鋰電池4680大圓柱專(zhuān)題研究

鋰電池4680大圓柱專(zhuān)題研究一、4680沖擊電芯格局2020年9月22日，馬斯克在特斯拉電池日上發(fā)布了第三代4680電芯（前兩位數(shù)字代表直徑46mm，后兩位代表高度80mm），相比2170直徑增大兩倍以上，容量是2170電芯的5倍，續(xù)航提升16%，功率提高6倍。大圓柱的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在高性?xún)r(jià)比、高安全性以及快充性能潛力等方面，預(yù)計(jì)未來(lái)將替代部分軟包和方形的市場(chǎng)份額。（一）補(bǔ)貼退坡性?xún)r(jià)比為王，4680降本增效2020年-2022年，中國(guó)新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)較上一年分別退坡10％/20％/30％。根據(jù)

關(guān)于2022年新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知，2022年之后上牌的車(chē)輛或?qū)⒉辉傧硎苎a(bǔ)貼（在經(jīng)濟(jì)下行壓力下，工信部等部門(mén)正在研究繼續(xù)延續(xù)補(bǔ)貼至2023年的方案）。動(dòng)力電池成本占電動(dòng)車(chē)成本約40%，動(dòng)力電池降本對(duì)電動(dòng)車(chē)降本貢獻(xiàn)最大。后補(bǔ)貼時(shí)代，動(dòng)力電池降本壓力增大。鋰離子電池成本持續(xù)下降。根據(jù)BloomerNEF數(shù)據(jù)，鋰離子電池組價(jià)格從2014年到2021年下降了77.6%，從2017年到2021年下降了40%，加權(quán)平均值達(dá)到132$/kWh。降本通過(guò)多方面入手，電池材料體系優(yōu)化、電池工藝優(yōu)化、電池封裝方式、系統(tǒng)集成方式的改變，提高能量密度的同時(shí)降低制造成本。電池成本下降主要來(lái)源于能量密度的提升，根據(jù)工信部披露第一批次純電動(dòng)乘用車(chē)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2017年到2021年提高了49%，相當(dāng)于成本下降33%。白名單補(bǔ)貼政策助推方形占比提升。2015年3月，國(guó)家工信部發(fā)布了汽車(chē)動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件，進(jìn)入推廣目錄的車(chē)企才能獲得補(bǔ)貼，國(guó)內(nèi)企業(yè)深度受益。2017年寧德時(shí)代

增長(zhǎng)6倍成為國(guó)內(nèi)電池裝機(jī)量第一，帶動(dòng)方形電池出貨量占比增加。LG、SKI等韓國(guó)軟包龍頭企業(yè)排除在白名單之外，導(dǎo)致其主推的軟包路線(xiàn)在國(guó)內(nèi)份額持續(xù)下滑。海外市場(chǎng)，2020年歐洲電動(dòng)車(chē)滲透率提升，帶動(dòng)LG軟包電池海外放量。圓柱電池早期憑借其型號(hào)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)在動(dòng)力市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟。2017年，由于性?xún)r(jià)比不占優(yōu)勢(shì)，圓柱電池轉(zhuǎn)戰(zhàn)電動(dòng)工具、電動(dòng)兩輪車(chē)領(lǐng)域。2020年，國(guó)產(chǎn)特斯拉

model3等車(chē)型銷(xiāo)量帶動(dòng)LG以及松下的圓柱電池在國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池出貨量提升，圓柱重返動(dòng)力市場(chǎng)。2017年松下伴隨特斯拉全球崛起，海外圓柱份額快速上升。1、電芯設(shè)計(jì)僅外形尺寸變化，4680每千瓦時(shí)的成本較2170降低14%。單個(gè)電芯電量隨體積增大提升至5.48倍，外殼用料增加不到3倍。更少的電芯數(shù)量降低了組裝時(shí)間，提升了成組效率，進(jìn)一步帶來(lái)成本優(yōu)勢(shì)。僅外形尺寸變化，能量密度可以上升10%；換用硅碳負(fù)極，能量密度上升20%至300wh/kg以上。2、電芯工廠(chǎng)隨著制造流程簡(jiǎn)化、生產(chǎn)線(xiàn)效率提高、工藝提升，成本將減少18%。特斯拉設(shè)計(jì)從電極涂覆、卷繞、裝配、化成等各個(gè)環(huán)節(jié)下手，提高生產(chǎn)效率。整體而言，大圓柱電池可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷生產(chǎn)；制造工序少于軟包和方形鋁殼（大圓柱約10道工序）；生產(chǎn)在線(xiàn)時(shí)間短

（大圓柱約7天左右，方形和軟包分別約10天和12天），提高了周轉(zhuǎn)率，降低了庫(kù)存率。2.1涂覆工藝干電極技術(shù)生產(chǎn)設(shè)備占地面積減少10倍，能耗減少10倍，成本降低10%-20%。濕法工藝需要先混合粉末和溶劑，涂覆到箔材上，然后放入干燥爐進(jìn)行干燥，并回收溶劑。而干法工藝則省去了溶劑環(huán)節(jié)，但均勻度、粘結(jié)度更難控制（該技術(shù)尚在研發(fā)階段）。Maxwell的干電極工藝采用PTFE（聚四氟乙烯）粘結(jié)劑與電極粉末混合，通過(guò)擠出機(jī)形成電極薄膜，隨后利用壓延機(jī)熱壓成型，省去溶劑、簡(jiǎn)化工序（涂布、烘干等），目前已進(jìn)行四次優(yōu)化工藝，但仍在實(shí)驗(yàn)階段。干電池電極具備以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1）能量密度高：大于300Wh/kg，并存在500Wh/kg的實(shí)現(xiàn)路徑；2）延長(zhǎng)電池壽命：改善電池耐久性，電池壽命翻倍；3）節(jié)省成本：產(chǎn)能密度增加16倍，與濕電極技術(shù)相比，成本降低10%-20%；4）與行業(yè)趨勢(shì)（無(wú)溶劑，無(wú)鈷化，下一代材料，固態(tài)電池）的高匹配度&保護(hù)環(huán)境。2.2卷繞由于有極耳，電池生產(chǎn)就需要不停地啟動(dòng)和停止。而4680為全極耳，卷繞工藝可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)高速不間斷生產(chǎn)，達(dá)到300ppm的高速制造，而方形鋁殼一般僅為10-20ppm。2.3裝配通過(guò)連續(xù)流水裝配提高效率。特斯拉設(shè)計(jì)一條產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能為20GWh，每條線(xiàn)的產(chǎn)量增加七倍。特斯拉與Grohmann和Hibar機(jī)器設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)垂直整合，將裝配環(huán)節(jié)集成到一臺(tái)機(jī)器上，刪減了中間不必要的運(yùn)輸步驟。2.4化成通過(guò)提高化成效率，化成投資成本減少86%，占地面積減少75%。化成指對(duì)電池充放電并檢測(cè)電池的質(zhì)量，典型化成對(duì)單節(jié)電池充放電，而特斯拉同時(shí)對(duì)上千節(jié)電池充放電，顯著提升化成設(shè)備的成本效益和密度。