新能源行业前瞻新技术之三：锂电三国，数“封”流路线，还看4680-华创证券.pdf-solarbe文库

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证券研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号行业研究电力设备及新能源 2022 年 09 月 30 日电力设备及新能源行业深度研究报告推荐（维持）前瞻新技术之三锂电三国，数 “封 ”流路线，还看 4680  多因素致圆柱发展缓慢， 4680 专为动力电池设计，有望加速圆柱电池导入。  复盘 1）圆柱索尼 92 年发明了锂离子圆柱电池，因电池安全召回，最终 16 年退出。松下 14 年绑定特斯拉， 20 年不再独供，市场被 LG 蚕食。 2）方形三星是昔日龙头，属于大公司中的小业务，发展缓慢。 CATL 与 BYD 受益于中国补贴政策，成长为中国锂电龙头。 3）软包 AESC 配套 Leaf 9 年零电池安全事故，专注的 LMO 技术逐渐落后， 19 年被远景收购。 LG 09 年将软包应用于现代混动，先后拿下 MEB、 GM 等大单， 21 年遭遇召回索赔、大众改用方形电池等挫折。  优缺点对比 1）圆柱膨胀小、散热好、良率和生产效率高，但电芯容量小。 2）方形容量大、成本低、集成难度低，但一致性差、良率和生产效率低。 3）软包灵活性好、能量密度高、快充性能好、但一致性差、良率和生产效率低、成本高、 CTP 集成难度大。  多因素制约圆柱电池发展， 4680 专为动力电池设计。优质供给少、下游车企少、成本高、路径依赖等多因素制约，随着 4680 的出现，成本及系统集成难度降低、白名单放开、 CATL 和 EVE 等企业加入、宝马切换圆柱等有望扭转圆柱颓势。  圆柱电池热安全优势明显。  滥用工况圆柱电池单体释放能量最低，单位散热能力、与周边电芯的隔热能力最强，热失控防护难度和成本最低。  极限工况 Model 3 实车测试，连续 90min 激烈驾驶快充，电池最高温度 49.5℃，空调仅短暂小功率开启， Model 3 电池热安全性能上限极高。  快充性能高电压大电流快充是趋势，全极耳为大电流快充而生。  手机快充复盘初期有大电流和高电压两条路线，但最终路线均为高电压大电流。  预计汽车快充最终路线高电压大电流，全极耳为大电流快充而生。 Model 3 电压 350V，最大功率 250kw，保时捷 Taycan 电压 800V，最大功率 262kw，单纯提高电压无优势。各车企密集发布高电压大电流快充技术，最大功率 480kw，全极耳圆柱电池更适合大电流快充。  全极耳集流体内阻降低 3 个数量级，解决大电流快充发热问题。铜 /铝箔内阻为常规极耳铜 /铝箔内阻的 1/3602 和 1/825。  投资建议建议关注特斯拉电池产业链及国内 4680 产业链 1） 4680 动力电池宁德时代，亿纬锂能； 2）高镍三元正极容百科技、厦钨新能、长远锂科、当升科技； 3）负极贝特瑞、信德新材； 4）隔膜星源材质、恩捷股份； 5）电解液新宙邦、天赐材料； 6）结构件科达利、东山精密、东方电热； 7）导电剂天奈科技、道氏技术； 8）激光设备联赢激光、海目星。  风险提示新能源车销量不及预期、新车上市进程不及预期，原材料上涨过快削弱企业盈利、行业扩产过快加剧行业竞争、地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链、安全事故影响企业产销，新技术落地不及预期。