2023年度动力电池创新全景报告--第一财经.pdf-solarbe文库

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02 Contents 目录 PART 1 动力电池技术创新 01 系统结构创新 02 电芯结构创新 03 全新技术路线 1.1 CTP 2.1 刀片电池 3.1 钠离子电池 1.3 CTB 2.3 短刀电池 3.3 凝聚态电池 1.2 CTC 2.2 4680 大圆柱电池 3.2 半固态电池 1.4 MTC 2.4 弹匣电池 05 05 05 09 10 10 13 16 07 09 11 14 14 14 17 03 PART 2 动力电池材料创新 PART 3 结语 01 正极材料 02 负极材料 03 电解液用锂盐 04 导电剂 04 动力电池配套技术 1.1 锰基正级 2.1 硅基负极 4.1 800V 高压快充 4.1 碳纳米管材料 3.1 双氟磺酰亚胺锂盐 LiFSI 1.2 单晶三元 2.2 硬碳负极 4.2 全极耳 3.2 小众锂盐二氟磷酸锂19 31 31 33 31 18 18 29 29 23 28 21 20 20 26 26 动力电池技术创新与材料创新所遵从的原则一致，都以安全性为基石，高能量密度、高倍率性能为主要发展方向。当前，以宁德时代麒麟电池、比亚迪刀片电池、特斯拉 4680 电池为代表的创新产品各领风骚，短时间内恐难决出绝对王者；钠离子电池、半固态电池等全新技术仍在大规模量产前夜，尚不具备“颠覆” 动力电池产业格局的条件。而随着动力电池技术革新加速，传统材料逐渐不能满足电池降本、提升能量密度等需求，单晶三元、硅基负极等新材料应用加速。材料和化学体系创新越来越成为未来电池产业链企业的核心竞争力。在动力电池产业终局成形之前，行业大小玩家对新技术的探索不会止步。第一财经从动力电池技术、材料两大维度，盘点国内动力电池产业链各环节主要创新技术路线，以及各大厂商的卡位与布局，并探讨新型材料如何为提升动力电池性能添砖加瓦，又将如何推动动力电池市场格局不断演变。 04 动力电池原材料价格大幅波动背景下，电池结构创新成为车企和电池厂降本增效的重要发力点。中金公司认为，电池结构创新将由电芯 2022 年 6 月，宁德时代发布 PART 1 动力电池技术创新 01 PART 1 系统结构创新 1.1 CTP 和系统层级协同推进。 2019 年起，以宁德时代 300750. SZCTPCell to Pack，无模组动力电池包 1.0 技术为代表，各大动力电池企业和车企相继推出去模组化、集成化的系统结构创新以推升动力电池的空间利用率和能量密度。截至目前，系统结构创新大致可分为 CTP、CTB、CTC 三种。其中， CTP 为电池包技术，而 CTBCell to Body，电池车身一体化技术、 CTCCell to Chassis，电池底盘一体化则为整车技术。此外，以零跑为代表的 MTCModule to Chassis，电池模组到底盘也于 2022 年 4 月正式发布。据悉，尚不具备成熟 CTP/CTC 技术的车企会将电池包委托给动力电池企业设计生产，电池厂则借机加深与车企的绑定；而具备CTP/ CTC 技术能力的车企会选择强强联合，与技术实力强劲的电池厂联合开发，其余电池厂商则会从模组供应商退化为电芯供应商，配套价值量或将下降。中金公司表示，电池包结构迭代将加剧电池企业间分化，具备 CTP/ CTC 领先技术能力电池厂有望进一步巩固配套份额并获得技术溢价带来的超额收益。比亚迪CTB方案特斯拉CTC方案零跑MTC方案上汽魔方电池宁德麒麟电池方案亮点适配电芯方形电芯三元/铁锂三元≥ 255Wh/kg；铁锂≥ 160Wh/kg 方形铁锂电芯预计铁锂≥ 155Wh/kg 4680圆柱电芯高镍三元 210Wh/kg 方形电芯 - 方形电芯 130-190Wh/kg 电池包空间利用率 72 电芯之间，双面冷却高高强，可实现 4C 快充 66 电芯上方，单面冷却中中中预计低于 60 电芯之间，双面冷却高高高低于 66 电芯下方，单面冷却中中中低于 60 电芯侧面，单面冷却中较高中系统能量密度冷却板位置散热效率电池寿命快充性能图片示例 CTP方案，取消模组形态，开创性的取消电池包横纵梁、底部水冷板以及隔热垫的单独设计，集成为多功能弹性夹层刀片电池的上盖与车身地板集成于一体圆柱电芯排列在车身上、形成电池舱，前后直接连接车身大型铸件，电池上盖代替车身地板电池包将车身底盘作为上壳体，托盘为下壳体，内部由方形大模组构成 CTP方案，电芯躺平放置，电池包可换性较强资料来源各公司官网、中金公司研究部、第一财经各家车企与电池厂CTP/CTC方案对比 05 相较于传统“电芯 - 模组 - 电池包”三级结构，CTP 技术省去或减少模组组装环节，将电芯直接集成至电池包。