特斯拉 2023 年将迎来 4680 圆柱电池大规模量产，有望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并引领产业变革。特斯拉围绕4680电池打出“大电芯+全极耳+高镍高硅+CTC”的“组合拳”，同时实现了续航长：4680能量密度提升>20%；充电快：全极耳优化了电池的热电性能，可承受4C以上高倍率电流；成本低：大电池+高能量密度摊薄单Wh成本。未来在 46 系大圆柱电池制造方面，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迎来机遇。同时，4680电池有望在特斯拉和头部电池厂的推动下迎来爆发拐点。
动力电池：三种封装形式
圆柱、方形、软包
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。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。
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。
并且，特斯拉通过电芯的横向排布，电芯间插入液冷散热片等方法，进一步优化温控效果，从而提升车辆的续航里程。
资料来源：InsideEVs
命名方式前两位46代表直径46mm；后两位80代表高度80mm。46：是指从21mm到46mm，系增加单体电池尺寸可摊薄非活性物质占比，降低固定成本和BMS管理难度，46mm之后热管理难度增加，降本收益为负，故46mm即为增大电芯尺寸后降本程度最大的最优点。80：80mm的高度相较此前70mm有所增加，可在径向散热不恶化的情况下增大单体容量。一般因各家底盘设计而异，例如宝马采用4695。
4680和第二代电芯对比
4680电池于2020年9月的特斯拉电池日首次公开发布。相较于特斯拉此前采用的第二代电芯2170电池，4680电池的电芯容量是其5倍，能够提高相应车型16%的续航里程，输出功率6倍于2170电池，在电池组层面每千瓦时成本降低14%。1865、2170、4680电池尺寸及能量密度对比：
资料来源：特斯拉电池日
大圆柱生产流程主要包括卷芯制造、电芯组装，以及搭载了CTC压铸创新一体化生产。其中，大尺寸电芯+全极耳+干电池涂布+钢质外壳是核心。由于一些结构的变化（比如全极耳），与传统圆柱对比，涂布、极耳模切、焊接等环节采用了较为明显的差异化方案。在加工工序方面，4680电池比2170电池增加了极耳模切、揉平、激光焊集流盘、开口化成、激光焊盖板的工序。生产流程的变化对于产线设备、加工工艺提出了更高的要求。
资料来源：特斯拉电池日、中信证券全极耳与集流盘或壳体连接中，对激光焊接技术要求较高：从点焊（传统两个极耳）到面焊（4680电池全极耳），焊接工序和焊接量都变多，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者没有焊，目前电池良率较低（80%）。激光模切、激光焊等工序用量增加、高精度要求提升相关设备价值量。激光模切设备主要厂商包括海目星等、激光焊设主要厂商有联赢激光等、冲压设备代表厂商包括宁波精达等。高镍正极、硅碳负极、电解液
圆柱结构件、PET筒箔/铝箔
4680电池技术革新和大规模应用，对电池产业链影响较大。产业链中重点关注的核心环节主要包括电池、正负极活性材料、电解液和结构件等。高镍正极材料
当前国内三元供应商大部分产能为中镍高电压三元，高镍三元产能充足且产品优质的供应商较少。高镍正极材料方向来看，当升科技、容百科技和巴莫等龙头企业布局高镍技术较早。2021年三元正极出货前三的供应商是容百科技（8%）、巴莫（6.2%）和当升科技（5.4%），容百已经全系切换为8系和9系三元，当升仅有少量中镍产能，大部分为高镍产能，巴莫21年以中镍为主，22年高镍产能逐渐开始提升。高镍前驱体
2021年，全球三元前驱体出货量达到73.8万吨，其中中国出货量达到61.8万吨，同比增长80.7%，出货占全球83.7%。中伟股份、格林美、华友钴业三元前驱体出口排名前列，主要供货ECOPRO BM、LGC、L&F、POSCO、优美科和特斯拉等海外企业。其中，中伟股份上下游一体化布局、海外客户充足且已供货特斯拉。2022年，中伟股份和华友全球前驱体出货占比预计有望分别达到25%和10%。硅碳负极