重点公司盈利预测、估值及投资评级 EPS（元） PE（倍） PB（倍）简称股价（元） 2022E 2023E 2024E 2022E 2023E 2024E 2022E 评级宁德时代 419 11.67 15.76 22.00 35.90 26.58 19.04 8.51 强推亿纬锂能 87.18 1.59 3.10 4.34 54.87 28.17 20.11 6.98 强推容百科技 87.9 4.40 5.69 8.14 19.97 15.45 10.79 5.31 强推星源材质 20.66 0.62 1.02 1.38 33.33 20.22 15.02 5.07 强推资料来源 Wind，华创证券预测注股价为 2022 年 9 月 29 日收盘价证券分析师黄麟邮箱 huanglin1hcyjs.com 执业编号 S0360522080001 联系人苏千叶邮箱 suqianyehcyjs.com 行业基本数据占比股票家数只 296 0.04 总市值亿元 65,025.42 7.64 流通市值亿元 51,232.12 7.98 相对指数表现 1M 6M 12M 绝对表现 -13.3 -1.7 -12.2 相对表现 -6.9 5.8 8.6 相关研究报告 2022 年 8 月欧洲新能源车销量点评电动车增长趋势不改，四季度欧洲旺季可期 2022-09-30 电动车产业链 2022 中报总结高景气趋势不改，中游环节盈利有所分化 2022-09-30 零跑 C01高性价比的新势力智能豪华电动轿车 2022-09-29 -35 -18 -1 16 21/09 21/12 22/02 22/05 22/07 22/09 2021-09-302022-09-29 电力设备及新能源沪深 300 华创证券研究所电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号投资主题报告亮点一、研报中复盘了圆柱电池发展缓慢的原因，包括优质供给少、下游车企少、成本高昂、路径依赖等；但这些限制因素都随着 4680 的出现而有所改善。  优质供给增加白名单放开，万亿龙头入场  电池数量降低，集成难度降低  容量增加，成本差距缩小  宝马率先切换圆柱电池二、研报中增加了许多科研及工程开发过程中的测试数据，阐述了 4680 在核心的安全性能、快充性能的优势，用最详实的数据证实 4680 电芯的优异性。投资逻辑 4680 作为全新品类，渗透率为 0，目前正经历着从 0 到 1 的过程。建议关注已经布局 4680 的相关电池企业及其供应链、 4680 核心增量零件（包括预镀镍钢带，激光设备，揉平设备、聚氨酯材料等）、 4680 与高镍、硅碳负极的适配性更加，利好高镍及硅碳负极厂商。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 3 目录一、 4680吹响圆柱电池升级的号角 . 5 （一）发展历史复盘技术路线三分天下，胜负难分 . 5 1、圆柱电池发展历史复盘 . 5 2、方形电池发展历史复盘 . 5 3、软包电池发展历史复盘 . 5 （二）发展历史复盘技术路线三分天下，胜负难分 . 6 （三）圆柱电池生产工艺，全极耳工艺不成熟影响良率 . 7 （四）众多因素影响圆柱电池发展， 4680 专为动力电池设计，克服多种缺陷 . 10 二、安全性能圆柱电池具有天然优势， Model 3 极限工况实测 12 （一）滥用工况相同化学体系下，圆柱电池系统最安全 . 12 （二）极限工况 Model 3 实车 90min 激烈驾驶快充，仅小幅触发降温措施 . 13 1、特斯拉电池热管理优势明显 . 13 2、 Model 3 连续极限工况测试电池未开启强制冷却 . 14 三、快充性能大电流高电压是快充终极路线， 4680 更有优势 18 （一）手机快充复盘高电压大电流快充是趋势 . 18 （二）新能源车快充仅靠 800V 快充不尽人意， 800V 搭配大电流才最快 . 19 （三）全极耳集流体内阻下降 3 个数量级，解决大电流快充发热问题 20 电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 4 图表目录图表 1 不同封装方式发展历史 . 6 图表 2 封装方式介绍 . 6 图表 3 圆柱电池生产工艺介绍 . 7 图表 4 4680 全极耳关键生产工艺介绍 9 图表 5 汽车集团封装技术路线选择 . 9 图表 6 布局大圆柱的电池企业 . 11 图表 7 热失控防护要素 . 12 图表 8 4680 电芯侧面 13 图表 9 4680 电芯底部支架 13 图表 10 Model 3 热管理系统示意图 . 