空间利用率提升、电池包减量，能量密度提升的同时成本下降成为 CTP 的“杀手锏”。 2022 年 6 月发布的“麒麟电池” 是宁德时代第三代 CTP 电池包，体积利用率据悉从第一代的 55 提升到 67。此前在 2019 年，宁德时代发布了与北汽新能源携手打造的全球首款 CTP 电池包。作为宁德时代第一代 CTP 电池，它取消了模组侧板等零部件以及模组紧固件焊接等工序，使得电池包体积利用率提高20- 30，零部件数量减少40，生产效率提升 50。第二代则将原有模组电芯电压电流采样等零件进行集成，进一步减少了模组附件数量，将电芯集成直接装入电池箱。比亚迪 2020 年推出的刀片电池 GCTP 与宁德时代的 CTP 技术本质上是相同的。刀片电池直接采用了无模组的设计，大幅度减少内部的线缆和结构，电池体积利用率相较于传统电池包提升了 50 以上、零部件数量减少 40、生产效率提升 50，最终成本下降 30。二线电池厂中，蜂巢能源、中创新航也推出过 CTP 相关产品。与传统 590 模组相比，蜂巢能源 CTP 第一代减少 24 的零部件；第二代成组效率提升 5-10，空间利用率提升5，零部件数量再减少22。中创新航推出的 One-StopBettery 无传统壳盖，通过多功能复合封装、一体桥接电连接、高剪切外绝缘等技术，使结构重量降低了 40、零部件数量减少了 25、空间利用率提高 5。除了方形电池厂商，远景动力、捷威动力等软包电池企业也在试水CTP方案。其中，远景动力软包 CTP 同等空间内电池容量将增加一倍，续航延长至1000km，预计 2024 年量产；捷威动力基于软包大模组概念推出的积木电池技术已成熟，送样国际车企，国内规模推广在即。从上述企业的技术路线可以看出，虽然电池产品的具体名称不一样，但技术都是围绕 CTP 来展开。第一财经从一位券商行业分析师处了解到，宁德时代、比亚迪等推出的这些产品技术思路都是一样，着力增大空间利用率，只是内部结构，比如结构件、模组要求有差异，整体来看大同小异。相同化学体系同等电池包尺寸下，3.0版本CTP电量比4680系统又提升13；能量密度、体积效率继续引领行业最高水平。高性能高效率 ≥ 160Wh/kg ≥ 290Wh/L LFP电池系统 ≥ 250Wh/kg ≥ 450Wh/L NCM电池系统兼顾极速、无损、安全、高效适用LFP、NCM 涵盖乘用车、商用车平台电芯模块平台可拓展电气模块柔性可拓展箱体模块资料来源宁德时代官微、国盛证券研究所、第一财经宁德时代CTP3.0平台化模块柔性可拓展热管理模块 2023 年 3 月 21 日，宁德时代宣布麒麟电池已确认量产，首批合作厂商包括吉利、华为。其中，极氪 009为麒麟电池全球量产首发车型，创造中大型 MPV 822km 续航记录；极氪 001 为全球首款搭载麒麟 1000 公里电池的量产车型，将于 2023 年二季度推出。AITO 问界 M9 搭载麒麟版车型续航预计将提升 10，并与宁德时代签署五年长期战略合作协议。比亚迪方面，刀片电池自 2020 麒麟电池量产，“宁王” 规模效应或现 1.1.2 了 CTP3.0 电池，即麒麟电池。通过提高电池包利用空间，麒麟电池比能量大增，磷酸铁锂系统能量密度 160wh/kg，三元高镍可达 250wh/ kg，较4680电池能多装13的电量。这一领先的电池集成技术再度强化“宁王”的核心技术与市场竞争力，而它是否将推升 CTP 的行业渗透率以及对相关产业链的影响也备受关注。