特斯拉 2023 年將迎來 4680 圓柱電池大規模量產，有望對相關大圓柱電池企業、材料的技術路線和競爭格局產生深遠影響並引領產業變革。
特斯拉圍繞4680電池打出“大電芯+全極耳+高鎳高矽+CTC”的“組合拳”，同時實現了續航長：4680能量密度提升>20%；充電快：全極耳優化了電池的熱電效能，可承受4C以上高倍率電流；成本低：大電池+高能量密度攤薄單Wh成本。
未來在 46 系大圓柱電池製造方面，上游不可或缺的超高鎳正極材料、矽碳負極 材料、新型鋰鹽 LiFSI 等領域具有技術領先、產品成熟度高、海外業務 與產線佈局等優勢的企業有望率先迎來機遇。同時，4680電池有望在特斯拉和頭部電池廠的推動下迎來爆發拐點。#4680#
動力電池：三種封裝形式
動力電池專指為電動汽車輛提供動力的蓄電池。
目前已經量產的動力電池按照封裝工藝主要分為圓柱、方形和軟包三種。
圓柱電池早期憑藉其型號統一、標準化生產在動力市場站穩腳跟。
2017年，由於價效比不佔優勢，圓柱電池轉戰電動工具、電動兩輪車領域。2020年，國產特斯拉model 3等車型銷量帶動LG以及松下的圓柱電池在國內動力電池出貨量提升，圓柱重返動力市場。2017年松下伴隨特斯拉全球崛起，海外圓柱份額快速上升。
不同封裝方式電芯性對比：
資料來源：孚能科技招股書，《矽碳複合負極材料的製備及全電池工藝研究》王淑婷
相比方形電池和軟包電池電芯間的緊密連線，4680的圓柱弧形表面，能夠一定程度上限制電池之間的熱傳遞。
並且，特斯拉透過電芯的橫向排布，電芯間插入液冷散熱片等方法，進一步最佳化溫控效果，從而提升車輛的續航里程。
4680電池包安裝圖示：
資料來源：InsideEVs
什麼是4680圓柱電池？
4680電池，即直徑46mm，高80mm的電池。
命名方式前兩位46代表直徑46mm；後兩位80代表高度80mm。
46：是指從21mm到46mm，系增加單體電池尺寸可攤薄非活性物質佔比，降低固定成本和BMS管理難度，46mm之後熱管理難度增加，降本收益為負，故46mm即為增大電芯尺寸後降本程度最大的最優點。
80：80mm的高度相較此前70mm有所增加，可在徑向散熱不惡化的情況下增大單體容量。一般因各家底盤設計而異，例如寶馬採用4695。
4680電池示意圖：
資料來源：特斯拉電池日
4680和第二代電芯2170對比
4680電池於2020年9月的特斯拉電池日首次公開發布。
相較於特斯拉此前採用的第二代電芯2170電池，4680電池的電芯容量是其5倍，能夠提高相應車型16%的續航里程，輸出功率6倍於2170電池，在電池組層面每千瓦時成本降低14%。
1865、2170、4680電池尺寸及能量密度對比：
資料來源：特斯拉電池日
4680圓柱電池生產流程
大圓柱生產流程主要包括卷芯製造、電芯組裝，以及搭載了CTC壓鑄創新一體化生產。
其中，大尺寸電芯+全極耳+乾電池塗布+鋼質外殼是核心。
【關注樂晴智庫，洞悉產業格局】
由於一些結構的變化（比如全極耳），與傳統圓柱對比，塗布、極耳模切、焊接等環節採用了較為明顯的差異化方案。
在加工工序方面，4680電池比2170電池增加了極耳模切、揉平、鐳射焊集流盤、開口化成、鐳射焊蓋板的工序。
生產流程的變化對於產線裝置、加工工藝提出了更高的要求。
4680和2170生產流程對比：
資料來源：特斯拉電池日、中信證券
全極耳與集流盤或殼體連線中，對鐳射焊接技術要求較高：從點焊（傳統兩個極耳）到面焊（4680電池全極耳），焊接工序和焊接量都變多，鐳射強度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內部或者沒有焊，目前電池良率較低（80%）。
鐳射模切、鐳射焊等工序用量增加、高精度要求提升相關裝置價值量。鐳射模切裝置主要廠商包括海目星等、鐳射焊設主要廠商有聯贏鐳射等、衝壓裝置代表廠商包括寧波精達等。
4680電池產業鏈核心環節
4680電池技術革新和大規模應用，對電池產業鏈影響較大。
產業鏈中重點關注的核心環節主要包括電池、正負極活性材料、電解液和結構件等。
正極材料
當前國內三元供應商大部分產能為中鎳高電壓三元，高鎳三元產能充足且產品優質的供應商較少。
高鎳正極材料方向來看，當升科技、容百科技和巴莫等龍頭企業佈局高鎳技術較早。
2021年三元正極出貨前三的供應商是容百科技（8%）、巴莫（6。2%）和當升科技（5。4%），容百已經全系切換為8系和9系三元，當升僅有少量中鎳產能，大部分為高鎳產能，巴莫21年以中鎳為主，22年高鎳產能逐漸開始提升。