13 图表 11 Model 3 Superbottle 智能冷却液储罐 14 图表 12 Model Y 八通阀设计管路 . 14 图表 13 电池冷却系统措施 . 14 图表 14 极限工况测试 . 15 图表 15 Model 3 实车工况 4 测试 20 次百公里加速 15 图表 16 Model 3 实车工况 5 测试 60100kpm 急加减速 . 16 图表 17 Model 3 实车工况 6 测试快充 . 17 图表 18 手机快充功率复盘 . 18 图表 19 Model 3 与 Taycan 快充功率 . 19 图表 20 Model 3 与 Taycan 补能速度 . 19 图表 21 埃安 800V 快充（ 480kw） . 20 图表 22 埃安 400V 快充（ 250kw） . 20 图表 23 50Ah-LFP 电池 3C 快充温度示意图 20 图表 24 方形电池圆柱电池 X 光照片 20 图表 25 圆柱电池拆解及示意图 . 21 图表 26 18650 电池 2C 放电温度仿真 22 图表 27 圆柱电池于全极耳电池 . 22 图表 28 18650 电池 2C 放电温度仿真 22 图表 29 圆柱电池于全极耳电池 . 22 图表 30 全极耳与单极耳的产热对比 . 23 电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 5 一、 4680吹响圆柱电池升级的号角（一）发展历史复盘技术路线三分天下，胜负难分 1、圆柱电池发展历史复盘  索尼最早发明者，最终退出行业。 1992 年发明锂离子电池，一经推出就以超高的能量密度碾压传统镍氢电池， 1994 年索尼成为最大笔记本生产商戴尔的电池供应商， 2006 年某会议上戴尔笔记本着火，索尼召回 1000 万块电池，而后韩国和中国电池生产商崛起，索尼深陷亏损泥潭， 2016 年出售锂电业务。  松下与特斯拉相互成就。 1994年研发锂离子电池， 1997年丰田 Prius采用松下圆柱 18650 电池， 2008 年收购三洋电机，并供应特斯拉 Roasder， 2010 年押注等离子电视巨亏，转型动力电池并入股特斯拉， 2014 年美国建厂，与特斯拉相互成就。  LG牵手特斯拉迎来高光时刻。 1999 年就量产了 18650 电池，但直到 2019 年才进入特斯拉供应链。  SDI大公司小业务。 1999 年量产业内最大容量 1.8Ah 电池，曾经在笔记本电脑市场中占有优势地位，但在动力电池中一直踌躇不前。 2、方形电池发展历史复盘  SDI昔日方形电池的龙头老大。 1999 年开发出方形动力电池， 2009 年成为宝马动力电池供应商， 2016 年因中国白名单政策，转向欧洲布局，锂电池业务在公司营收占比较低。  CATL补贴政策的最大受益者，崛起的万亿龙头。 2011 年因被宝马相中，独立出来专做动力电池。 2014 年因补贴政策出货量剧增， 2014 年转向研发高能量密度三元材料， 2016 年白名单政策以及补贴政策倾向高能量密度材料，出货量得到突破。  BYD 1995 年公司成立， 1997 年手机电池全球出货量第 4， 2003 年进入汽车领域， 2006 年研制 F3e 纯电动轿车， 2009 年量产纯电动客车， 2010 年纯电动乘用车 e6 量产，受益于补贴政策，成为国内龙头， 2016 年补贴政策倾向三元材料，叠加 BYD 不外供电池，出货量占比日益降低， 2020 年发布刀片电池和 DMI 车型，市占率持续走高。 3、软包电池发展历史复盘  AESC早期的王者，点错了科技树。 2007 年成立，专注于锰酸锂技术路线， 2010 年搭载 AESC 的经典车型日产 Leaf 上市，创造了 9 年零电池安全事故的质量佳话。 2017 年因锰酸锂优势不再， AESC 不再是 Leaf 独家供应商， 2019 年被远景收购。  LG软包电池集大成者。 