宁德、比亚迪领衔，电池厂商争相布局CTP 1.1.1 06 华泰证券预计，到 2025 年 CTP 将会成为主流的电池系统设计方案，宁德系CTP供应链引关注 1.1.3 年7月起逐步应用于汉、E2、宋 plus、秦 plus、D1、海豚等多种纯电动车型，目前刀片电池技术仍在持续研发并持续扩大应用。蜂巢能源的产品则主要服务于“老东家” 长城汽车的欧拉车型。宁德时代的 CTP 技术还已走出国门。 2022 年 5 月，宁德时代与泰国 ArunPlus 有限公司签署战略合作备忘录，授权 ArunPlus 使用 CTP 技术。未来，ArunPlus 和宁德时代计划向 HorizonPlus 和其他电动汽车品牌供应电池产品。相较于电芯或电池包的出海，对海外企业进行专利授权既能彰显宁德时代的技术领先优势，同时带来不菲的收益。而随着CTP3.0麒麟电池的推出，宁德时代有望进一步拉大与动力电池厂商二梯队的差距。第一财经从沪上某基金经理处了解到，麒麟电池在散热、快速充电、提升电池寿命、能量密度等方面都有不错进展，使得宁德在电池技术保持领先地位。宁德时代本来体量就是最大的，麒麟电池带来的规模效应肯定会有。与此同时，换电业务也为宁德时代的CTP应用开辟了一条新的道路。宁德时代近日公布的EVOGO换电解决方案将采用新的 CTP 技术，单个电池块续航里程达到 200km，能量密度超过 160Wh/kg。各类车企对 CTP 电池的需求数量可达 800 万块。产业链相关企业已开启加速布局之路。除了锂电设备厂商有望迎来发展新机遇，麒麟电池将为结构件带较大变化，对电池托盘、水冷板等零部件的要求提升。先惠技术 688155.SH 是国内较早进入新能源智能制造装备领域的龙头企业，为宁德时代、孚能科技、亿纬锂能等电池生产企业提供动力电池模组 / 电池包 PACK 生产线。为深度绑定大客户，先惠技术 2022 年 5 月发布公告，拟以 8.16 亿元现金收购围绕宁德时代进行相关电池结构件服务的宁德东恒机械有限公司以下简称东恒机械 51 股权。和胜股份 002824.SZ 是宁德时代电池托盘第一大供应商，2021 年新能源汽车业务 50 以上的份额来自宁德时代，客户还包括蔚来、小鹏、理想、北汽等。 “祥鑫科技 002965.SZ 是宁德时代二供。”据业内人士称。该公司此前在互动平台表示，已向宁德时代、国轩高科等知名厂商供应新能源汽车动力电池箱体上盖、托盘等金属结构。 CTC 作为最新一代电池系统技术，在特斯拉等企业的助推下，正在从开发设计步入量产阶段。什么是 CTC 技术简单来说就是将电芯直接集成于车辆底盘，从而达到减少零部件数量、节省空间、降低车身重量等效果。 1.2 CTC 早在 2020 年 8 月，宁德时代就率先提出了 CTC 概念；2020 年 9 月，特斯拉在电池日上同时发布了 4680 大圆柱电芯、CTC 技术和一体化压铸技术，并将 CTC 概念推向高潮。天风证券称，当技术尚处于概念阶段的时候，往往看来起来比较遥远；但当技术开始落地时，进展往往会超出预期。据特斯拉介绍，公司的 CTC 技术是将电池组作为车身结构的一部分，连接前后两个车身大型铸件，取消原有座舱底板，将座椅直接安装在电池上盖上。因此，CTC 技术还可进一步降低制造成本。马斯克曾表示，CTC 技术配合一体化压铸技术使用，可节省 370 个零部件、车身减重 10、每千瓦时电池成本下降 7。此外， CTC 技术并非局限于 4680 大圆柱电芯，2170 电芯同样适用，未来或将兼容其它尺寸电芯。 2022 年 3 月，特斯拉德国柏林工厂正式开放。开放日信息显示，该工厂将生产搭载 CTC 技术的 ModelY，特斯拉也成为全球首家量产 CTC 技术的车企。沃尔沃、福特、LG 等海外企业在CTC领域也有布局。其中，沃尔沃会在第三代电池系统集成技术中采用CTC技术，进一步减少模组层级不必要的结构，这也是继特斯拉之后，第一家正式发布乘用车 CTC 方案的整车企业；福特则仍处于设计构想阶段；LG则在2021年 2 月首次公开了一份 CTC 专利，其特斯拉领衔CTC赛道1.2.1 07 华泰证券认为，CTC 是未来电池技术方案发展的重要方向，将带来产业上下游重构。对上游零部件厂来说，CTC 技术意味着纳入的零件总成逐渐增多，电池产业链竞争或加剧1.2.2 选择的方案是模组到车底盘的集成 Module to Chassis。