3、硅基負(fù)極負(fù)極材料采用硅基材料，每千瓦時(shí)1.2美元，成本降低5%，里程提高20%。石墨負(fù)極潛力挖掘完全，已接近理論容量372mAh/g。硅基負(fù)極理論最高克容量可達(dá)4200mAh/g，是石墨的10倍多，具有大幅提高克容量潛力，目前量產(chǎn)克容量已超過(guò)400mAh/g。由于硅本身的特性，在充滿(mǎn)鋰離子時(shí)體積會(huì)膨脹四倍，壓力會(huì)導(dǎo)致硅粒子絕緣，最終損失電池容量。目前工業(yè)使用的硅多是經(jīng)過(guò)高度加工的，例如氧化硅、碳化硅等，并且較為昂貴。特斯拉使用原始硅作為負(fù)極材料，不對(duì)硅本身進(jìn)行加工，而是從涂層設(shè)計(jì)和電極設(shè)計(jì)入手，使用彈性離子導(dǎo)電聚合物涂層穩(wěn)定表面，并通過(guò)高彈性粘合劑形成的堅(jiān)固網(wǎng)絡(luò)將硅材料集成到電極上。4、高鎳正極鎳可兼顧價(jià)格與能量密度，正極材料采用高鎳三元，進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)后，成本降低12%。5、整車(chē)一體化Model3的長(zhǎng)續(xù)航版電池包由4個(gè)模塊串聯(lián)組成，大模塊（黃色）包含25個(gè)串聯(lián)電池塊，小模塊（綠色）包含23個(gè)串聯(lián)電池塊，每個(gè)電池塊由46個(gè)2170電芯并聯(lián)構(gòu)成，共計(jì)4416個(gè)電芯。4680采用CTC技術(shù)，無(wú)模組裝配，配合一體化壓鑄技術(shù)，可以節(jié)省370個(gè)零部件，為車(chē)身減重10%，將電池單位成本降低7%。4680電芯面積模組占比提高，電芯總?cè)萘刻岣?5.9%，續(xù)航能力提升16%，系統(tǒng)能量密度提升25%。（二）安全要求日益提高，4680熱管理升級(jí)2021年，中國(guó)新能源汽車(chē)保有量已達(dá)784萬(wàn)輛，占中國(guó)汽車(chē)總保有量的2.6%。市場(chǎng)監(jiān)管總局已建立新能源汽車(chē)事故報(bào)告制度。截止2021年底，累計(jì)召回新能源汽車(chē)229次，涉及198萬(wàn)輛，安全問(wèn)題成為新能源汽車(chē)的達(dá)摩克利斯之劍。目前動(dòng)力電池采用量較多的小容量電池進(jìn)行串并聯(lián)成組，以滿(mǎn)足高能量的要求。近年發(fā)生的動(dòng)力電池事故，均是由于電池組中的某一個(gè)電池單體熱失控后產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致周?chē)姵貑误w受熱，進(jìn)而產(chǎn)生熱失控蔓延。所以，導(dǎo)致電池組熱失控的三個(gè)核心因素：?jiǎn)误w釋放能量、周邊電芯隔熱能力、單位散熱能力。圓柱單體能量低，單體釋放的能量小，相較于方形和軟包來(lái)說(shuō)不易引起熱蔓延。從單體層面看安全性排序：小圓柱＞大圓柱＞軟包＞方形。從尺寸上來(lái)看，4680目前的比例是一個(gè)比較完美的臨界點(diǎn)。在高度上可能還會(huì)繼續(xù)做大，但在直徑上做大，散熱將會(huì)是問(wèn)題。圓柱電池周邊隔熱能力更強(qiáng)。相比方形電池和軟包電池電芯間的緊密連接，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。4680采取頂部水冷和側(cè)面水冷相結(jié)合的方式。頂部采用一塊完整水冷板，側(cè)面采用導(dǎo)熱發(fā)泡膠進(jìn)行導(dǎo)熱，在圓柱原有的側(cè)面水冷上進(jìn)一步提高冷卻效率。4680每度電水冷面積是方形的1.64倍，是軟包的1.53倍。無(wú)極耳進(jìn)一步提高散熱性。特斯拉

4680電芯采用全極耳/無(wú)極耳方案，即去掉從各層引出連接到一起的金屬極耳，直接將電池兩端改用導(dǎo)電材料，使其直接傳輸電流。雖然電池變得更大，但電流路徑更短，從250毫米縮減至50毫米，電流傳導(dǎo)面積更大，阻抗大大減小，使得大電流充放電的溫升更小。4680大幅提高電芯的散熱面積，傳熱更均勻，對(duì)安全性更加敏感的三元材料更具吸引力。（三）快充成未來(lái)趨勢(shì)，4680高倍率優(yōu)勢(shì)明顯補(bǔ)能焦慮不斷提升的當(dāng)下，電動(dòng)汽車(chē)高速快充是發(fā)展的趨勢(shì)之一。高速快充的落地需要樁、車(chē)、電池三方聯(lián)動(dòng)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同共進(jìn)。充電樁方面，快充標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)2021年9月落地的ChaoJI充電標(biāo)準(zhǔn)最高可支持1500V充電電壓和600A充電電流。目前被國(guó)際上廣泛接受的電動(dòng)汽車(chē)直流充電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是日本CHAdemo、歐洲CCS還是中國(guó)GB/T，均已確立450kW以上的充電功率目標(biāo)。車(chē)企方面，國(guó)內(nèi)熱銷(xiāo)車(chē)型普遍停留在電壓平臺(tái)400-600V、充電倍率2C以下。特斯拉

Model3電壓平臺(tái)為400V，理論充電倍率約為1.85C，為行業(yè)較高水平。比亞迪漢EV最大充電系統(tǒng)電壓為569.6V，可實(shí)現(xiàn)25分鐘30%-80%SOC的充電速度。如果新能源汽車(chē)可以搭載800V電壓平臺(tái)，充電倍率可輕松實(shí)現(xiàn)2.2C-6C，充電速度則大幅提升。保時(shí)捷Taycan是第一款量產(chǎn)的800V架構(gòu)電動(dòng)車(chē)，同一個(gè)超快充陣營(yíng)的歐美企業(yè)Ionity也有800V的產(chǎn)品規(guī)劃。與此同時(shí)，比亞迪、廣汽埃安、華為、極氪、極星、小鵬、嵐圖、理想等都在打造高壓平臺(tái)，各大車(chē)企基于800V高壓技術(shù)方案的新車(chē)將在2022年之后陸續(xù)上市。電池方面，快充能力取決于鋰離子的脫嵌和遷移速率。在高充電倍率下，鋰離子脫嵌和遷移的速率加快，部分鋰離子來(lái)不及進(jìn)入正負(fù)極形成副產(chǎn)物，導(dǎo)致活性物質(zhì)損失，加速電池壽命衰減。與此同時(shí)，析鋰現(xiàn)象容易加劇，所產(chǎn)生的鋰枝晶一旦刺穿隔膜，將導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，造成起火等安全風(fēng)險(xiǎn)?？斐鋵?duì)電池?zé)峁芾砟芰σ蟾摺４箅娏鞲唠妷焊菀桩a(chǎn)生大量熱，對(duì)電池低阻抗、強(qiáng)散熱要求更高。電池企業(yè)、車(chē)企在快充技術(shù)研發(fā)上各顯身手。中國(guó)多家頭部動(dòng)力電池企業(yè)包括寧德時(shí)代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺達(dá)等，都在積極研發(fā)創(chuàng)新，也包括部分車(chē)企。蜂巢能源正極采用前驅(qū)體定向生長(zhǎng)精準(zhǔn)控制技術(shù)，通過(guò)控制前驅(qū)體合成參數(shù)，一次粒徑放射狀生長(zhǎng)，打造離子遷移“高速公路”，提高離子傳導(dǎo)速度。