新能源行业深度报告：4680大圆柱专题，极致设计、极致安全、极致制造-银河证券.pdf-solarbe文库

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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 [table_research] 行业深度研究报告 ● 电力设备及新能源 2022 年 9 月 8 日 [table_main] 公司深度报告模板 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 Model Y，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。 ⚫ 4680 市场空间有多大除 Model 3，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 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股票代码股票名称 EPS PE 投资评级 2021A 2022E 2023E 2021A 2022E 2023E 300014.SZ 亿纬锂能 1.53 1.76 3.31 62.1 54.0 28.7 推荐 300073.SZ 当升科技 2.15 3.21 4.53 36.1 24.2 17.1 推荐 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）首席分析师周然 （ 8610） 8092 7636  zhouranchinastock.com.cn 分析师登记编码 S0130514020001 电力设备及新能源指数表现 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0 2 1 - 1 2 2 2 - 0 2 2 2 - 0 4 2 2 - 0 6 2 2 - 0 8 电力及新能源设备沪深 300 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 2、【银河电新周然团队】电力设备及新能源行业 _2022 年投资策略 _“ 双碳 ” 大周期开启，新能源独领风骚 _211215 行业研究报告 /电力设备及新能源行业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 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 LIFSI . 38 3、复合铜箔 PET . 39 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 行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 2 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） 0 1 2 3 4 5 6 7 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21 20 22 20 23 80≤R ＜ 100 100≤R ＜ 150 150≤R ＜ 200 200≤R ＜ 250 250≤R ＜ 300 300≤R ＜ 400 400≤R （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行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 3 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。图 3 锂离子电池组的能量密度及成本 0 40 80 120 160 200 0 100 200 300 400 500 600 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 2 0 1 9 2 0 2 0 2 0 2 1 全球锂电池成本（ / k Wh ）能量密度（ Wh / k g ）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行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 4 图 4 不同封装类型的电池占比变化 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 2 0 1 9 2 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 