国内方面，宁德时代也即将加入 CTC 大军。按照计划，宁德时代将在 2025 年实现集成化 CTC，2030 年实现智能化 CTC。宁德时代董事长曾毓群表示，公司的 CTC 技术将电芯与车身、底盘、电驱动等集成一体，使行驶里程突破 1000 公里、百公里电耗降至 12 度以下。综合来看，华泰证券认为 CTC 方案将不断渗透，预计 2025 年各类车企对 CTC 的需求数量达 400 万辆左右。 0 200 100 300 400 500 600 700 800 CTC-头部车企万辆 CTC-知名车企万辆 CTC-发展车企万辆 2022E 2023E 2024E 2026E2025E 2027E 各类车企对CTC的需求数量万辆/年资料来源第一电动、华泰研究预测、第一财经上游零配件厂中游电池厂下游整车厂结构板 FPC 箱体 CCS 冷却系统 BMS 资料来源知化汽车、华泰研究、第一财经 CTP和CTC产业链整合零件总成成为上游零部件厂的布局方向。其中，电池托盘作为 CTC技术中少量保留的结构件之一，其作用也被逐渐放大。随着电池托盘集成化趋势明显，产品价值量预计将一步提升。 2022 年一季度，和胜股份获得预估交易额 36 亿 -40 亿元的项目定点意向书，周期约 4-8 年。2022 年上半年，该公司电池托盘销售量约 21 万件，同比增长 48。客户方面，该公司已和宁德时代、比亚迪、广汽新能源等多家客户建立合作关系，并且已实现产品批量供货。同时，一体化压铸技术也有望因 CTC 技术不断应用而获得关注。 2020 年，文灿股份 603348.SH 就开始为特斯拉开发、生产车身结构件产品。该公司拥有 9000T 压铸机，该压铸机吨位是全球生产汽车零部件产品中最大的。该公司现已在大型一体化结构件产品领域获得某汽车客户某车型全部的车身结构件共十个项目，预计2022年四季度贡献收入。 2022 年 9 月，公司发布公告称，拟在重庆投资建设新能源汽车轻量化零部件生产基地项目，项目总投资约 8 亿元，主要用于生产中高端新能源汽车之轻量化一体车身结构件等产品。对于中游电池厂来说，与下游整车厂之间的竞合关系成为一大看点。 CTC 是以电池为核心的集成设计，多家研究机构认为这意味着电池厂的话语权将占据上风，在产业链中价值也将进一步上升。但是， CTC 同样重要的部分还包括汽车底盘，这恰恰是整车厂的优势所在。 08 在整车厂力图迈向电池领域，掌握电池技术、价格话语权的同时，电池厂也可以借 CTC 延伸至底盘开发领域，逐步向整车渗透。在此背景下，第三方 Pack 企业的市场份额或被挤占，而电池厂与整车厂的竞争格局将更加激烈。 CTB 是比亚迪新提出的一种全新电芯集成方式。从严格意义上来讲，CTB 术是 CTC 技术的一种，也是 CTP 技术的延伸。 2022 年 5 月，CTB 以刀片电池为基础首次发布，率先搭载于海豹车型。该方案可将电池包空间利用率提升至66、能量密度提升 10，中金公司预计电池包能量密度或接近 160kg/Wh，进而实现 700km 的续航里程。 CTB 技术为比亚迪带来了结构、三电、操控、安全、空间的进化。比如结构方面，相较于 CTP 技术， 1.3 CTB 主要向比亚迪供应新能源汽车车身结构件，包括车身高强钢结构件、座椅骨架部件、流水槽等，并已建立持续开发的合作意向。资料来源公司报告、第一财经比亚迪动力电池成组技术CTP、CTB CTB 将刀片电池的上盖与车身底板集成于一体，从“电池三明治”变成了“整车三明治”，减少了一定的空间损失。在这种模式下，电池既是能量体也是结构体，可参与整车的传力与受力，使侧面柱碰侵入量减少 45。安全方面，搭载 CTB 技术的整车扭转刚度据悉提升一倍，实现超 40000N·m/°，达到行业主流标准。空间方面，更薄的动力模组使得座椅纵向布置空间更加灵活，人体工程学设计也更加合理。但是，比亚迪的 CTB 技术在散热效率、电池寿命、快充性能等方面略逊色于宁德时代 CTP3.0 技术与特斯拉 CTC 技术，还有一定的提升空间。由于 CTB 关键技术掌握在比亚迪自己手中，目前涉及 CTB 的相关上市公司并不多。