負(fù)極表面改性技術(shù)，采用液相包覆技術(shù)在石墨表面包覆無(wú)定形碳，降低阻抗，提升了鋰離子通道工作效率。采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系電解液，降低正負(fù)極界面成膜阻抗，從而提高電解液導(dǎo)電率。寧德時(shí)代的策略是正極領(lǐng)域采用超電子網(wǎng)充分納米化的材料表面，搭建了四通八達(dá)的電子網(wǎng)絡(luò)，使得正極材料對(duì)充電信號(hào)的響應(yīng)速度和鋰離子脫出速率得到大幅度提升；負(fù)極導(dǎo)入各向同性技術(shù)，使鋰離子可360度嵌入石墨通道，顯著提升充電速度，同時(shí)修飾多孔包覆層的陽(yáng)極材料表面，提供豐富的鋰離子交換所需要的活性位點(diǎn)，極大地提高鋰離子電荷交換速度和鋰離子的嵌入速率；引入擁有超強(qiáng)運(yùn)輸能力的超導(dǎo)電解液，提升鋰離子在液相和界面的傳輸速度，通過(guò)調(diào)控極片多孔結(jié)構(gòu)的梯度分布，實(shí)現(xiàn)上層高孔隙率結(jié)構(gòu)、下層高壓實(shí)密度結(jié)構(gòu)等。廣汽埃安石墨烯電池的鎳鈷錳酸鋰三元正極材料與石墨烯混合制成形成一個(gè)近似球面的三維結(jié)構(gòu)，搭建高效立體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提升電荷傳遞效率。負(fù)極采用特有軟碳硬碳石墨烯包覆改性技術(shù)。同時(shí)采用涂覆陶瓷隔膜和新型高功率電解液，提高電池的倍率性能和熱穩(wěn)定性，使得電芯可進(jìn)行高倍率持續(xù)充電。保時(shí)捷正在研發(fā)硅負(fù)極取代傳統(tǒng)石墨負(fù)極的高性能電池，以獲得更高能量密度和快充性能。以上技術(shù)多從材料端提高快充能力，4680電池不僅從材料體系適配快充，同時(shí)改變結(jié)構(gòu)提高充電倍率。適配硅基負(fù)極，可獲得更高的能量密度和倍率性能；電解液中添加新型鋰鹽，提高電解液窗口，可提高充放電電壓。采用全極耳/無(wú)極耳方案，阻抗更?。▎螛O耳的阻抗很難降低下來(lái)），電極倍率可提高4-5倍，更容易實(shí)現(xiàn)快充功能。以色列初創(chuàng)電池企業(yè)StoreDot官宣，已經(jīng)生產(chǎn)出首款4680圓柱形電池，電池充滿(mǎn)電只需要十分鐘。（四）大勢(shì)所趨，特斯拉等頭部企業(yè)爭(zhēng)相入局1、電池廠(chǎng)商方形電池寧德時(shí)代一家獨(dú)大。CATL、比亞迪、中航鋰電基本上都是以方形為主。在主流動(dòng)力電池生產(chǎn)商中，孚能科技是唯一一家堅(jiān)持三元軟包路線(xiàn)的企業(yè)。旗下動(dòng)力電池主要供應(yīng)戴姆勒。國(guó)產(chǎn)特斯拉裝機(jī)帶動(dòng)2021年LG化學(xué)的圓柱電池占比達(dá)68%。中國(guó)最早做圓柱電池的企業(yè)以小作坊的形式居多，目前除國(guó)軒高科排名第二以外，其他中國(guó)企業(yè)如力神、銀隆、比克等份額較小。LG、松下、比克、億緯都在積極布局4680電池。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年，在特斯拉4680大圓柱效應(yīng)帶動(dòng)下，更多車(chē)企或?qū)⒃敢鈬L試應(yīng)用該類(lèi)產(chǎn)品。4680電池將在2022-2024年集中量產(chǎn)。目前進(jìn)展最快的特斯拉已于2021年9月試生產(chǎn)，計(jì)劃2022年量產(chǎn)。其他廠(chǎng)商多在22H1開(kāi)始試生產(chǎn)，2023年開(kāi)始量產(chǎn)，2024年實(shí)現(xiàn)大批量供貨。特斯拉：公司在召開(kāi)的電話(huà)會(huì)議上披露，2021年特斯拉4680電池的試點(diǎn)產(chǎn)線(xiàn)良率已由去年的20%提升至70%-80%，全球各工廠(chǎng)都在2022年開(kāi)始生產(chǎn)：1）美國(guó)加州弗里蒙特工廠(chǎng)兼開(kāi)發(fā)基地：1月份已生產(chǎn)100萬(wàn)塊電池，對(duì)應(yīng)1000輛車(chē)，目標(biāo)產(chǎn)能10GWh，配套車(chē)型為ModelY。二季度干電極流程實(shí)現(xiàn)電能輸送的完全自動(dòng)化，大量釋放了產(chǎn)能，改善了產(chǎn)量。3月以來(lái)每個(gè)月環(huán)比增速均達(dá)到約35%；2）美國(guó)德州工廠(chǎng)：設(shè)備已裝備進(jìn)產(chǎn)線(xiàn)，二季度生產(chǎn)出第一批4680電芯，三季度開(kāi)始量產(chǎn)，計(jì)劃在2022年底前，該工廠(chǎng)4680周產(chǎn)量超過(guò)加州工廠(chǎng)；3）德國(guó)柏林：目前已生產(chǎn)出第一輛用于測(cè)試的配備4680電池的ModelY。此外，松下、LG、寧德為特斯拉4680的潛在供應(yīng)商。2021年8月，寧德時(shí)代（300750.SZ）與上海市人民政府簽訂合作框架協(xié)議，計(jì)劃在上海臨港建設(shè)工廠(chǎng)生產(chǎn)4680電池，已有中試產(chǎn)線(xiàn)，目前規(guī)劃8條線(xiàn)，共12GWh。公司目前已獲寶馬圓柱電池定點(diǎn)。2、車(chē)企目前，特斯拉海外車(chē)型基本都使用圓柱電池，國(guó)內(nèi)高性能版搭載的是2170，標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版是LFP方形，主要目的為了降低成本，而高性能版和長(zhǎng)續(xù)航版以及Cybertruck、Semi計(jì)劃采用4680大圓柱電池。量產(chǎn)后的第一批4680鋰電池將率先用于位于美國(guó)德州和德國(guó)柏林的Giga超級(jí)工廠(chǎng)，裝配到即將投產(chǎn)的ModelY車(chē)型上。Model3由于尺寸問(wèn)題，被部分工程師認(rèn)為不適合裝配4680電池。特斯拉進(jìn)度最快，預(yù)計(jì)今年裝車(chē)，明年起量。參照2170對(duì)1865的替代速度，2022年仍以2170為主，2023年后逐步轉(zhuǎn)向4680，并且海外進(jìn)展將快于國(guó)內(nèi)。目前4680已順利裝車(chē)，預(yù)計(jì)2022年搭載4680的ModelY將在海外銷(xiāo)售8萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)裝機(jī)量約8GWh，當(dāng)年車(chē)輛滲透率約5%。2023年，除了Model3的其他所有車(chē)型均將實(shí)現(xiàn)4680電池版本的銷(xiāo)售，預(yù)計(jì)總銷(xiāo)量將達(dá)到36萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)電池裝機(jī)約50GWh。到2025年，特斯拉4680車(chē)型銷(xiāo)量預(yù)計(jì)有望達(dá)到121萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)電池裝機(jī)量約178GWh，當(dāng)年車(chē)輛滲透率接近30%。由此可得，2022-2025年特斯拉4680裝機(jī)量的復(fù)合增速CAGR將高達(dá)186%。寶馬計(jì)劃應(yīng)用于其大、中、小三個(gè)車(chē)型平臺(tái)，均為CTC產(chǎn)品。4695三元大圓柱已經(jīng)開(kāi)始招標(biāo)，預(yù)計(jì)2023-2024年或?qū)⒂袠榆?chē)推出，2024-2025年開(kāi)始大批量生產(chǎn)，規(guī)模約100-120GWh。全球掀起4680熱潮。戴姆勒、蘋(píng)果、Lucid、Rivian以及小鵬、蔚來(lái)、一汽、江淮、大眾中國(guó)也在布局4680。戴姆勒2017年以6千萬(wàn)美金投資的StoreDot正在研發(fā)4680電芯。江淮汽車(chē)與CBAK