方形软包圆柱宁德时代方形电池补贴受益，装机量翻 6 倍，成为国内第一特斯拉国产车型配套圆柱带动圆柱放量日韩软包无补贴，份额持续下滑圆柱受挤压转战电动工具、两轮车圆柱标准化优势进军动力领域松下伴随特斯拉全球崛起欧洲电动车渗透率提升， LG 软包电池放量中国海外资料来源 GGII，中国银河证券研究院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 model 3 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行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 5 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 2170 4680 4680 材料体系石墨高镍石墨高镍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 /wh/kg 173 217（ 25.4） 237（ 36.8）资料来源汽车电子设计，中国银河证券研究院（ 2170 为对照组， 2170-松下） 2、电芯工厂随着制造流程简化、生产线效率提高、工艺提升，成本将减少 18。特斯拉设计从电极涂覆、卷绕、装配、化成等各个环节下手，提高生产效率。整体而言，大圆柱电池可以实现连续不间断生产；制造工序少于软包和方形铝壳（大圆柱约 10 道工序）；生产在线时间短（大圆柱约 7 天左右，方形和软包分别约 10 天和 12 天），提高了周转率，降低了库存率。行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 6 图 7 工厂层面从电极涂覆、卷绕、装配、化成提高效率资料来源特斯拉电池日，中国银河证券研究院 2.1 涂覆工艺干电极技术生产设备占地面积减少 10 倍，能耗减少 10 倍，成本降低 10-20。湿法工艺需要先混合粉末和溶剂，涂覆到箔材上，然后放入干燥炉进行干燥，并回收溶剂。而干法工艺则省去了溶剂环节，但均匀度、粘结度更难控制（该技术尚在研发阶段）。图 8 湿法涂覆工艺资料来源 L.A.Román-Ramírez， Understanding the effect of coating-drying operating variables on electrode physical and electrochemical properties of lithium-ion batteries，中国银河证券研究院 Maxwell 的干电极工艺采用 PTFE（聚四氟乙烯）粘结剂与电极粉末混合，通过挤出机形成电极薄膜，随后利用压延机热压成型，省去溶剂、简化工序（涂布、烘干等），目前已进行四次优化工艺，但仍在实验阶段。行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 7 图 9 Maxwell 干电极工艺资料来源 Maxwell，中国银河证券研究院干电池电极具备以下四个优点 1）能量密度高大于 300Wh/kg，并存在 500Wh/kg 的实现路径； 2）延长电池寿命改善电池耐久性，电池寿命翻倍； 3）节省成本产能密度增加 16 倍，与湿电极技术相比，成本降低 10-20； 4）与行业趋势（无溶剂，无钴化，下一代材料，固态电池）的高匹配度保护环境。 2.2 卷绕由于有极耳，电池生产就需要不停地启动和停止。而 4680 为全极耳，卷绕工艺可以实现连续高速不间断生产，达到 300ppm 的高速制造，而方形铝壳一般仅为 10-20ppm。 2.3 装配通过连续流水装配提高效率。特斯拉设计一条产线产能为 20GWh，每条线的产量增加七倍。特斯拉与 Grohmann 和 Hibar 机器设计团队垂直整合，将装配环节集成到一台机器上，删减了中间不必要的运输步骤。 2.4 化成通过提高化成效率，化成投资成本减少 86，占地面积减少 75。化成指对电池充放电并检测电池的质量，典型化成对单节电池充放电，而特斯拉同时对上千节电池充放电，显著提升化成设备的成本效益和密度。 3、硅基负极负极材料采用硅基材料，每千瓦时 1.2 美元，成本降低 5，里程提高 20。石墨负极潜力挖掘完全，已接近理论容量 372mAh/g。硅基负极理论最高克容量可达 4200mAh/g，是石墨的 10 倍多，具有大幅提高克容量潜力，目前量产克容量已超过 400mAh/g。由于硅本身的特性，在充满锂离子时体积会膨胀四倍，压力会导致硅粒子绝缘，最终损失电池容量。目前工业使用的硅多是经过高度加工的，例如氧化硅、碳化硅等，并且较为昂贵。特斯拉使用原始硅作为负极材料，不对硅本身进行加工，而是从涂层设计和电极设计入行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 8 手，使用弹性离子导电聚合物涂层稳定表面，并通过高弹性粘合剂形成的坚固网络将硅材料集成到电极上。 