露的量产规划，预计2023年释放20GWh，2024至40GWh，2025年大圆柱总产能规划超过100GWh。 比克电池 2020年推出4680电池样品，2022年初宣布与江淮汽车联合开发4680电池；2023年1月，比克电池总投资130亿元的常州生产基地正式签约，总占地面积450亩，一期规划建设3条大圆柱电池产线及国际化研发中心，基地建成后产能将达30GWh。 4680电池为新一代圆柱电池，具有高能量密度、高输出功率、高续航里程、低成本等优势。锂离子电池结构主要分为圆柱、方形和软包三种，4680电池是特斯拉推出的直径为46mm，高度为80mm的新一代圆柱电池，相比于此前应用较多的2170圆柱电池，其增大尺寸的同时能量密度提升5倍、输出功率提升6倍、续航里程提升16%、而成本降低14%。4680电池系统采用无模组设计，约由960个电芯组成，能量密度为215wh/kg；而传统2170电池系统由4个模组、4400多个电池组成，能量密度为170wh/kg。 图表2：相比2170电池，4680电池能量密度提升5倍、输出功率提升6倍、续航里程+16% 图表3：2170电池与4680电池主要参数对比 2170电池 4680电池 单电池重量（g）68.64 352.44 电池数量（个）4416 960 电池系统重量（kg）474 438 电池容量（kWh）82 95 能量密度（wh/kg）170 215 单极耳结构难匹配4680电池的大尺寸与长电芯，无极耳技术解决了电子远距离传输、极耳过电位的难题。4680电池的尺寸更大、电芯更长，若采用传统极耳结构，1）极片存在较大长度的未涂布区域，进而减小活性物质的量、降低电池能量密度；2）更大容量电池需要更宽的极耳，卷绕时极耳更容易弯曲进而引起电极性能劣化；3）充放电时电流在集流体上的传输路径较长，导致内阻高、倍率性能和功率密度降低。 “无极耳”技术将电极一端使用导电涂层进行覆盖来替代单一极耳，使其与电池壳体直接接触，以便电子能够直接在集流体和电池壳体间传导，优势为：1）电子移动路径缩短5-20%，内阻减小5-20倍；2）显著降低了电子偏移和过电位现象，提升了电池寿命；3）导电涂层和电池壳体的接触面积达100%，分散了发热区域。 图表4：单极耳与全极耳结构示意图图表5：全极耳技术能够均匀电流密度、降低热损耗 单极耳 全极耳 5 资料来源：《动力电池4680全极耳技术扫描》，《PredictionofThermalIssuesforLargerFormat4680CylindricalCellsandTheirMitigationwith EnhancedCurrentCollection》，中航证券研究所 与传统单极耳相比，全极耳制造工艺主要变化包括全极耳制作、连接等环节。1）电芯在进行极片涂布时，集流体边缘需预留空箔区；2）经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割处理成多个极耳；3）沿电芯的轴线方向将正极多极耳和负极多极耳揉平；4）将揉平后的电芯端面与正负极集流盘焊接，形成圆柱电池全极耳导电结构。 全极耳结构对于激光切割的速度、精度要求更高。普通电芯的极耳模切采用激光间歇式、等间距地切掉正、负极极片上的大部分极耳，仅留下一小部分作为电池的极耳；或采用间歇式涂布的方式，在极片上进行等间距的焊接极耳。对于全极耳电芯来说，需将集流体边缘的空箔区切割处理成多个极耳，且极耳之间的间距极小，对于激光切割的速度、精度等提出了更高的要求，推动相关设备迭代升级。 涂布（预留空箔区） 极耳模切 集流盘焊接 揉平 图表6：4680电池新增工艺示意图图表7：全极耳模切与折边示意图 全极耳新增揉平工艺，超声揉平生产效率大幅提升。全极耳电芯卷绕后通常端部不平整且有较多毛刺，外侧容易出现翻边，相对于电芯的中轴存在一定程度的外偏，为避免电芯入壳时对电池外壳的内侧壁造成刮伤，需对电芯端部进行揉平处理。目前揉平方式有机械揉平与超声揉平，相对于机械揉平，超声揉平可以将生产效率提高10倍。 激光焊接从点焊变为面焊，设备价值量增加约一倍。相比传统电池单极耳使用脉冲激光器进行点焊，4680圆柱电池的全极耳结构采用连续激光器进行面焊，焊接工序增加，且焊接数量是2170电池电极的5倍以上，焊接设备价值量增加1-2倍；此外，全极耳焊接为激流盘与卷芯断面的焊接，集流盘易发生偏移，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者造成虚焊。 图表8：揉平原理与效果对比图图表9：4680电池集流盘结构与集流体焊接示意图 2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，对应新增设备市场空间约508亿元。4680大圆柱电池由特斯拉引领，国内外企业加速布局，据各公司披露进展情况统计，我们预计2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，按照每GWh约2亿元的设备投资额测算，2025年对应新增设备市场空间约508亿元，其中激光模切、极耳揉平、激光焊接设备市场空间分别约51亿元、36亿元、58亿元。 投资建议：4680大圆柱电池量产在即，关注工艺变化带来的锂电设备增量投资机会，建议关注激光焊接设备龙头【联赢激光】、极耳切割设备龙头【海目星】、4680后段设备龙头【杭可科技】、4680卷绕/组装等核心设备供应商【先导智能】、超声波焊接设备龙头【骄成超声】等。 图表10：4680大圆柱电池产能规划及设备市场空间测算 2022 2023 2024 2025 4680大圆柱电池产能规划合计（GWh） 4 59 165 419 特斯拉 4 28 70 170 松下 10 20 30 LG 10 20 SDI 1 6 20 宁德时代 12 52 亿纬锂能 20 40 100 比克 7 27 4680大圆柱电池渗透率（扩产规划口径） 0.80% 5.92% 10.44% 30.71% 每GWh设备投资额（亿元） 2 2 2 2 4680大圆柱电池设备市场规模（亿元） 8 110 212 508 其中：4680激光模切设备市场空间