新能源聯(lián)合開(kāi)發(fā)4680電池；作為與江淮汽車(chē)的合資企業(yè)，大眾安徽（大眾持股75%）旗下推出的車(chē)型可能采用其4680電池。計(jì)劃造車(chē)的蘋(píng)果公司在陷入與寧德時(shí)代

和比亞迪的談判僵局后，與松下頻頻接觸，或轉(zhuǎn)向使用4680電池。美國(guó)新興造車(chē)勢(shì)力Lucid、Rivian早期即采用圓柱方案。二、4680引領(lǐng)技術(shù)變革（一）正極：超高鎳多元1、適配度高，加快布局受益于刀片電池以及CTP技術(shù)，鐵鋰方形成本低且安全性高，鐵鋰4680圓柱不具備明顯優(yōu)勢(shì)。鐵鋰版的4680電池在理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，主打高循環(huán)性能，應(yīng)用領(lǐng)域包括儲(chǔ)能系統(tǒng)、輕型車(chē)以及低價(jià)車(chē)型。寧德時(shí)代、億緯鋰能就已經(jīng)公布了兩輪車(chē)磷酸鐵鋰大圓柱電池方案，目前正在推動(dòng)產(chǎn)能建設(shè)。三元4680圓柱降本后與鐵鋰方形成本相近，安全性也得到提升。4680圓柱電池單體容量約24Ah，比典型方形電池100-300Ah要小、單體熱失控影響小且泄壓方向可控，疊加全極耳設(shè)計(jì)，使得三元4680圓柱發(fā)熱量小、熱管理難度低。4680圓柱電芯的成組效率（約70％）比方殼電芯（＞80％）的成組效率低，為了充分發(fā)揮圓柱電芯散熱性能和內(nèi)部應(yīng)力分布均勻的優(yōu)勢(shì)，4680電芯唯有搭配高鎳正極材料，硅碳負(fù)極材料才能極致提升電芯和系統(tǒng)能量密度。三元材料由鎳、鈷、錳（或鋁）三種金屬組成，其中，鎳是電極反應(yīng)中關(guān)鍵的活性物質(zhì)，在充放電中參與氧化還原反應(yīng)。三元材料整體能量密度高低的關(guān)鍵就在于鎳含量。為了實(shí)現(xiàn)正極更高的性能和更低的成本，不斷減少鈷含量、增加鎳含量。高鎳三元繼續(xù)超高鎳化，從NCM8系、NCA8系繼續(xù)向NCM9系、NCA9系、NCMA、無(wú)鈷化發(fā)展。NCMA四元材料是基于目前兩大主流三元高鎳材料NCM與NCA混合而成，通過(guò)在NCM三元材料中摻雜Al粒子得到，本質(zhì)是用Al替代Co。NCMA在提升鎳含量的同時(shí)兼顧了降本和材料穩(wěn)定性。NCMA的鎳含量已達(dá)到90%，提高了比容量；相對(duì)廉價(jià)的鋁元素的混入，大幅減少昂貴的鈷元素含量至5%以下；形成的Al-O化學(xué)鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)大于Ni(Co，Mn)-O化學(xué)鍵，從化學(xué)性質(zhì)上增強(qiáng)了正極的穩(wěn)定性。NCMA的循環(huán)性能也明顯優(yōu)于比容量相似的NCM和NCA。韓國(guó)Un-HyuckKim團(tuán)隊(duì)使用1C電流在25℃1000次充放電循環(huán)后，NCMA89電池的放電容量下降至原先的84.5%，而NCM90與NCA89的放電容量則分別下降至原先的68.0%、60.2%。根據(jù)各家電池廠(chǎng)公布的方案來(lái)看，4680電池正極材料目前以超高鎳方向?yàn)橹?。不同企業(yè)選擇的體系不同，如特斯拉使用NCM91，LG使用NCMA。根據(jù)公開(kāi)資料，我們推測(cè)寧德時(shí)代、億緯鋰能、SKI將使用NCM高鎳體系，松下、SDI使用NCA高鎳體系。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2021年國(guó)內(nèi)三元材料總產(chǎn)量為39.81萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)89.5%；全球三元材料總產(chǎn)量為72.97萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)79.3%。根據(jù)真鋰研究數(shù)據(jù)，8系以上高鎳材料占比達(dá)到39.5%。國(guó)內(nèi)高鎳正極競(jìng)爭(zhēng)格局較為集中，CR5達(dá)到86.4%。2、生產(chǎn)工藝升級(jí)高鎳體系具有超高能量密度的優(yōu)點(diǎn)，但存在循環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性不足等劣勢(shì)。其在工作中會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)離子混排、晶格畸變、微裂紋、界面副反應(yīng)和殘余堿含量高等問(wèn)題。相比普通三元，高鎳體系對(duì)生產(chǎn)工藝提出了更高要求。前驅(qū)體工藝方面，以使用氫氧化物共沉淀法的前驅(qū)體制備工藝為例，原料為硫酸鎳（氯化鎳）、硫酸鈷（氯化鈷）、硫酸錳（氯化錳）、氫氧化鈉等，在反應(yīng)釜混合后經(jīng)過(guò)脫水、洗滌、干燥、陳化等步驟得到前驅(qū)體成品。相比之下，超高鎳材料的酸堿度控制更嚴(yán)格，由于Ni含量極高，所以所需pH值也更高，需要很高濃度的氨水作為絡(luò)合劑。超高鎳體系正極工藝流程：將前驅(qū)體和氫氧化鋰按一定比例在混料機(jī)中均勻混合，接著將產(chǎn)物裝入匣缽中放入窯爐煅燒，煅燒次數(shù)一般為1~4次，各廠(chǎng)家不同；每次煅燒之間需要粉碎、洗滌、干燥、包覆等步驟，煅燒后需冷卻，接著篩分除鐵，最后進(jìn)行批量包裝。高鎳三元材料的制造過(guò)程與普通三元不同的地方主要體現(xiàn)在：1）超高鎳體系氧化性強(qiáng)易與電解液的表面副反應(yīng)，需要包覆抑制電解液對(duì)活性物質(zhì)的侵蝕；2）對(duì)能量密度和充放電倍率要求高，使用氫氧化鋰作為鋰源。因?yàn)闅溲趸嚥恍柽^(guò)高的燒結(jié)溫度，從而減少陽(yáng)離子混排，提高循環(huán)穩(wěn)定性；3）Ni3+在高溫固相反應(yīng)中是不穩(wěn)定的，所以很難在空氣中合成理想的高鎳三元正極材料。為了降低陽(yáng)離子混排概率、減少雜相生成，燒結(jié)需要使用純氧；4）煅燒溫度要低。鎳含量越高，Li/Ni混排就越容易發(fā)生，所以需要煅燒溫度越低；5）煅燒時(shí)間長(zhǎng)、耗電量大。一燒分為混料、燒結(jié)和破碎，對(duì)于設(shè)備的要求主要集中在燒結(jié)。一燒的時(shí)間比二燒長(zhǎng)，同樣一噸的材料，一燒需要22-24個(gè)小時(shí)，二燒只要7-8個(gè)小時(shí)；6）對(duì)除濕、磁控、密封性方面也有更高要求。