4、高镍正极镍可兼顾价格与能量密度，正极材料采用高镍三元，进一步优化生产环节后，成本降低 12。 5、整车一体化 Model 3 的长续航版电池包由 4 个模块串联组成，大模块（黄色）包含 25 个串联电池块，小模块（绿色）包含 23 个串联电池块，每个电池块由 46 个 2170 电芯并联构成，共计 4416 个电芯。 4680 采用 CTC 技术，无模组装配，配合一体化压铸技术，可以节省 370 个零部件，为车身减重 10，将电池单位成本降低 7。 4680 电芯面积模组占比提高，电芯总容量提高 15.9，续航能力提升 16，系统能量密度提升 25。图 10 Model 3 中 2170 的四模组装配资料来源 electrek，中国银河证券研究院图 11特斯拉 CTC 无模组装配资料来源特斯拉官网，中国银河证券研究院（二）安全要求日益提高， 4680 热管理升级 2021 年，我国新能源汽车保有量已达 784 万辆，占我国汽车总保有量的 2.6。市场监管总局已建立新能源汽车事故报告制度。截止 2021 年底，累计召回新能源汽车 229 次，涉及 198 万辆，安全问题成为新能源汽车的达摩克利斯之剑。目前动力电池采用量较多的小容量电池进行串并联成组，以满足高能量的要求。近年发生的动力电池事故，均是由于电池组中的某一个电池单体热失控后产生大量热，导致周围电池单体受热，进而产生热失控蔓延。所以，导致电池组热失控的三个核心因素单体释放能量、周边电芯隔热能力、单位散热能力。表 3 影响不同封装电池组热失控的核心因素对比封装类型方形软包圆柱 2170 圆柱 4680 单体尺寸 mm 250*66*112 508*84*14.7 R21*70 R46*80 单体能量单体容量 Ah 280 120 4.8 24 单体能量 kwh 1.0440 0.4380 0.01776 0.0888 行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 9 周边电芯隔热能力周边电芯接触面积 m2 0.0560 0.0853 0 0 度电需要隔热面积 m2 0.0314 0.0976 0 0 散热能力单体水冷面积 m2 1.0440 0.0747 0.00077 0.00228 每度电水冷面积 m2 0.0158 0.0170 0.0430 0.0260 资料来源 Surper 锂电池，中国银河证券研究院圆柱单体能量低，单体释放的能量小，相较于方形和软包来说不易引起热蔓延。从单体层面看安全性排序小圆柱＞大圆柱＞软包＞方形。从尺寸上来看， 4680 目前的比例是一个比较完美的临界点。在高度上可能还会继续做大，但在直径上做大，散热将会是问题。图 12 方形、圆柱、软包电池大小排列示意图资料来源 ATL 官网，中国银河证券研究院圆柱电池周边隔热能力更强。相比方形电池和软包电池电芯间的紧密连接， 4680 的圆柱弧形表面，能够一定程度上限制电池之间的热传递。 4680 采取顶部水冷和侧面水冷相结合的方式。顶部采用一块完整水冷板，侧面采用导热发泡胶进行导热，在圆柱原有的侧面水冷上进一步提高冷却效率。 4680 每度电水冷面积是方形的 1.64 倍，是软包的 1.53 倍。图 13 方形电池底部液冷方案资料来源电动生活，中国银河证券研究院图 14 软包电池底部液冷方案资料来源上海车展，中国银河证券研究院行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 10 图 15 圆柱电池侧面液冷方案资料来源汽车工程师之家，中国银河证券研究院图 16 圆柱电池顶部侧面液冷方案资料来源第一电动，中国银河证券研究院无极耳进一步提高散热性。特斯拉 4680 电芯采用全极耳 /无极耳方案，即去掉从各层引出连接到一起的金属极耳，直接将电池两端改用导电材料，使其直接传输电流。虽然电池变得更大，但电流路径更短，从 250 毫米缩减至 50 毫米，电流传导面积更大，阻抗大大减小，使得大电流充放电的温升更小。 4680 大幅提高电芯的散热面积，传热更均匀，对安全性更加敏感的三元材料更具吸引力。图 17 单极耳与全极耳原理示意图与结构示意图资料来源高工锂电，特斯拉官网，中国银河证券研究院行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 11 图 18 单极耳与全极耳温度分布对比资料来源 LA Shen， Optimal cell tab design and cooling strategy for cylindrical lithium-ion batteries，中国银河证券研究院图 19 大圆柱电池卷芯结构资料来源锂想生活，中国银河证券研究院图 20 大圆柱电池的结构 -无极耳资料来源比克电池官网，特斯拉电池日，中国银河证券研究院行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 12 （三）快充成未来趋势， 4680 高倍率优势明显补能焦虑不断提升的当下，电动汽车高速快充是发展的趋势之一。