硅碳负极是下一代主流负极材料，4680量产带动需求爆发。
4680采用了高镍的正极和硅碳的负极材料，是现阶段量产能量密度最高的电池。鉴于其外壳采用高强度镍钢和圆柱结构设计，4680和硅碳负极兼容性较好，有望提高硅的掺杂比例至3~10%，而方型和软包电池为3%左右。贝特瑞硅碳负极客户包括三星和松下（已经切入松下-特斯拉体系），第四代硅碳负极材料正在研发中；杉杉硅碳负极已经用于3C领域，2018年开始给宁德时代供货测试；国轩高科目前已具备5000吨硅碳负极材料的生产能力。电解液：新型锂盐LiFSI
4680性能优异，新电解液需求倍增。
4680电池高镍正极热稳定性差，全极耳设计需要匹配高导电性的电解液，而新型锂盐LiFSI具有电导率高、热稳定性高、耐水解、耐高温、抑制电池涨气等诸多优势，能满足4680的需求。因此，4680电池的电解液LiFSI有望替代LiPF6，但其成本较高，现多作为添加剂配合LiPF6使用。LiFSI用作添加剂时用量约占电解液总质量1～3%，辅助锂盐时用量可占电解液总质量3～5%；宁德时代、韩国LG 化学等已将LiFSI 应用于其部分电解液配方中。新宙邦收购瀚康、苏州巴斯夫增加添加剂产能，目前新宙邦已建成2000吨VC产能和800吨LiFSI产能。天赐材料在新锂盐LiFSI研发方面处于领先地位，同时六氟磷酸锂自供比例达到80%。目前天赐已建成6300吨LiFSi产能和3.2万吨吨LiPF6产能。2022年天赐和新宙邦有望达到全球电解液出货的25%和15%。
圆柱结构件结构件方面，由于4680采用新构型设计，制造门槛提升，使结构件转向定制化、壳体+盖板成套采购，格局优化同时单品价值量提升。4680电池技术为高能量高倍率主辅材应用带来强驱动，为结构件和设备升级带来新机遇。全球动力锂电池结构件典型企业有：韩国SangsiEDP、日本FUJI SPRINGS。中国国内龙头包括科达利，此外还有瑞德丰、无锡金杨、宁波震裕、深圳深芝等企业。PET铜箔/铝箔
传统的圆柱体电池都是卷绕方式，分为正负极铜箔、铝箔隔膜叠加起来卷绕，为了引出电极会在铜箔和铝箔两端分别焊接一个引出线叫极耳。传统的1860电池卷绕长度是800mm，以导电性更好的铜箔为例，极耳从铜箔上把电导出来长度最长就是800mm，相当于电流要通过800mm长的导线，通过计算得到电阻大约是20mΩ，2170电池更粗一些卷绕长度大约是1000mm，长电阻约23mΩ，较长的铜箔为保证低的电阻，对铜箔厚度和一致性都会有极高的要求。复合铜箔制造主要厂商包括厦门海辰、重庆金美、万顺新材、宝明科技、嘉元科技、中一科技、诺德股份等。此外，英联股份、胜利精密、方邦股份、阿石创陆续布局复合铜箔制造。
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4680电池布局领先企业4680电池主要厂商中，海外如LG、松下、三星，国内如宁德时代、亿纬锂能等头部电池供应商亦跟进布局4680电池。宁德时代正加快研发节奏，计划2024年量产；比克在2021年3月深圳CIBF上展出大圆柱产品，预计2023年量产；亿纬锂能现有已建成电池产能39GWh，预计2024年将扩大至225GWh，其公司公告显示在湖北荆门计划投产20GWh年产能的三元大圆柱电芯产线，建设周期不多于18个月，有望在2024年底开始供应。
头部厂商4680电池规划时间表：
资料来源：SNE4680大圆柱电池较适用于高端车型，特斯拉、宝马、保时捷等车企已选择4680大圆柱电池，大圆柱趋势明确。特斯拉2022年2月19日在社交媒体上宣布，1月份已生产出第100万块4680电池。宝马宣布从2025年起在新一代车型中使用46系大圆柱电池，并已绑定宁德时代和亿纬锂能两家国内厂商。在全球头部新能源车企的带动下，产业链有望迎来爆发机遇！
作者在2023-02-04 17:45:35修改文章
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