為了減少雜相生成，需要在真空或氮?dú)夥諊掳b，全過(guò)程需要嚴(yán)格控制濕度10%以下。高鎳正極生產(chǎn)設(shè)備方面，1）使用高速混合機(jī)代替球磨機(jī)作為混合設(shè)備。高速混合機(jī)的殘留混合、占地空間、混合效果及均勻性等優(yōu)于球磨機(jī)。高混機(jī)的葉片結(jié)構(gòu)使物料形成漩渦狀態(tài)的高速混合攪拌，加熱干燥，設(shè)備在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將物料快速分散，攪拌槳利用重力和離心力作用使下面物料向上拋起，上面的物料迅速下壓，來(lái)回循環(huán)，從而達(dá)到高速混合的作用。高鎳三元正極全程需控制濕度，高速混合機(jī)的密封性要好，整個(gè)工作環(huán)境必須濕度控制在10%以下。同時(shí)高速混合機(jī)具有更好的耐腐蝕性。2）裝缽工序是將鋰化混合后的材料倒入特制匣缽中，匣缽是在煅燒時(shí)盛裝高鎳三元正極的容器。對(duì)于設(shè)備密封性和耐腐蝕性要求更高，匣缽的氧化鋁（剛玉）含量更高，以增加耐腐蝕性。由于高鎳三元對(duì)閘缽的質(zhì)量要求高，單個(gè)匣缽的裝料量小于普通三元正極，單噸消耗匣缽費(fèi)用是普通三元近6倍。3）窯爐整條產(chǎn)線(xiàn)（包括爐膛、傳動(dòng)系統(tǒng)和輥棒等）同時(shí)具備高密封性、耐堿耐氧腐蝕、控溫精度高（5℃以?xún)?nèi)）、溫度分布均勻性高。高鎳三元產(chǎn)線(xiàn)一般使用輥道窯，用耐高溫的陶瓷輥棒直接驅(qū)動(dòng)耐火板前進(jìn)，裝載產(chǎn)品的耐火板直接承載在輥棒上。相比推板窯，輥道窯產(chǎn)線(xiàn)效率高，不容易發(fā)生“拱窯”現(xiàn)象。（二）負(fù)極：硅基材料1、硅基負(fù)極蓄勢(shì)待發(fā)石墨負(fù)極潛力挖掘完全。目前高端石墨克容量已經(jīng)達(dá)到約365mAh/g，接近理論克容量372mAh/g。從負(fù)極材料角度，電芯能量密度的提升需要開(kāi)發(fā)出具有更高克容量的負(fù)極材料。硅基負(fù)極最具商業(yè)化前景。由5Si+22Li++22e-=Li22Si5可知，5個(gè)硅的摩爾質(zhì)量為140.43g/mol，5個(gè)硅原子結(jié)合22個(gè)Li，則硅負(fù)極的理論容量可達(dá)4200mAh/g，是石墨的10倍多。硅基負(fù)極是非常具有潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負(fù)極材料。根據(jù)中國(guó)能源信息平臺(tái)數(shù)據(jù)，目前采用添加硅負(fù)極材料的鋰離子電池的質(zhì)量能量密度可以提升8%以上，體積能量密度可以提升10%以上。硅材料來(lái)源廣，儲(chǔ)量豐富。硅是地球上儲(chǔ)量第二的化學(xué)元素，工業(yè)硅生產(chǎn)的上游原料清晰，包括硅石和碳質(zhì)還原劑，工業(yè)硅的主流生產(chǎn)方法為電弧爐法，實(shí)質(zhì)是高溫還原反應(yīng)。電弧爐耗電極大，電力成本在工業(yè)硅生產(chǎn)總成本中占據(jù)核心位置，用煤成本與硅石成本次之。解決枝晶問(wèn)題，安全性得以提升。負(fù)極石墨電壓平臺(tái)接近鋰的析出電位，易產(chǎn)生鋰枝晶，枝晶刺破隔膜，正負(fù)極將發(fā)生短路，嚴(yán)重威脅電池安全。硅的電壓平臺(tái)比石墨高，硅基負(fù)極的電極反應(yīng)優(yōu)先于鋰枝晶生成，使得鋰離子不以枝晶形式析出。近幾年硅基負(fù)極增長(zhǎng)快。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2016年中國(guó)硅基負(fù)極材料出貨量?jī)H為0.05萬(wàn)噸，2021年激增達(dá)到1.1萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)83.3%，約占當(dāng)年全部負(fù)極材料的1.5%。高速增長(zhǎng)背后，一方面，來(lái)自于電動(dòng)工具、智能家居鋰電池市場(chǎng)需求旺盛，疊加國(guó)際電動(dòng)工具巨頭、跨境電商等鋰電池供應(yīng)向國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)移，高容量、高倍率鋰電池需求增加帶動(dòng)國(guó)內(nèi)硅基負(fù)極需求起量。另一方面，源于動(dòng)力電池的穩(wěn)定增長(zhǎng)。動(dòng)力電池方面，在目前量產(chǎn)車(chē)型中，僅特斯拉長(zhǎng)續(xù)航版本車(chē)型Model3在負(fù)極中摻入少量的硅，車(chē)型銷(xiāo)量的增長(zhǎng)帶動(dòng)部分國(guó)內(nèi)硅基負(fù)極需求的增長(zhǎng)。4680正極多采用高鎳三元，負(fù)極使用硅基可以更好地匹配正極的高能量密度。并且由于4680大圓柱對(duì)硅基負(fù)極的體積膨脹的容忍性更高，未來(lái)更加適配高鎳+硅基負(fù)極體系。4680電池中大幅增加了硅基材料的占比，預(yù)計(jì)添加量或?qū)?170的5%提升至10%左右，是一次重要的技術(shù)改進(jìn)。4680大圓柱電池以及長(zhǎng)續(xù)航快充車(chē)型的規(guī)?；慨a(chǎn)，疊加硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)產(chǎn)提速，將推動(dòng)硅基負(fù)極材料進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)通道。預(yù)計(jì)2025年全球電池裝機(jī)量達(dá)到2500GWh，硅基負(fù)極在三元電池中的滲透率為25%，SiOx和石墨負(fù)極克容量約1500mAh/g和350mAh/g，當(dāng)SiOx含量在11%-20%時(shí)，推算出硅基負(fù)極的市場(chǎng)空間可達(dá)40-60億元。2、硅碳硅氧各具優(yōu)勢(shì)硅基負(fù)極材料亟待解決問(wèn)題：體積劇烈變化。硅鋰合金的生成與分解伴隨著巨大的體積變化，最大膨脹可達(dá)320%。相比之下，傳統(tǒng)的石墨負(fù)極工作時(shí)，鋰嵌入石墨六邊形結(jié)構(gòu)層間的空隙，體積變化只有16%。對(duì)于單質(zhì)硅負(fù)極膨脹帶來(lái)的以上問(wèn)題，目前采用硅復(fù)合材料應(yīng)對(duì)：當(dāng)前具備商業(yè)化前景的有兩種：硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極。硅碳負(fù)極是指納米硅與碳材料混合，硅氧負(fù)極則采用氧化亞硅與碳材料復(fù)合。硅氧負(fù)極動(dòng)力領(lǐng)域進(jìn)展較快。氧化亞硅（SiO）在鋰嵌入過(guò)程中發(fā)生的體積膨脹較小，因此相對(duì)純硅負(fù)極，其循環(huán)穩(wěn)定性有較為明顯改善，更適合應(yīng)用于動(dòng)力電池領(lǐng)域，目前各大負(fù)極材料廠(chǎng)商對(duì)氧化亞硅負(fù)極均有所布局。但是氧化亞硅負(fù)極在充放電過(guò)程中會(huì)生產(chǎn)Li2O等非活性物質(zhì)，導(dǎo)致SiOx材料首次效率較低（約70%）。相較之下，硅碳負(fù)極克容量高、首效高，主要應(yīng)用于消費(fèi)電子和電動(dòng)工具領(lǐng)域。