高速快充的落地需要桩、车、电池三方联动，整个产业链协同共进。充电桩方面，快充标准奠定基础。国内 2021 年 9 月落地的 ChaoJI 充电标准最高可支持 1500V 充电电压和 600A 充电电流。目前被国际上广泛接受的电动汽车直流充电技术标准，无论是日本 CHAdemo、欧洲 CCS 还是中国 GB/T，均已确立 450kW 以上的充电功率目标。表 4 快充功率及时间参数 21Q1 未来电流（ A） 250 500 电压（ V） 400 800 400 800 最大充电功率（ kW） 100 200 200 300-500 30-80 SOC 所需时间（ min） 30 15 15 6-10 资料来源电动知未来，中国银河证券研究院车企方面，国内热销车型普遍停留在电压平台 400-600V、充电倍率 2C 以下。特斯拉 Model 3 电压平台为 400V，理论充电倍率约为 1.85C，为行业较高水平。比亚迪汉 EV 最大充电系统电压为 569.6V，可实现 25 分钟 30-80 SOC 的充电速度。如果新能源汽车可以搭载 800V 电压平台，充电倍率可轻松实现 2.2C-6C，充电速度则大幅提升。保时捷 Taycan 是第一款量产的 800V 架构电动车，同一个超快充阵营的欧美企业 Ionity 也有 800V 的产品规划。与此同时，比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想等都在打造高压平台，各大车企基于 800V 高压技术方案的新车将在 2022 年之后陆续上市。图 21 800V 快充技术布局情况资料来源汽车电子设计，中国银河证券研究院电池方面，快充能力取决于锂离子的脱嵌和迁移速率。在高充电倍率下，锂离子脱嵌和迁移的速率加快，部分锂离子来不及进入正负极形成副产物，导致活性物质损失，加速电池寿命衰减。与此同时，析锂现象容易加剧，所产生的锂枝晶一旦刺穿隔膜，将导致电池内部短路，行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 13 造成起火等安全风险。快充对电池热管理能力要求高。大电流高电压更容易产生大量热，对电池低阻抗、强散热要求更高。图 22 电池充电工作原理资料来源 EV 世纪，中国银河证券研究院电池企业、车企在快充技术研发上各显身手。中国多家头部动力电池企业包括宁德时代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺达等，都在积极研发创新，也包括部分车企。表 5 快充电池技术进展企业倍率充电时间快充技术正极负极其他电池企业蜂巢能源 4C 20-80 SOC 充电 10 分钟前驱体定向生长负极表面改性超导电解液宁德时代 - 80 SOC 充电 15 分钟超电子网各向同性石墨快离子环、超导电解液、高孔隙隔膜、多梯度极片车企广汽埃安 6C 30-80 SOC 充电 8 分钟石墨烯混合包覆改性技术涂覆陶瓷隔膜、高功率电解液、降低电芯内阻、双层液冷保时捷 - 80 SOC 充电 15 分钟硅负极 - 资料来源各公司新闻，中国银河证券研究院蜂巢能源正极采用前驱体定向生长精准控制技术，通过控制前驱体合成参数，一次粒径放射状生长，打造离子迁移 “ 高速公路 ” ，提高离子传导速度。负极表面改性技术，采用液相包覆技术在石墨表面包覆无定形碳，降低阻抗，提升了锂离子通道工作效率。采用含硫添加剂 /锂盐添加剂等低阻抗添加剂体系电解液，降低正负极界面成膜阻抗，从而提高电解液导电率。宁德时代的策略是正极领域采用超电子网充分纳米化的材料表面，搭建了四通八达的电子网络，使得正极材料对充电信号的响应速度和锂离子脱出速率得到大幅度提升；负极导入各向同性技术，使锂离子可 360 度嵌入石墨通道，显著提升充电速度，同时修饰多孔包覆层的阳极材料表面，提供丰富的锂离子交换所需要的活性位点，极大地提高锂离子电荷交换速度和锂离子的嵌入速率；引入拥有超强运输能力的超导电解液，提升锂离子在液相和界面的传输速度，通过调控极片多孔结构的梯度分布，实现上层高孔隙率结构、下层高压实密度结构等。行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 14 图 23 宁德时代快充技术资料来源宁德时代官网，中国银河证券研究院广汽埃安石墨烯电池的镍钴锰酸锂三元正极材料与石墨烯混合制成形成一个近似球面的三维结构，搭建高效立体导电网络，从而提升电荷传递效率。负极采用特有软碳硬碳石墨烯包覆改性技术。