和胜股份是比亚迪电池托盘主要供应商，已提前布局 CTC/CTB 等新一代电池托盘。祥鑫科技002965. SZ2022 年 8 月在互动平台表示，公司与客户在 CTC 和 CTB 技术上建立了共同开发意向。该公司董秘称，不同于将电芯直接堆在底盘上的特斯拉 CTC 方案，MTC 更像是一种折中方案，是将电池模组堆在底盘上，并没有省略电芯到模组这一过程。 MTC 的好处是，车辆装配工艺、电池包的固定形式改动不多，模组的型号、尺寸、参数也与之前一致，可以大量沿用之前的设计方案，相对来说更容易量产。 2022 年 4 月，零跑汽车发布了 MTC 方案，应用于 C01 车型，该车型2022年7月进入工信部第六批新能源汽车推广应用推荐车型目录，并于 2022 年 9 月上市，全年共交付 4815 辆。零跑资料显示，公司的MTC 1.4 MTC 09 方案可以使电池布置空间增加 14.5、零部件数量减少 20、结构件成本减低 15，整车刚度提高 25，综合工况续航增加 10。除零跑外，LG 也选择了 MTC 方案，主要是因为 LG 采用软包电芯，由于自身结构特性，软包电芯无法独立固定。在 LG 的 MTC 方案中，电池包下托盘与车辆底盘集成在一起，上盖板与水冷板集成在一起，模组安装在下托盘横纵梁形成的隔断内，通过螺栓与底盘固定。 02 PART 1 电芯结构创新刀片电池4680 大圆柱电池结构亮点大容量提高能量密度，降低生产成本和BMS管理难度；全极耳大幅降低锂电池内阻，降低产热量，增强电池安全性和快充性能。对电芯进行扁长化设计和减薄设计，成组时电芯直接充当电池包结构件，提高了电池空间利用率，增大系统能量密度；电芯叠片工艺降低电池内阻，降低产热量，增加电池安全特性和能量密度；铁锂电芯安全性能更好，针刺试验表现良好。电芯层面结构创新包括 4680 大圆柱电池与刀片电池电芯材料高镍正极硅碳负极 92 左右铁锂正极 - 制造工艺圆柱卷绕 280Wh/kg 中较好高 190Wh/kg质量能量密度； 370Wh/kg体积能量密度高较好方形叠片中生产良率单体能量密度成组效率安全性散热性能图片示例资料来源各公司官网、中金公司研究部、第一财经 2.1 刀片电池作为动力电池的“心脏”，电芯的重要程度不言而喻。早期由于电芯生产成熟度低、缺乏稳定性，需要用模组来弥补电池的安全性，从而降低维修成本。随着单体电芯技术的不断成熟，产品品质得到提升，电池企业开始研发大模组甚至无模组以减少内部零部件、提升成组效率，实现电池体积能量密度的提升。其中，较为成功的创新案例是比亚迪的刀片电池、特斯拉的 4680 大圆柱电池。 2020 年 3 月，比亚迪研发的刀片电池首次发布。 “6S”超级技术理念领衔 2.1.1 刀片电池对电芯进行扁长化设计和减薄设计，成组时电芯直接充当电池包结构件，使集成效率得到大幅提升，空间利用率可提升至 60。凭借高性能的刀片电池，比亚迪几乎以一己之力将磷酸铁锂电池“从边缘化拉了回来”。中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示，随着刀片电池加速装车，比亚迪动力电池装机量份额从 2021 年的 16.2 提升至 2022 年前七个月的 22.25。刀片电池的“6S”超级性能技术理念据悉包含超级安全、超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命、超级功率六大方面。得益于刀片电池的扁长化设计，其散热面积大、内部回路长，在针刺测试过程中无明火、无烟、表面温度仅 30℃ -60℃。中国科学院院士欧阳明高表示，刀片电池的设计使得它在短路时产热少、散热快，表现“非常优异”。 “超级强度”则体现在可轻松满足 60g 级别碰撞加速度要求，相当于以 45km/h 的速度碰撞刚性壁障。同时，刀片电池还具备更强的挤压和抗压强度。以 100-800kN 最大挤压力，电池包仅轻微变形；而基于刀片电池的电池系统在抗压强度方面可以承受的压力达 445kN，相当 10 资料来源电讯网、安信证券研究中心、第一财经比亚迪刀片电池图例于 45 吨卡车的重量。在用户体验方面，“超级续航”“超级低温”“超级寿命”“超级功率” 均有良好表现。刀片电池采用磷酸铁锂正极材料。