3、改性方法：納米化、碳復(fù)合、預(yù)鋰化改性方法1：納米化。當(dāng)硅顆粒直徑小于150納米時(shí)，內(nèi)外層反應(yīng)差距不那么強(qiáng)烈，不會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生裂紋和粉碎的現(xiàn)象。改性方法2：碳復(fù)合。一方面可以將硅表面很好地保護(hù)起來(lái)，充當(dāng)硅體積膨脹的緩沖層，避免硅在充放電體積形變過(guò)程中裸露，新鮮硅表面與電解液直接接觸，反復(fù)生成SEI膜；另一方面可以增加顆粒的導(dǎo)電性，減少電極的電荷轉(zhuǎn)移阻抗。硅基復(fù)合負(fù)極材料通根據(jù)硅的分布方式不同可分為包覆結(jié)構(gòu)、負(fù)載-分散結(jié)構(gòu)，在合成工藝上不盡相同。硅基復(fù)合負(fù)極材料相比石墨負(fù)極工藝復(fù)雜，技術(shù)路線(xiàn)仍在探索，且各家工藝均不同。目前常用碳復(fù)合工藝如機(jī)械球磨法、化學(xué)氣相沉積法等，通常為多種手段組合。預(yù)鋰化是在鋰離子電池工作之前向電極內(nèi)部增加鋰來(lái)補(bǔ)充鋰離子。通過(guò)預(yù)鋰化對(duì)電極材料進(jìn)行補(bǔ)鋰，抵消形成SEI膜造成的不可逆鋰損耗，以提高電池的總?cè)萘亢湍芰棵芏?。預(yù)鋰化技術(shù)包括負(fù)極補(bǔ)鋰和正極補(bǔ)鋰。負(fù)極補(bǔ)鋰——目前主要的補(bǔ)鋰劑類(lèi)型，技術(shù)成熟度高。負(fù)極補(bǔ)鋰主要采用金屬Li粉、Li箔補(bǔ)鋰、硅化鋰粉補(bǔ)鋰等方式。寧德時(shí)代在2016年申請(qǐng)的兩項(xiàng)專(zhuān)利分別在負(fù)極表面通過(guò)靜電控制的方式噴灑Li粉和在負(fù)極表面覆蓋一層薄Li箔的方式進(jìn)行補(bǔ)鋰。金屬鋰補(bǔ)鋰的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)鋰效率高，反應(yīng)后無(wú)殘留，但是金屬Li的活性很高，對(duì)環(huán)境控制要求高，并且需要采用大型設(shè)備，成本投入也比較大，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝影響較大。同時(shí)也存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是金屬Li粉，懸浮的空氣中可能會(huì)引起粉塵爆炸等風(fēng)險(xiǎn)。硅化鋰粉補(bǔ)鋰是非常適合硅碳負(fù)極的一種補(bǔ)鋰劑，通過(guò)加入已經(jīng)合金化膨脹的含鋰硅粉進(jìn)行預(yù)鋰化，提高首次效率的同時(shí)使負(fù)極在初始時(shí)處于膨脹狀態(tài)，可以緩解材料的擠壓破碎。正極補(bǔ)鋰——安全、便利，但產(chǎn)業(yè)化處于初級(jí)階段。相比于負(fù)極補(bǔ)鋰，正極補(bǔ)鋰工藝最大的優(yōu)勢(shì)在于安全性和便利性，可應(yīng)用于各種體系的鋰離子電池正極材料，不改變現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，不需要引入新設(shè)備，僅僅是在勻漿過(guò)程中在正極漿料中加入部分高容量的含Li氧化物（即補(bǔ)鋰劑），如Li2NiO2（LNO）、Li5FeO4（LFO）、Li2O，對(duì)于電池廠(chǎng)商而言是十分理想的技術(shù)路線(xiàn)。4、產(chǎn)業(yè)化布局提速硅負(fù)極未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)格局或?qū)⑾鄬?duì)有序。目前跨界布局硅負(fù)極的企業(yè)相對(duì)較少，考慮到硅負(fù)極較高的量產(chǎn)難度，加之需要和客戶(hù)使用的電解液、正極、粘結(jié)劑等進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈配套，客戶(hù)粘性更高。相較石墨負(fù)極，硅負(fù)極將繼續(xù)保持相對(duì)較高的進(jìn)入壁壘，未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)格局或相對(duì)有序。目前各大負(fù)極材料廠(chǎng)商均有所布局。日本信越化學(xué)、韓國(guó)大洲以及杉杉股份、貝特瑞等企業(yè)目前均有可以量產(chǎn)硅負(fù)極產(chǎn)品，在電動(dòng)工具等領(lǐng)域已經(jīng)得到了部分應(yīng)用。目前，以貝特瑞、江西紫宸、杉杉股份為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)擁有較成熟產(chǎn)品，能解決膨脹和首效問(wèn)題，并擁有明顯優(yōu)于石墨負(fù)極的能量密度。（三）其他材料未來(lái)趨勢(shì)1、導(dǎo)電劑單壁碳管碳納米管（CNT）是石墨烯層圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無(wú)縫納米級(jí)管狀結(jié)構(gòu)。由于硅負(fù)極導(dǎo)電性弱于石墨負(fù)極，常規(guī)導(dǎo)電劑炭黑無(wú)法完全滿(mǎn)足硅碳負(fù)極性能要求，而以碳納米管為代表的新型導(dǎo)電劑擁有更為優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可以部分緩解硅材料在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)坍塌，是更為適配硅基負(fù)極的導(dǎo)電劑材料。由于碳納米管形貌為一維管狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)徑比和比表面積大，作為導(dǎo)電劑，可以與活性物質(zhì)形成線(xiàn)接觸并能固定電極材料，導(dǎo)電性能更優(yōu)，且能有效提升鋰電池倍率性能。碳納米管用量少，僅為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的1/6到1/2，可以達(dá)到同樣的導(dǎo)電效果。它還有具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，能夠?qū)㈦姵刂械臒崃枯^好傳導(dǎo)出來(lái)，提升電池的高溫性能。目前碳納米管占整車(chē)成本僅約0.8%，相對(duì)于其可提升的綜合性能，實(shí)用價(jià)值大，且存在漲價(jià)邏輯。緩解硅負(fù)極膨脹問(wèn)題，改善循環(huán)性能。碳納米管具有很好的機(jī)械拉伸強(qiáng)度，使得硅顆粒之間的連接非常緊密、牢固，即使發(fā)生硅負(fù)極顆粒體積膨脹并開(kāi)始分裂，這些顆粒仍可通過(guò)單壁碳納米管的“綁定”保持良好連接。減少電解液損耗，提升壽命性能。碳納米管作為空心管狀結(jié)構(gòu)，能夠提升極片的吸液性，從而降低電池使用過(guò)程中的電解液損耗，從而提升其壽命性能。根據(jù)石墨片層的多少，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。單壁碳納米管