LG 在手机电池中沉淀多年， 2009 进入动力电池市场，首款车型为现代混动车型， 2010 年配套雪佛兰 Volt， 2017 年雪佛兰 Volt 和 Bolt 销量突破 5 万辆， 2018 年和大众合作开发 MEB， LG 软包电池达到鼎盛， 2021 年现代和通用因电池安全问题召回，大众电池日宣布选择方形标准电芯，软包电池遭遇挫折。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 6 图表 1 不同封装方式发展历史资料来源华创证券整理（二）发展历史复盘技术路线三分天下，胜负难分图表 2 封装方式介绍圆形锂电池方形锂电池软包锂电池结构制造工艺圆形卷绕方形卷绕方形叠片包装材质一般钢壳，也有铝壳铝壳为主铝塑膜优点工艺成熟，一致性高，适宜大批量连续生产；比表面积大，散热效果好（优于方形电池）；外壳耐压高，使用中不出现膨胀现象。结构强度高，承受机械载荷能力好；重量小，相对能量密度高；可以定制化生产。可鼓气裂开，安全性能好；较铜壳、铝壳重量轻；同等尺寸下电池容量更高；内阻小，自耗电低；设计灵活，可按照需求定制。缺点容量小，大容量需并联连接，工艺复杂、成本更高；爆炸可能性大；体积大，空间利用率低。工艺复杂，壳体与电芯配合需要考虑；产品良率低，一致性差。一致性较差，难批量生产；成本较高；对铝塑膜的质量要求高，不达标产品可能混液电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 7 代表厂商松下 /LG 三星 SDI，宁德时代 LG 化学， AESC 典型应用特斯拉宝马 i3 日产聆风外壳材料铝合金、不锈钢铝合金、不锈钢铝塑膜安全性一般较高，对电芯的保护作用强不易爆炸；铝塑膜机械强度低能量密度较高较低较同等容量硬壳电池有更高能量密度产品特性散热性能优，圆柱体便于多种形态组合容量大重量轻，散热性能好产品标准化 / 生产自动化高，生产工艺成熟低低电池一致性高较低较低产品研发趋向适当增加圆柱体积以获得更大电池容量封装材料向高硬度、轻质化发展改进生产工艺，实现全自动生产，提升一致性，电池管理系统发展现实条件约束国内技术、电池管理系统和自动化水平低适合大型汽车使用铝塑膜依赖进口，国产化进程低下，影响软包电池成本资料来源汽车公社，电动汽车观察家，电池中国网，华创证券评判技术路线一定要在系统 /整车的角度评估，不能将单体电芯的优劣推演至系统  电芯能量密度高≠系统能量密度高，软包电芯的能量密度高，但在系统级别软包电池的结构件重量远高于硬壳电池，使得系统级的能量密度差异不大。  电芯安全性好≠电池系统安全性好，在电池包内电芯的散热路径、紧固状态、高压连接等都会影响热失控防护效果，软包电池在电芯级安全性能优于硬壳电池，但系统级防护难度和成本也很高，整体上并无明显优势。（三）圆柱电池生产工艺，全极耳工艺不成熟影响良率圆柱电池生产工艺在三种封装方式中最为简单，生产效率最高。主要的生产工艺包括配料、涂布、碾压、模切、卷绕、焊接、等工艺。图表 3 圆柱电池生产工艺介绍资料来源锂电前沿电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 8 4680 全极耳电池生产工艺的难在于  模切全极耳电池在进行极片涂布时，会在集流体边缘预留空箔区，经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割成多个极耳，再进行卷绕。激光切割极耳存在以下问题①极片在切割时容易抖动；②切割后废料不能有效排出问题； ③模切长度和次数远高于常规极耳。  揉平在 4680 圆柱电池制造工艺中，需要对电池卷芯的全极耳进行揉平，待电池卷芯的断面平整后再与极板焊接。揉平过程中难点极多①揉平速度过快时，极片外翻；②揉平速度过慢时，生产效率低；③揉平时产生金属屑较多，导致内部短路；④活材料脱落等问题；⑤摩擦产生大量粉尘；⑥产生极耳褶皱。  焊接 4680 电池极耳焊接由于极耳数量增多使得焊接量增大。电芯焊接中道工艺一般有极耳的焊接包括预焊接、极带的点焊接、电芯入壳的预焊、外壳顶盖密封焊接、注液口密封焊接等。焊接周长和时间增加了，全极耳和集流体的留白空间有限，有热堆积效应，会影响一致性，焊接过程中容易产生热堆积。  