由于原料价格不断波动，目前三元与磷酸铁锂的价差有所缩窄，但整体价格还是三元高于磷酸铁锂。成本优势仍突出2.1.2 0.4 0.6 0.8 1.0 铁锂电芯三元电芯 21/05 21/08 21/11 22/0522/02 三元电芯与磷酸铁锂价差缩窄元/Wh 资料来源Wind、国泰君安证券研究、第一财经从刀片电池构造来看，零件种类减少 40、零件数量减少 70、体积利用率增长50，王传福表示“最终总成本可下降 30”。北极星储能网预计，刀片电池 pack 成本未来或由 0.6 元 /Wh 降至 0.42 元 /Wh。从市场表现来看，比亚迪汉作为刀片电池的首发车型，已获得市场的广泛认可。2021 年，比亚迪汉实现全年销量 11.77 万辆，2022 年 8 月更是大卖 2.60 万辆，连续 2 个月霸占B级C级轿车市场零售销量排行榜首位。随着刀片电池应用范围的扩大，比亚迪动力电池整体也随之放量，亟需产业链稳定供应来降本增效。据不完全统计，正极材料方面，刀片电池主要供应商有湖南裕能 301358.SZ、万润新能 688275. SH、龙蟠科技 603906.SH 等。湖南裕能是国内最大的磷酸铁供应商均为行业头部企业 2.1.3 锂供应商，2021 年对比亚迪的销售收入为29.18亿元，占总体营收的 41.52；万润新能688275.SH方面，磷酸铁锂产品占公司总收入的 90 以上，2021 年前三季度对比亚迪的销售收入为 3.47 亿元，占总营收的 30.33。负极材料方面，主要供应商有贝特瑞 835185.BJ、中科电气 300035. SZ 等。 2022 年 9 月，中科电气宣布与比亚迪旗下电池公司重庆弗迪成立合资公司，共同建设 10 万吨负极产能。其中，中科电气持股 65，弗迪持股 35。一期 5 万吨产能争取在 2023 年 8 月投产，投产后 3 个月内达产；二期 5 万吨于一期投产后 9 个月投产。早在 2012 年，中科电气负极业务板块前身星城石墨就成为了比亚迪合格供应商，2014年、 2015年比亚迪分别是其第二、第一大客户。隔膜方面，主要供应商有星源材质 300568.SZ、恩捷股份 002812. SZ 等。锂电设备环节，比亚迪关键工序的设备均为自行开发，外部供应商则包括赢合科技 300457.SZ、金银河 300619.SZ、德新科技 603032. SH 等。 4680大圆柱电池因特斯拉 ModelY 的搭载而受关注。亿纬锂能董事长刘金成曾认为，大圆柱电池可能是动力电池终极技术方向，因其体现出“绝对安全与成本优势”。但事实真是如此吗 2.2 4680 大圆柱电池 11 特斯拉为什么选择 4680 主要原因是能量密度、安全性的提升，以及成本的下降。能量密度方面，4680 单体电芯的能量密度能达到 300Wh/kg，高于目前铁锂单体 160-200Wh/kg 及三元的 200-300Wh/kg。圆柱电池的安全性主要体现在热失控管理方面。有锂电池技术专家介绍，圆柱电池设计的最大特点就是，当圆柱电池的规格给到供应商以后，电芯工程师只要关注电芯的特性、常规比例、容量提高，后续三大优势吸睛，特斯拉力推4680大幅降本 2.2.1 约为 0.698 元 /Wh，2025 年 4680 电池成本预计为 0.323 元 /Wh。而方型电芯成本 2022 年为 0.75 元 /Wh，兴业证券预计 2025 年为 0.55 元 / Wh。特斯拉宣称，有信心将 4680 单位成本下降 56，其中，电芯设计占 14、电芯工厂占 18、负极材料5、正极材料占12、电芯底盘集成占 7。但观察人士认为，目前圆柱电池的成本曲线还处在相对比较高的位置，真正实现特斯拉的目标成本可能需要较长的时间，特别是当前高镍材料的价格和电池相关的配方还是偏贵的。