高鎳前驅體：4680拉動國內高鎳出貨，前驅體龍頭釋放產能
2021年，全球三元前驅體出貨量達到73。8萬噸，其中中國出貨量達到61。8萬噸，同比增長80。7%，出貨佔全球83。7%。
中偉股份、格林美、華友鈷業三元前驅體出口排名前列，主要供貨ECOPRO BM、LGC、L&F、POSCO、優美科和特斯拉等海外企業。
其中，中偉股份上下游一體化佈局、海外客戶充足且已供貨特斯拉。
2022年，中偉股份和華友全球前驅體出貨佔比預計有望分別達到25%和10%。
矽碳負極：下一代主流負極材料，4680量產帶動需求爆發
矽基負極材料是理想的下一代負極材料，純矽比容量是石墨的10倍。
4680採用了高鎳的正極和矽碳的負極材料，是現階段量產能量密度最高的電池。
鑑於其外殼採用高強度鎳鋼和圓柱結構設計，4680和矽碳負極相容性較好，有望提高矽的摻雜比例至3~10%，而方型和軟包電池為3%左右。
負極供應商貝特瑞和杉杉已經批次供貨矽碳負極。
貝特瑞矽碳負極客戶包括三星和松下（已經切入松下-特斯拉體系），第四代矽碳負極材料正在研發中；杉杉矽碳負極已經用於3C領域，2018年開始給寧德時代供貨測試；國軒高科目前已具備5000噸矽碳負極材料的生產能力。
電解液：新型鋰鹽 LiFSI
4680效能優異，新電解液需求倍增。
4680電池高鎳正極熱穩定性差，全極耳設計需要匹配高導電性的電解液，而新型鋰鹽LiFSI具有電導率高、熱穩定性高、耐水解、耐高溫、抑制電池漲氣等諸多優勢，能滿足4680的需求。
因此，4680電池的電解液LiFSI有望替代LiPF6，但其成本較高，現多作為新增劑配合LiPF6使用。
LiFSI用作新增劑時用量約佔電解液總質量1～3%，輔助鋰鹽時用量可佔電解液總質量3～5%；寧德時代、韓國LG 化學等已將LiFSI 應用於其部分電解液配方中。
新宙邦收購瀚康、蘇州巴斯夫增加新增劑產能，目前新宙邦已建成2000噸VC產能和800噸LiFSI產能。
天賜材料在新鋰鹽LiFSI研發方面處於領先地位，同時六氟磷酸鋰自供比例達到80%。目前天賜已建成6300噸LiFSi產能和3。2萬噸噸LiPF6產能。
2022年天賜和新宙邦有望達到全球電解液出貨的25%和15%。
圓柱結構件
結構件方面，由於4680採用新構型設計，製造門檻提升，使結構件轉向定製化、殼體+蓋板成套採購，格局最佳化同時單品價值量提升。
4680電池技術為高能量高倍率主輔材應用帶來強驅動，為結構件和裝置升級帶來新機遇。
全球動力鋰電池結構件典型企業有：韓國Sangsin EDP、日本FUJI SPRINGS。
中國國內龍頭包括科達利，此外還有瑞德豐、無錫金楊、寧波震裕、深圳深芝等企業。
PET銅箔/鋁箔
傳統的圓柱體電池都是卷繞方式，分為正負極銅箔、鋁箔隔膜疊加起來卷繞，為了引出電極會在銅箔和鋁箔兩端分別焊接一個引出線叫極耳。
傳統的1860電池卷繞長度是800mm，以導電性更好的銅箔為例，極耳從銅箔上把電匯出來長度最長就是800mm，相當於電流要透過800mm長的導線，透過計算得到電阻大約是20mΩ，2170電池更粗一些卷繞長度大約是1000mm，長電阻約23mΩ，較長的銅箔為保證低的電阻，對銅箔厚度和一致性都會有極高的要求。
複合銅箔製造主要廠商包括廈門海辰、重慶金美、萬順新材、寶明科技、嘉元科技、中一科技、諾德股份等。此外，英聯股份、勝利精密、方邦股份、阿石創陸續佈局複合銅箔製造。
4680佈局領先的電池企業
4680電池主要廠商中，海外如LG、松下、三星，國內如寧德時代、億緯鋰能等頭部電池供應商亦跟進佈局4680電池。
寧德時代正加快研發節奏，計劃2024年量產；比克在2021年3月深圳CIBF上展出大圓柱產品，預計2023年量產；億緯鋰能現有已建成電池產能39GWh，預計2024年將擴大至225GWh，其公司公告顯示在湖北荊門計劃投產20GWh年產能的三元大圓柱電芯產線，建設週期不多於18個月，有望在2024年底開始供應。
資料來源：SNE
4680大圓柱電池較適用於高階車型，特斯拉、寶馬、保時捷等車企已選擇4680大圓柱電池，大圓柱趨勢明確。
特斯拉2022年2月19日在社交媒體上宣佈，1月份已生產出第100萬塊4680電池。寶馬宣佈從2025年起在新一代車型中使用46系大圓柱電池，並已繫結寧德時代和億緯鋰能兩家國內廠商。在全球頭部新能源車企的帶動下，產業鏈有望迎來爆發機遇！
關注樂晴智庫，洞悉產業格局！