模切通过分切机，将碾压后的极片卷料按照实际需求，分切成制作电池所需的宽度。 4680 电池是直接在空箔上切割极耳成型，对高速制片设备提出了更高的激光切割精度、速度、质量要求。 4680 全极耳电池部分解决方案  模切将正负极全极耳模切成多个平行四边形的极耳单体，不仅能够在揉平过程中杜绝极片外翻，在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；且能够减少金属屑的产生，避免短路；同时，这种平行四边形结构能够有效减少揉平时的辊压力，从而避免活性材料的脱落，大大提高良品率。  揉平各厂家揉平工艺差别极大。 CN 11356039 A 的专利显示，在全极耳外套上揉平套，揉平头一边自转一边接近揉平套，待接触揉平套后直接碾转作用在揉平套上，并带动揉平套弹性变形而将碾转力传导作用于全极耳上完成揉平；由于揉平头不再直接接触全极耳，故能有效防止将全极耳部分揉碎，从而消除对产品质量的影响，也更好的提高了良品率。 CN 110518184 B 的专利显示超声波揉平对电芯的端面进行超声波的预处理揉平，然后进行机械揉平。超声波揉平包括设置在电芯两端的超声波揉平头，超声波揉平头上有凹槽，电芯两端插入对应的超声波揉平头的凹槽中。电芯输送入超声波揉平单元，超声波揉平头对电芯两个端面进行振动揉平，可以实现平整效果，提高电芯端面紧实度，为后续机械揉平做好准备。机械揉平头为陶瓷揉平头。机械揉平头对电芯进行旋转挤压揉平。只利用超声波揉平会导致揉平端面不够平整的缺陷。 CN 213878154 U 专利则选择在涂布之后再边缘空白处涂抹绝缘材料，绝缘材料与活性物质水平高度一致，使得卷绕后集流体形成完整平面，无需进行揉平处理；  焊接极耳焊接当前通常采用激光器进行焊接。精确调整焊接速度、焊接深度、焊接宽度等优势，适应不同材质及产品的焊接，达到精准焊接，质量更可靠，外观更整洁。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 9 图表 4 4680 全极耳关键生产工艺介绍资料来源国家知识产权局 CN113270693A、 CN213857825U、 CN113113735A、 CN113560369A、 CN112310574A，华创证券图表 5 汽车集团封装技术路线选择车企方形圆柱软包特斯拉 √ √ 上汽集团 √（主要） √ 大众集团 √ √ 电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 10 现代 -起亚汽车集团 √ 比亚迪 √ 吉利乘用车 √（主要） √ 广汽集团 √（主要） √ √ 宝马集团 √ 戴姆勒集团 √ √ 雷诺 -日产集团 √ √ √ 标致雪铁龙集团 √ 长城汽车股份有限公司 √ √ 蔚来 √ 理想 √ 小鹏 √ √ √ 威马 √ 哪吒 √ √ √ 沃尔沃集团 √ √ 通用汽车 √ √ Rivian √ lucid √ 汇总 18 7 12 资料来源汽车电子设计、证券日报，财经，高工锂电，汽车之家， OFweek 锂电网，电池中国网，汽车预言家，宝安日报，华夏时报，远川研究所，电车汇，电池工业网， DoNews，捷威动力，华夏 EV 网，第 1 财经，华创证券（四）众多因素影响圆柱电池发展， 4680 专为动力电池设计，克服多种缺陷圆柱电池发展缓慢的原因分析 1 优质供给少国内一线企业比亚迪和宁德时代都是方形电池技术路线，二线电池企业技术不成熟，市场占有率低。 2 下游车企少 18650 电池本身是为消费电子设计的，最初并未考虑运用在汽车中，电芯尺寸很小，系统集成难度极高。 Model S 集成 7000个 18650 电池的难度超高，即使放在今天，大多数车企也无法成熟运用 7000节电池，导致车企望而却步。 3 成本高昂由于圆柱电池单颗电芯容量小，非活性物质占比高，降本速度低于方形电池。 4 路径依赖 2014-2016 年中国补贴政策推动商用新能源车飞速发展，而商用车电池空间大，如果使用圆柱电池，则需要至少上万节电池，商用车企业自身技术实力薄弱，无法驾驭如此庞大数量的电池，补贴政策时间窗口有限，抢装潮下自然选择集成难度最低的方形电池， 2016 年的动力电池出货量前 2 名为 BYD、 CATL，从那时起就是双强局面。