负极材料正极材料整车匹配电芯工厂未来电池系统成本电芯设计当前电池系统成本 120-110 53-48 -14 -5 -12 -7 -18 当前特斯拉Mode 3 2170电芯 pack 系统成本 USD/kWh 尺寸变大，减少壳体等冗余设计使用高能量密度的硅碳材料高镍、低钴、中锰的材料含量，新的极片设计干电极工艺降低了工厂耗能 2024/25实现该目标优化了电芯安装到整车的结构，取消了模组，PACK的设计无极耳技术优化充放电性能在硅碳材料的表面涂敷一些高柔性粘结剂内部制造进一步降低成本快速的电芯制造产线所有工序都有特斯拉生产电芯作为整车的结构件，通过结构胶固定在底盘相比于2170电池，能量提高5倍，倍率提高6倍，能量密度提高16 特斯拉通过上述改善能节省1.2 USD/kWh 无NMP的生产工艺，符合环保要求 1条产线每年 20Gwh的产出， 2030年将达到 3TWh 将在全球搭建特斯拉自己的工厂减少了35的工厂建筑面积，降低了25的投资正极能量密度最高的高镍92 NCA 当前电池系统成本95-100 USD/kWh 资料来源特斯拉电池日公开资料、兴业证券经济与金融研究院整理、第一财经 4680 电池成本下降图模组和 pack 工程师就可以在这个规格上试验不同的热管理方案，所以圆柱电池在安全方面的可塑性比较强。成本方面，4680 主要通过扩大电池尺寸、CTC 设计等手段进行降本。第一财经从某锂电池技术专家处了解到，从整个封装线来看，圆柱比方壳的投资成本可能要降低 30-40。4680 的电池数量可以从18650的6000多个减至960个，这意味着 PACK 空间利用率提高、 BMS电池管理系统控制难度降低。从电池成本来看，圆柱电池的优势已经显现，当前 21700 电池成本 12 2017 年之后受新能源车补贴退坡影响，初期配套圆柱电池的短续航低端车型无法得到补贴，圆柱电池受到方形电池挤压。随着 4680 的出现，国内厂商再次将目光投向了圆柱电池。 “想做都能做的，圆柱电池产线扩张更快，资本开支更低，比方形电池生产容易。”有新能源基金经理称。亿纬锂能 2021 年 11 月发布公告称，将投建年产能 20GWh 的乘用车用大圆柱电池生产线及辅助设施项目，投资总额约为 32 亿元。刘金成曾表示，大圆柱电池和叠片铁锂电池将是公司在动力电池领域重点布局和发展的产品方向。当前，亿纬锂能开发进度有目共睹，但在快充能力、内阻、对应的能量密度等方面仍待提升。 2022 年 9 月上旬，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”车型架构的纯电车型供应圆柱电池。根据协议，宁德时代将为宝马供应标准直径为 46 毫米的新型圆柱电池，这些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。业内人士表示，宁德时代在溧阳有圆柱产线，2021年产量约 2-3GWh。对宁德时代来讲，切入圆柱电池的速度会比预期要快。此外，江淮汽车 600418.SH、蜂巢能源、比克电池等在大圆柱电池方面均有布局。另有新势力和一些老牌企业，目前主要还在做圆柱电池的前期研究。国内电池厂商加速布局，何时量产仍需观察 2.2.2 从各大厂商加速布局 4680 的动向来看，大家并不怀疑特斯拉在电池层面的选择。光大证券预计 2025 年特斯拉搭载4680电池的车型销量将超160万辆，占总销量的近 50，装机量预计达 123GWh。基于乐观的商业前景预测下，有观点称 4680 很可能将成圆柱电池终极形态。第一财经调研了解到，这种说法大概率是不成立的。华安证券新能源与汽车首席分析师陈晓称，说是最终形态有点儿绝对，当前行业还处在发展阶段，什么都有可能，大家都在摸索。华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文表示，在未来一段时间内，大圆柱电池有可能与方形电池共存，正如目前三元锂电池与磷酸铁锂电池共存一样，为用户减少焦虑的多种技术探索都是有价值的。技术迭代速度快， 4680难成圆柱电池终极形态 2.2.3 在2021年的蜂巢能源电池日上，该公司宣布将其电池全系“短刀” 化，即薄长条形方壳电池，涵盖从 L300-L600 的全尺寸电池产品，覆盖从无钴、三元到磷酸铁锂全域化学体系。据蜂巢能源，短刀电池电芯能量密度可达 185Wh/kg，另外其两侧出极柱的电芯设计，可支持 pack 环节采用上下双水冷技术，实现 2C4C 快充性能，满足800V高压电气架构高端车型应用，还能作为结构件做 CTP。同时，短刀电池还具备降低成本、易于散热、安全性好等特点。