（SWCNT）管壁由一層碳原子組成，多壁碳納米管（MWCNT）由幾個(gè)或幾十個(gè)單壁碳納米管同軸構(gòu)成。單壁碳納米管性能更優(yōu)。目前市場(chǎng)上的碳納米管以多壁碳納米管居多，而單壁碳納米管的直徑更小、長(zhǎng)徑比更大、熱穩(wěn)定性更高（高達(dá)1600℃），添加后使得極片具有更好的柔韌性和機(jī)械穩(wěn)定性，在反復(fù)脫嵌鋰膨脹過(guò)程中保持良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電池循環(huán)性及容量的提升更為明顯，并且具有更低的阻抗，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。單壁碳納米管用量更少，能夠進(jìn)一步降低鋰電池中導(dǎo)電劑的含量，從而降低成本。單壁碳納米管與硅負(fù)極的適配度更高。憑借高電導(dǎo)、高柔韌比和高長(zhǎng)徑比，單壁碳納米管可以更好地抑制硅的膨脹。根據(jù)OCSiAl（海外單壁碳納米管專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)商）官網(wǎng)數(shù)據(jù)，添加其旗下產(chǎn)品TUBALL（商標(biāo)名稱(chēng)）單壁碳納米管0.04%在硅基負(fù)極電池配方中，電池循環(huán)壽命可提升4倍，助力硅負(fù)極電池實(shí)現(xiàn)350Wh/kg的能量密度，續(xù)航里程提升15％以上，同時(shí)滿(mǎn)足電極快充快放。目前公司單壁碳納米管產(chǎn)品尚處于中試階段，預(yù)計(jì)有望于2023年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。目前單壁碳納米管只用于少數(shù)高端產(chǎn)品。隨著技術(shù)成熟度上升、成本下降，單壁碳納米管有望加速滲透。預(yù)計(jì)2025年全球電池裝機(jī)量達(dá)到2500GWh，硅基負(fù)極在三元電池中的滲透率為25%，SiOx含量約10%-20%，與之配套的單壁碳納米管的添加量約0.1%-0.15%，當(dāng)銷(xiāo)售價(jià)格達(dá)到1000-1300萬(wàn)/噸時(shí)，推算出單壁碳納米管的市場(chǎng)空間可達(dá)16-30億元。OCSiAl引領(lǐng)單壁碳納米管全球發(fā)展。OCSiAl（奧科希艾爾）是一家專(zhuān)注于單壁碳納米管生產(chǎn)的俄羅斯企業(yè)，占據(jù)全球95%的單壁碳納米管市場(chǎng)。公司研發(fā)的TUBALL單壁碳納米管的突出優(yōu)勢(shì)是極致纖細(xì)（管徑1.6nm，管長(zhǎng)＞5um），具有極高的長(zhǎng)徑比，可達(dá)3000，比表面積高可達(dá)到900cm2/g。TUBALL的G/D達(dá)到市面產(chǎn)品中最高的90，這意味著其導(dǎo)電性能非常優(yōu)秀。公司2021年產(chǎn)能達(dá)到80噸/年，可以滿(mǎn)足100GWh以上的鋰離子電池的導(dǎo)電劑需求。OCSiAl在中國(guó)有兩家授權(quán)的合作伙伴，實(shí)現(xiàn)了本地化生產(chǎn)TUBALLBATT分散液，并通過(guò)了多家知名電池企業(yè)的品質(zhì)審核。2、新型鋰鹽LIFSI4680高鎳化、高壓化對(duì)電解液性能要求提升。首先，正極材料中鎳含量增加，由于高鎳中的4價(jià)鎳離子具有較高的氧化還原電位，會(huì)催化電解液氧化分解，影響電池性能。第二，高鎳體系電池循環(huán)過(guò)程中會(huì)有錳、鈷等過(guò)渡金屬溶出，會(huì)破壞負(fù)極表面的SEI膜。此外，高鎳電池需要添加過(guò)充和阻燃等添加劑來(lái)提升電池的安全性。LiFSI具有更好的電化學(xué)性能：1）LiFSI具有更高的熱穩(wěn)定性，其熔點(diǎn)可達(dá)145℃，分解溫度高于200℃?？赡褪芨叩墓ぷ鳒囟?，抑制氣脹；2）LiFSI電導(dǎo)率高，可達(dá)9.8ms/cm

（LiPF6僅6.8ms/cm），有助于降低電池內(nèi)阻、減少發(fā)熱、提升效率和安全性；3）LiFSI與SEI膜有很好的相容性，只會(huì)在160℃時(shí)與其部分成分發(fā)生置換反應(yīng)，對(duì)于正負(fù)極的化學(xué)穩(wěn)定性高。LiFSI作為添加劑用量提高。LiFSI主要應(yīng)用于三元電池中，可以作為電解液的主電解質(zhì)直接替代LiPF6，或者作為傳統(tǒng)電解質(zhì)LiPF6的添加劑使用。目前LiFSI尚未作為主電解質(zhì)使用，而是作為添加劑與LiPF6混用，用于三元?jiǎng)恿﹄姵仉娊庖褐幸愿纳菩阅?。高鎳三元正極材料以及快充技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了對(duì)于LiFSI的更大需求。根據(jù)多氟多公開(kāi)資料，以4680電池為例，其中LiFSI的添加量或?qū)⑹瞧胀ㄈ姵氐奈灞?，?%提高到15%。LiFSI的純度對(duì)產(chǎn)品性能影響較大，電池級(jí)LiFSI生產(chǎn)工藝難度較高。目前LiFSI的合成主要采用氯磺酸法，中間產(chǎn)物雙氟磺酰亞胺HClSI的收率（主產(chǎn)物占所有產(chǎn)物的比例大?。?duì)產(chǎn)品品質(zhì)的把控至關(guān)重要。由于HClSI的合成對(duì)于溫度敏感度高，可以通過(guò)精準(zhǔn)的溫度調(diào)節(jié)來(lái)提高其總產(chǎn)率。降低成本的主要方法來(lái)自對(duì)于副產(chǎn)物的回收和綜合利用。國(guó)內(nèi)多家電解液企業(yè)已經(jīng)深耕多年，積累了大量先進(jìn)技術(shù)儲(chǔ)備，共同推動(dòng)LiFSI的價(jià)格從2017年的70萬(wàn)元/噸下降至2021年的40萬(wàn)元/噸。技術(shù)門(mén)檻也導(dǎo)致新進(jìn)入者難以參與競(jìng)爭(zhēng)。龍頭企業(yè)把握核心工藝，專(zhuān)利布局提高行業(yè)門(mén)檻。純度控制以及對(duì)敏感中間物的溫度把控決定了合成LiFSI較高的技術(shù)壁壘。目前只有一線(xiàn)電池企業(yè)、電解液龍頭企業(yè)擁有LIFSI作為添加劑和鋰鹽的多種配方，而二線(xiàn)企業(yè)大多僅有作為添加劑的配方。國(guó)內(nèi)電解液廠(chǎng)商有能力布局并著手生產(chǎn)的包括天賜材料、多氟多、新宙邦、永太科技等。而寧德時(shí)代、比亞迪、LG、三星、松下等電池龍頭企業(yè)的專(zhuān)利數(shù)量遙遙領(lǐng)先。3、復(fù)合銅箔PET復(fù)合銅箔是以PET或PP作為導(dǎo)電薄膜、兩邊以銅箔（或鋁箔）為鍍層的夾層狀動(dòng)力電池集流體材料，表現(xiàn)出部分“去金屬”化，具有安全性高、能量密度高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)銅箔的生產(chǎn)制備主要采用電解法，設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低。復(fù)合銅箔制備工藝更為復(fù)雜，蒸鍍是核心工序，其次為水電鍍。制作流程：首先在厚度3.5~6μmPET薄膜表面，采用磁控濺射或真空蒸鍍的方式，在兩面制作20-80nm的金屬層，然后通過(guò)水電鍍的方式，將金屬層加厚到1μm。根據(jù)東威科技公開(kāi)資料，一般生產(chǎn)1GWh電池需要2臺(tái)真空鍍?cè)O(shè)備和3臺(tái)鍍膜設(shè)備，單臺(tái)磁控濺射設(shè)備價(jià)值量為3000萬(wàn)，水鍍銅設(shè)備3750萬(wàn)，產(chǎn)線(xiàn)投資成本較高。