以上问题有望得到缓解，我们认为 4680 将加速圆柱份额提升 1 优质供给增加白名单放开，万亿龙头入场。 2019 年 6 月 21 日汽车动力蓄电池行业规范条件正式废止，意味着中国动力电池市场正式向国外电池企业开放， LG、电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 11 松下等可以为中国市场提供优质的圆柱电池。国内宁德时代、亿纬锂能已经投入 4680 圆柱电池研发，目前已经公开表示投入 4680 电池研发的企业包括特斯拉、 LG、三星 SDI、 CATL、亿纬锂能等。 2 电池数量降低，集成难度降低特斯拉现在使用的是 4416 节 21700 电池，将来会使用 960 节 4680 电池，系统集成门槛大幅降低。 3 容量增加，成本差距缩小 4680 圆柱电池容量是 21700 电池的 5 倍，叠加圆柱电池生产效率高、良率高，采用更高镍含量的正极材料和更多的硅负极， 4680 电池的成本与方形电池的成本差距缩小。 4 宝马率先切换圆柱电池在 BMW Gen6 的电池系统中将会采用圆柱电芯。作为 CATL 的伯乐，宝马曾坚定不移的选择方形电池技术路线，现在带头切换至圆柱电池技术路线，必定也将深刻影响其他车企。图表 6 布局大圆柱的电池企业车企方形圆柱 1 宁德时代已宁德时代目前量产了两款大圆柱电池，尺寸都是 34直径 *200高 mm 2 比克电池国内首发 4680全极耳大圆柱电池， 4680电芯样品预计年内批量下线全极耳大圆柱产品应用了新一代正负极材料和结构设计，在兼顾能量密度的基础上快充性能实现了三倍提升，以高端车电为切入点，终端市场对大圆柱电芯需求十分可观。 3 亿纬锂能亿纬锂能主要是走 4680和 4695的路线，其中 4680是标准化电芯， 4695应该针对车企的定制产品，目前没有任何的信息。 5 松下 21 年 10月松下首次展示其为特斯拉打造的新型 4680电池 6 LG LG新能源 3月表示已开始为特斯拉 4680电池建造一条试点生产线，在其 Ochang工厂改造部分生产线，装配和电镀设备已安装完毕，最早有望在年内开始运营。 7 SDI 和现代汽车联合开发下一代圆柱形电池，将在未来两到三年内推出，完成了特斯拉 Model Y用 4680电池组样品的开发，目前正进行各种测试。 8 蜂巢蜂巢能源在 2021年上海车展展出过一款 23Ah的 4680电池， NCM正极，规划能量密度 235Wh/kg，循环寿命高于 1200次，用于纯电动汽车。资料来源高工锂能，华夏 EV，第一财经咨询，华创证券电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 12 二、安全性能圆柱电池具有天然优势， Model 3 极限工况实测（一）滥用工况相同化学体系下，圆柱电池系统最安全前瞻新技术之一动力电池无热蔓延技术中详细分析了热失控防护的主要设计包括热、冲击、气体、电压、液体和固体等。  热圆柱电池显著优于方壳及软包电芯圆柱电池的单体电芯容量远远低于方形和软包电池。 1865/2170/4680 的单体电芯容量约为 2.5/4.8/26Ah，而同时期方形铝壳电池基本在 50-300Ah，软包电池基本在 30-100Ah。圆柱电芯的接触面积为零，与方形、软包电池差异很大。同时由于圆柱电芯之间存在缝隙，电芯间填充隔热灌封胶，电芯的接触面积是零，若某个电芯发生热失控，热量必须经过灌封胶再传递至周边电芯。但方形电池和软包电池是大面接触，传热面积很大，对隔热的要求很高。  冲击泄压阀朝下设计，安全性显著高于泄压阀朝上的普通方形电池电芯开阀后气、液、固混合物高温高速冲击，特斯拉圆柱电池的泄压阀朝下设计，完美避开电池包上盖无法承受冲击力的问题。  气体底部悬空形成天然烟道，实现高效泄压。电池包内部形成高压，设计应该考虑良好的烟道、泄压阀，否则内部压力过大会造成结构件撕裂。而高温烟气的路径只经过电池包底部，电池托盘的结构强度远远高于上盖，风险较低。  