兼容性方面，由于短刀电池尺寸不是特别长，电池布局可以更加灵活，从而实现 A00-D 级车型的全覆盖，包括和大众系推行的 MEB 模组相兼容。 2022 年 10 月，搭载 L600 磷酸铁锂短刀电池的欧拉闪电猫上市。闪电猫可实现 555km 的续航里程，在确保电池高安全性的同时，保障低温条件下续航功能。 2022 年 12 月，蜂巢能源第三届电池日发布了最新的电池解决方案龙鳞甲电池。该公司官网显示，采用磷酸铁锂 2.3 短刀电池资料来源高工锂电、华金证券研究所、第一财经蜂巢能源短刀电池 13 电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率大幅提升至76，续航超过800 公里；采用高锰铁镍电芯的续航超过 900 公里；采用三元电芯的续航超过 1000 公里，可帮助整车企业在有限的空间内，进一步拓展续驶里程的上限。蜂巢能源称，龙鳞甲电池还具备极致安全采用底部防爆阀设计，可以使热失控时内部产生的高压气体快速释放、极致兼容CTC、 CTB、CTV等都可以与龙鳞甲设计方案实现完美结合、极致成本减少了 20 的结构件，为电池包减重 10-20 公斤、极致续航、极致性能五大优势。据悉，龙鳞甲电池已确定搭载 SUV和轿跑两款重磅车型，将在 2023 年下半年量产上市。 2023 年 3 月 30 日，广汽埃安发布弹匣电池2.0电池安全技术，首次解决了多电芯瞬时短路、爆裂性破坏等极端环境下的电池安全难题。最重要的是，该技术成功通过枪击试验，击中后电池相邻受体电芯最高温度 185℃，无热蔓延，内部仅 3 个电芯机械结构爆裂性损坏。据介绍，弹匣电池 2.0 具备三大核心技术，包含使电芯温升速率下降 20 的超稳电极界面，实现隔热性能上升 40 的阻热相变材料，再加上顶部和底部同时冷却的技术，电池组的传热路径可缩短 50，散热面积提升100，冷却效率提升 80。值得注意的是，此次技术革新还带来了电芯灭火系统。弹匣电池拥 2.4 弹匣电池有毫米级超薄灭火板，可消除火星，形成惰性氛围。埃安弹匣电池自装车以来，搭载已超 40 万辆依然零自燃。相比于2021年的初代弹匣电池，弹匣电池2.0在电芯、模组以及整包层级均进行了设计优化。尤其是在电芯材料层面，创新性地引入复合集流体的应用。复合集流体在电池内短路时可通过熔断、绝缘材料提供较大电阻，短时间内切断或降低短路电流，极大地避免了起火隐患，大幅提升了电池安全系数。复合集流体分为正极复合铝箔与负极复合铜箔。据高工锂电，从广汽埃安官方发布的复合集流体图示来看，弹匣电池2.0应用的是复合铝箔。诺德股份研究院院长丁瑜博士曾表示，复合铝箔安全性优势突出，中期渗透率可达 40。相关企业中，英联股份在互动平台表示，2023 年 2 月与江苏高邮经开区签署投资协议，于高邮投资 30.89 亿元建设 100 条复合铜箔、 10 条铝箔生产线，项目建设期约 3 年，其中2023年计划建设10条复合铜箔和 1 条铝箔生产线。诺德股份复合铝箔产品目前在小量给客户送样进行交流，并已规划安排中试线进行量产可行性分析和成本核算。随着动力电池行业竞争加剧，各大厂商的研发创新已不局限于对电 03 PART 1 全新技术路线池系统结构和电芯方面的改造升级，更具性价比、创造力、前瞻性的技术不断出现，如钠离子电池、半固态电池凝聚态电池等，以及更具颠覆性的固态电池。 3.1 钠离子电池相较于磷酸铁锂和三元锂电池，钠离子电池在成本、安全、快充和低温性能上有较大优势。以中科纳海为代表的专业初创企业，以及以宁德时代为代表的拥有成熟技术的锂电产业链企业纷纷进入这一赛道。目前，钠离子电池在政策利好加持下正加速开启产业化进程，产业链也在稳步完善中。但是，作为一个新兴产物，钠离子电池的技术和工艺仍面临很多挑战。成本优势是钠离子电池的一大亮点。从原料储备来看，钠资源非常丰富，其在地壳中的丰度位于第6位。丰富的原料储备保障了供给稳定，因此价格波动也较小。WIND 数据显示，2022 年以来碳酸锂平均单价高于 40 万 / 吨，而钠离子电池所需的轻质纯碱价格还不足碳酸锂的 1，仅维持在 0.2 万 -0.4 万元 / 吨。从成本占比最高的正极材料来看，钠离子电池的正极材料不仅无须使用昂贵的锂盐，还能