同时采用涂覆陶瓷隔膜和新型高功率电解液，提高电池的倍率性能和热稳定性，使得电芯可进行高倍率持续充电。图 24 广汽埃安快充技术资料来源广汽埃安官网，中国银河证券研究院保时捷正在研发硅负极取代传统石墨负极的高性能电池，以获得更高能量密度和快充性能。以上技术多从材料端提高快充能力， 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。适配硅基负极，可获得更高的能量密度和倍率性能；电解液中添加新型锂盐，提高电解液窗口，可提高充放电电压。采用全极耳 /无极耳方案，阻抗更小（单极耳的阻抗很难降低下来），电极倍率可提高 4-5 倍，更容易实现快充功能。以色列初创电池企业 StoreDot 官宣，已经生产出首款 4680 圆柱形电池，电池充满电只需要十分钟。行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 15 （四）大势所趋，特斯拉等头部企业争相入局 1、电池厂商方形电池宁德时代一家独大。 CATL、比亚迪、中航锂电基本上都是以方形为主。表 6 国内方形电池装机量占比资料来源真锂研究，中国银河证券研究院在主流动力电池生产商中，孚能科技是唯一一家坚持三元软包路线的企业。旗下动力电池主要供应戴姆勒。表 7 国内软包电池装机量占比资料来源真锂研究，中国银河证券研究院国产特斯拉装机带动 2021 年 LG 化学的圆柱电池占比达 68。中国最早做圆柱电池的企业以小作坊的形式居多，目前除国轩高科排名第二以外，其他中国企业如力神、银隆、比克等份额较小。 LG、松下、比克、亿纬都在积极布局 4680 电池。预计未来几年，在特斯拉 4680 大圆柱效应带动下，更多车企或将愿意尝试应用该类产品。表 8 国内圆柱电池装机量占比资料来源真锂研究，中国银河证券研究院行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 16 4680 电池将在 2022-2024 年集中量产。目前进展最快的特斯拉已于 2021 年 9 月试生产，计划 2022 年量产。其他厂商多在 22H1 开始试生产， 2023 年开始量产， 2024 年实现大批量供货。表 9 各电池厂商的 4680 规划资料来源汽车电子设计，中国银河证券研究院特斯拉公司在召开的电话会议上披露， 2021 年特斯拉 4680 电池的试点产线良率已由去年的 20提升至 70-80，全球各工厂都在 2022 年开始生产 1）美国加州弗里蒙特工厂兼开发基地 1 月份已生产 100 万块电池，对应 1000 辆车，目标产能 10GWh，配套车型为 Model Y。二季度干电极流程实现电能输送的完全自动化，大量释放了产能，改善了产量。 3 月以来每个月环比增速均达到约 35； 2）美国德州工厂设备已装备进产线，二季度生产出第一批 4680 电芯，三季度开始量产，计划在 2022 年底前，该工厂 4680 周产量超过加州工厂； 3）德国柏林目前已生产出第一辆用于测试的配备 4680 电池的 Model Y。此外，松下、 LG、宁德为特斯拉 4680 的潜在供应商。 2021 年 8 月，宁德时代（ 300750.SZ）与上海市人民政府签订合作框架协议，计划在上海临港建设工厂生产 4680 电池，已有中试产线，目前规划 8 条线，共 12GWh。公司目前已获宝马圆柱电池定点。图 25 亿纬锂能 46XX 电池资料来源亿纬锂能官，中国银河证券研究院图 26 松下 4680 电池资料来源松下官网，中国银河证券研究院亿纬锂能（ 300014.SZ）在动力锂电池领域已布局了三元圆柱，进军 4680 有一定技术储备。下游客户方面，公司在 2018 年获得戴姆勒九年长单， 2020 年拿下宝马方形电池订单，宝马、戴姆勒均有应用 4680 趋势。 2021 年 4 月，公司宣布与 StoreDot 联合开发 4680 和行业研究报告 /电力设备及新能源行业请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 17 4695 两大圆柱电池路线。 StoreDot 为以色列一家专注于快充的初创公司，对硅负极有独到理解，被戴姆勒 6,000 万美金投资。 2021 年 9 月， StoreDot 宣布已经生产出第一款 4680 电芯，仅需 10 分钟就能充满。 11 月，亿纬宣布将在荆门高新区投资建设 20GWh 乘用车用大圆柱电池生产线，预计 22H1 开始建设， 2023 年达产， 2024 年产能将达到 40GWh。松下 2022 年 6 月， Electrek 报道，松下已向特斯拉交付 4680 电池样品，公司此前已在日本建立一条 4680 电池试产线，助力其在 5 月开启大规模原型生产。松下计划在下一个财年（从 3 月算起），在日本和歌山厂投入量产 4680 电