电压热电分离。所有高压零件均超上方，泄压阀朝下方，在热失控时高温烟气不会威胁到电芯上方的高压零件，短路风险低。  液体和固体在热失控时朝下喷发的导电材料不会威胁到上方的高压零件，仅需要考虑堵塞泄压阀的风险。图表 7 热失控防护要素资料来源车知知大模组、 CTP/CTC 电池系统技术培训，华创证券电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 13 图表 8 4680 电芯侧面图表 9 4680 电芯底部支架资料来源 The Limiting Factor，转引自魅力少年马里昂 Bilibili 资料来源 The Limiting Factor，转引自魅力少年马里昂 Bilibili （二）极限工况 Model 3 实车 90min 激烈驾驶快充，仅小幅触发降温措施 1、特斯拉电池热管理优势明显特斯拉 Model 3 采用圆柱电池在极限工况保持电池热安全具有天然优势 1）单个电芯很小，保证电芯内部温度场均匀性极佳； 2）冷却管路覆盖面积极大，保证电池 pack 内不同电芯的温度均匀性； 3）通过优秀的热管理措施，能够在极短的时间内将热量迅速排出。特斯拉整车热管理设计理念领先通过制冷模式下冷却液在 Superbottle 智能冷却液储罐的管路切换阀和水泵驱动下，分别分两路进入电池和功率电子进行冷却，最后经 Superbottle 集成的散热器将热量释放至空调系统。电池液冷回路包括两条散热途径 1）换热器散热器风扇回路，实现间接风冷能耗低； 2）换热器空调系统，实现空调强制快速冷却。图表 10 Model 3 热管理系统示意图资料来源纯电车 EV 电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 14 Model Y 比 Model 3 热管理系统进一步升级。 Model 3 采用四通阀，将电池和电驱电控的热管理系统整合，甚至利用电机堵转降低效率的方式来加热电池，但座舱依然需要 PTC 加热。 Model Y 把两个四通阀叠加组成八通阀，将空调和三电整合起来，实现十二种制热和三种制冷模式。前舱散热器从两个减少到一个，完全依靠复杂的控制策略来实现热量的合理分配。 Model Y 取消 PTC，加热改用热泵，同时还加入了一个压缩机，它也可以直接产生热量，功率与主流 PTC 相当（ 5-6 kw），所以可提供足够的制热功率。图表 11 Model 3 Superbottle 智能冷却液储罐图表 12 Model Y 八通阀设计管路资料来源智车联盟资料来源 TeslaFan 2、 Model 3 连续极限工况测试电池未开启强制冷却采用双电机版本 Model 3 进行实车极限工况测试，探索 Model 3 在极限工况下的热安全措施，按照冷却系统措施可区分以下等级。图表 13 电池冷却系统措施编号冷却系统措施换热措施备注 1 风扇散热冷却液维持低流速风扇散热热管理轻微介入 2 风扇散热冷却液间歇性高流速风扇散热热管理轻微介入 3 风扇散热冷却液维持高流速风扇散热热管理轻微介入 4 压缩机间歇开启空调强制散热必须空调介入 5 压缩机长时间开启空调强制散热必须空调介入 6 压缩机满功率开启冷却液维持高流速空调强制散热必须满负荷强制散热 7 过温报警 \ 无法及时散热并最终过温报警资料来源华创证券整理 Model 3 实车极限工况测试表现优异，电池未出现过温、限流情况。 Model 3 是运动型车型，对车辆在激烈驾驶中的表现有严格的要求，通过实车测试发现，在长达 90min 的极限工况下，电池 SOC 从 90降低至 39，电池温度从 29℃上升至 52℃，电池始终未出现过温、限流等情况，说明该工况未探测到 Model 3 的极限工况下热安全性能极高。