率先實(shí)現(xiàn)極薄化和復(fù)合銅箔等高端產(chǎn)品生產(chǎn)的銅箔企業(yè)優(yōu)勢(shì)更大。以銅價(jià)5.6萬(wàn)元/噸、加工費(fèi)4-5萬(wàn)元/噸測(cè)算，同樣生產(chǎn)6-6.5μm銅箔，采用3萬(wàn)元/噸國(guó)產(chǎn)PET膜制作的復(fù)合銅箔大致比傳統(tǒng)銅箔的售價(jià)可以降低25-30%（加工費(fèi)等同），價(jià)格優(yōu)勢(shì)顯著。但是如果銅價(jià)下跌或者4.5μm傳統(tǒng)銅箔實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，PET復(fù)合銅箔的成本優(yōu)勢(shì)可能會(huì)縮小。目前國(guó)內(nèi)進(jìn)軍復(fù)合銅箔領(lǐng)域的企業(yè)主要包括PET薄膜材料廠(chǎng)商（以重慶金美新材料和雙星新材為代表）、傳統(tǒng)銅箔龍頭企業(yè)（嘉元科技、諾德股份等）以及PCB廠(chǎng)商（三孚新科等）。PET基膜作為復(fù)合銅箔主要原材料之一，PET薄膜材料廠(chǎng)商可實(shí)現(xiàn)自供，控本優(yōu)勢(shì)明顯。電鍍?cè)O(shè)備廣泛應(yīng)用于PCB行業(yè)，PCB制造廠(chǎng)商積累了豐富的電鍍經(jīng)驗(yàn)，此外由于電鍍對(duì)環(huán)境有一定的污染，PCB制造企業(yè)具備完善的環(huán)評(píng)資質(zhì)與產(chǎn)業(yè)園。重慶金美新材料（寧德時(shí)代、中國(guó)寶安參股投資）是最早開(kāi)發(fā)PET銅箔的企業(yè)，2015年便啟動(dòng)了復(fù)合集流體項(xiàng)目，2017年與寧德時(shí)代簽訂獨(dú)家協(xié)議，2022年已初步實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。公司現(xiàn)有產(chǎn)能400萬(wàn)平方米/年的復(fù)合鋁膜和2400萬(wàn)平方米/年的復(fù)合銅膜。據(jù)重慶金美新型銅鋁導(dǎo)電膜項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告，綦江區(qū)項(xiàng)目總投資1.5億元，一期達(dá)產(chǎn)后產(chǎn)能達(dá)到0.48億平米復(fù)合鋁箔與2.95億平米復(fù)合銅箔。2021年8月公司擴(kuò)建的“電子復(fù)合鋁膜、電子復(fù)合銅膜”項(xiàng)目各6條生產(chǎn)線(xiàn)，匹配約6GWh電池產(chǎn)能，計(jì)劃于2022年引進(jìn)先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品產(chǎn)能、產(chǎn)值以及良率，力爭(zhēng)在2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。4、大尺寸鋼制電池殼4680電池尺寸更大，一般采用高精度、低成本、兼容更高長(zhǎng)度的鋼質(zhì)電池殼。制作過(guò)程需要克服以下幾大難點(diǎn)：1）尺寸一致性要高。殼體是精密結(jié)構(gòu)件，對(duì)尺寸公差敏感，電池層級(jí)需要百分級(jí)精度要求；2）熱擴(kuò)散要求高。鋼材需滿(mǎn)足熱擴(kuò)散要求，鋼比鋁硬度高延展性差，無(wú)法直接使用易拉罐的工藝參數(shù)制造；3）電池高度可能會(huì)繼續(xù)增加。從電池過(guò)流和發(fā)熱來(lái)看，電池高度可能會(huì)進(jìn)一步提高，殼體工藝需要兼容長(zhǎng)電池殼。高效生產(chǎn)是臥式?jīng)_壓切入4680電池殼體領(lǐng)域的關(guān)鍵要素。傳統(tǒng)機(jī)械件制造以立式?jīng)_壓為主，生產(chǎn)精度更高但是生產(chǎn)節(jié)拍較慢，每分鐘產(chǎn)出60件左右。而臥式?jīng)_壓通常用來(lái)加工精度比較高、尺寸比較薄的易拉罐罐體。臥式?jīng)_壓與圓柱電池對(duì)稱(chēng)性、標(biāo)準(zhǔn)化、低成本的產(chǎn)品需求同源，在圓柱型動(dòng)力電池領(lǐng)域具有可行性。臥式拉伸配重高，工序動(dòng)作不需要克服重力做功，因此生產(chǎn)速度高，每分鐘可產(chǎn)出1200件。此外，臥式?jīng)_壓自動(dòng)化程度高，對(duì)模具精度要求高。斯萊克、昇興股份公司基于原有易拉罐業(yè)務(wù)的技術(shù)切入電池結(jié)構(gòu)件產(chǎn)業(yè)鏈，現(xiàn)已均處于打樣階段。三、4680提升工藝要求（一）4680電池結(jié)構(gòu)及流程工藝4680大圓柱電池從內(nèi)到外的主要結(jié)構(gòu)依次是極柱、卷芯、正負(fù)極集流盤(pán)、鋼殼等。大圓柱生產(chǎn)流程主要包括卷芯制造、電芯組裝，以及搭載了CTC壓鑄創(chuàng)新一體化生產(chǎn)。其中，大尺寸電芯+全極耳+干電池涂布+鋼質(zhì)外殼是核心。由于一些結(jié)構(gòu)的變化（比如全極耳），與傳統(tǒng)圓柱對(duì)比，涂布、極耳模切、焊接等環(huán)節(jié)采用了較為明顯的差異化方案。（二）4680生產(chǎn)工藝的差異化1.獨(dú)創(chuàng)干電極涂布電池卷芯制作的第一步是制作正負(fù)極極片：將正負(fù)極導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和活性物質(zhì)混合攪拌，再均勻涂覆在集流體上，形成附著了導(dǎo)電物質(zhì)的片狀材料。涂布方法分為較為傳統(tǒng)的濕法涂布和特斯拉在4680電池上采用的干粉涂布技術(shù)。濕法涂布是將攪拌均勻的漿料均勻地涂覆在集流體上，并將漿料中的有機(jī)溶劑進(jìn)行烘干。干法涂布是將正負(fù)極顆粒與粘結(jié)劑PTFE混合，使用噴射磨機(jī)對(duì)混合物施加高剪切力，以機(jī)械拉伸方式形成網(wǎng)狀纖維薄膜層后，將其輥壓到鋁箔或銅箔上，制備出正負(fù)極片。相比濕法涂布，干法涂布不需要溶劑，在環(huán)節(jié)方面省去了漿料攪拌、干燥、有害溶劑回收等環(huán)節(jié)，節(jié)省了材料、時(shí)間、廠(chǎng)房和人工等生產(chǎn)成本。在產(chǎn)品性能方面，干法電極涂布電極更厚，能量密度更高，與4680電池適配度高。首先，4680大圓柱電池內(nèi)圍尺寸更大，允許卷繞在內(nèi)的干法涂布更厚。其次，粘結(jié)劑PTFE化學(xué)性質(zhì)不活潑，且彈性較大，適配4680的高鎳和硅基負(fù)極的方案。另外，干法涂布技術(shù)是生產(chǎn)下一代固態(tài)電池的必要條件。2.極片極耳切割一體化傳統(tǒng)極片切割方法采用步進(jìn)運(yùn)動(dòng)式模切工藝，即按照電池規(guī)格，對(duì)經(jīng)過(guò)輥壓的電池極片進(jìn)行分條的裝備，生產(chǎn)效率低、成本較高，需要更換設(shè)備尺寸。由于全極耳設(shè)計(jì)，4680采用了非傳統(tǒng)的切割方式，在極片切割的過(guò)程中直接在極片一側(cè)空箔上連續(xù)切割極耳成型。在切割技術(shù)、速度、精度以及產(chǎn)品質(zhì)量方面，對(duì)高速制片設(shè)備提出了更高要求。當(dāng)把極片邊緣切割成多個(gè)平行四邊形的極耳單體代替長(zhǎng)方形單體時(shí)，不僅能夠在揉平過(guò)程中杜絕極片外翻，在與電池外殼組裝時(shí)，