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 15 图表 14 极限工况测试编号工况时间电芯初始温度 ℃ 电芯结束温度 ℃ 初始 SOC 结束 SOC 1 20 次百公里加速 835845 21.5 29 90 80 2 120kpm 高速 845853 29 35 80 68 3 20 次百公里加速 853925 35 38.5 68 61 4 20 次百公里加速 925936 38.5 41 61 55 5 60100kpm 急加减速 9361004 41 48 55 39 6 快充 13201527 41 49.5 39 99.4 资料来源 Super 锂电池公众号，华创证券在工况 14 连续 60min 的激烈驾驶条件下，空调压缩机全程未开启，说明 Model 3 的热管理能力极强，完全不需要空调介入。取工况 4 中的数据进行分析，电池 SOC 由 61.2降低至 55.5，电池温度由 38.5℃上升至 41℃，冷却液流速未发生变化，空调压缩机全程未开启。图表 15 Model 3 实车工况 4 测试 20 次百公里加速资料来源 Super 锂电池公众号，备注入水口温度解析有误连续激烈驾驶 65min 后，工况 5（连续 60100kpm 急加减速）中才勉强触发热管理动作，压缩机未满功率运行，说明连续 90min 的激烈驾驶完全未触及 Model 3 性能上限。工况 5 可区分为 4 个阶段 1）电芯温度缓慢提升，冷却液维持低流速，压缩机未开启； 2）电芯温度提升至 45℃，冷却液间歇性高流速，压缩机间歇性开启； 3）电芯温度提升至 48℃，冷却液维持高流速，压缩机连续性小功率（ 0.3kw）开启， 4）驾驶工况趋缓，电芯温度维持 4748℃，冷却液流速逐渐降低，压缩机关闭。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 16 图表 16 Model 3 实车工况 5 测试 60100kpm 急加减速资料来源 Super 锂电池公众号，备注入水口温度解析有误，压缩机最大功率 1.5kw 连续激烈驾驶后进行快充，电池最高温度 49.5℃，空调压缩机未开启，完全未触及 Model 3性能上限。快充可分为 4个阶段 1）电芯温度缓慢提升，冷却液维持低流速 6L/min，压缩机未开启； 2）充电至 53.7，电池温度提升至 43℃，冷却液流速提升至 8L/min，维持一段时间后继续提升至 14.5L/min，之后缓慢降低至 6.5L/min，压缩机未开启； 3） 45A 恒流充电，电芯温度维持在 49.5℃，冷却液维持低流速，压缩机未开启， 4）乘客舱开启空调，电池涓流充电，冷却液与入水口温度动态调整，电池温度缓慢降低至 45.5℃。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 17 图表 17 Model 3 实车工况 6 测试快充资料来源 Super 锂电池公众号，备注入水口温度解析有误圆柱电池在极限工况中的热性能优势 1）整车上限极高，充分利用圆柱电池冷却面积大的特点，普通工况根本不需要空调为电池降温，只在极端工况下开启空调压缩机为电池降温； 2）有助于降低整车能耗，提高乘客舒适度； 3）电池温度场分布均匀，有助于提升电池寿命。总结圆柱电池安全性能更优。 1 滥用工况圆柱电池单体释放能量最低，单位散热能力、与周边电芯的隔热能力最强，热失控防护难度和成本最低。 2 极限工况 Model 3 实车测试，连续 90min 激烈驾驶快充，电池最高温度 49.5℃，空调仅短暂小功率开启， Model 3 电池热安全性能上限极高。电力设备及新能源行业深度研究报告证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号证监许可（ 2009） 1210 号 18 三、快充性能大电流高电压是快充终极路线， 4680 更有优势（一）手机快充复盘高电压大电流快充是趋势充电速度慢曾经也是手机的痛点，复盘手机快充的发展历史有助于理解汽车快充的发展方向。根据 PU*I，提升快充有三种方式 1）电流不变，提升电压； 2）电压不变，提升电流； 3）电压、电流二者都提升。 1 第一阶段（ 2007-2013） 5W 慢充时代，电池可拆卸。 2007 年 iPhone 4 的发布标志着移动设备进入智能机时代，但随着智能手机功率越来越高