新能源汽車行業(yè)大圓柱電池專題研究報告

新能源汽車行業(yè)大圓柱電池專題研究報告尺寸升級只是起點，技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)發(fā)展相較于18650、21700電池等傳統(tǒng)電池，大圓柱電池依托電池尺寸的升級，實現(xiàn)了單體電池及整體電池系統(tǒng)在能量密度上的提升，并降低了電池的制造成本。然而尺寸升級只是大圓柱電池在形式上的改變，支撐大圓柱電池實現(xiàn)降本增效的核心來自于其在單體和系統(tǒng)層面上的技術(shù)創(chuàng)新，例如在單體電池層面引入的無極耳及干電極技術(shù)助力大圓柱電池克服快充、溫升問題；在電池系統(tǒng)層面，大圓柱電池采用單側(cè)出正負極的結(jié)構(gòu)改善了整體電池系統(tǒng)的電氣連接方式，進而支持圓柱電池向更大尺寸方向發(fā)展。復(fù)盤發(fā)展：特斯拉主導(dǎo)圓柱路線，逐步向大尺寸發(fā)展開端：特斯拉聯(lián)合松下開啟車用圓柱電池商業(yè)化1991年，全球首款圓柱鋰電池由索尼發(fā)布并正式投入消費電池產(chǎn)品市場，由此開啟了鋰電池的商用時代。2008年，特斯拉首款豪華轎跑車Roadster問世，創(chuàng)造性地啟用了7000多節(jié)松下制造的18650三元鋰電池，由此拉開了特斯拉與松下長達十年之久的合作序幕，兩者的合作開創(chuàng)了純電動汽車圓柱電池時代。2017年，特斯拉與松下共同研發(fā)的21700圓柱電池成功應(yīng)用于Model3上，采用NCA+硅碳方案，單體容量較18650電池提升約35%。2020年9月特斯拉召開“電池日”活動，推出4680大圓柱電池，帶領(lǐng)動力電池行業(yè)進入大圓柱時代。自此，整車和電池領(lǐng)域內(nèi)各企業(yè)爭相布局大圓柱電池，希望在下一代車型和電池設(shè)計上爭取主動權(quán)，抓住動力電池市場。趨勢：圓柱電池逐步向大型化方向發(fā)展，預(yù)計46系成為動力電池主流從產(chǎn)品型號上看，從18650到21700電池再到即將實現(xiàn)量產(chǎn)的4680電池，圓柱電池逐步向著更大的尺寸方向發(fā)展。按照特斯拉的規(guī)劃，4680電池相較于21700電池在性能上實現(xiàn)大幅提升——電芯容量提升5倍，功率提升6倍，電動汽車續(xù)航里程提升16%，邏輯在于：

單體電池容量提升后，整體電池組pack的空間利用率和成組效率得到相應(yīng)提升，從而帶來電池組的能量密度提升以及成本的下降（4680電池相比于21700電池，在電池組層面，每千瓦時成本降低14%）。46系電池兼具性能與經(jīng)濟性，是最優(yōu)直徑尺寸的大圓柱動力電池。在動力領(lǐng)域，圓柱電池尺寸增大雖然能夠減少整車使用的電芯節(jié)數(shù)，降低BMS的管理難度，然而也會帶來性能和安全方面的問題。據(jù)測算，電池容量每提升10%，其循環(huán)壽命大約會降低20%，充放電倍率會降低30-40%，同時電池會有20%左右的溫升，如果持續(xù)增大電池尺寸，則會面臨犧牲安全性所帶來的風(fēng)險。從直徑46mm開始，整車的續(xù)航開始下降，同時降本的邊際效益也逐步趨緩，因此從電池的整體性能和成本兩方面看，46mm直徑是當前生產(chǎn)工藝水平下的最優(yōu)解。目前在特斯拉的主導(dǎo)下，相關(guān)車企、電池廠等均以46系大圓柱動力電池體系為主要研發(fā)對象。在戶用儲能領(lǐng)域，大圓柱電池產(chǎn)品規(guī)格較多，尚未形成主流型號。不同于動力大圓柱電池大多基于46系列，針對戶用儲能市場，各企業(yè)生產(chǎn)的電芯產(chǎn)品規(guī)格和型號均有所區(qū)別，億緯鋰能、鵬輝能源的大圓柱電芯以40mm直徑為主，海辰儲能則以46mm直徑為主，高度覆蓋80-300mm，其余企業(yè)生產(chǎn)的戶儲用大圓柱電芯從直徑26mm-60mm均有布局。一方面是由于戶儲大圓柱電池產(chǎn)品尚處于早期發(fā)展階段，未形成統(tǒng)一標準；另一方面，戶儲為適配不同場景產(chǎn)品需求，定制化電芯需求較多。目前，多數(shù)企業(yè)正在重點布局大圓柱磷酸鐵鋰電池，致力于通過工藝、材料的創(chuàng)新，實現(xiàn)電池循環(huán)壽命突破5000次，以滿足戶用儲能電池產(chǎn)品10年以上的使用需求。技術(shù)創(chuàng)新：大圓柱電池從單體到系統(tǒng)全面升級相比于傳統(tǒng)電池，4680大圓柱電池不僅僅是在尺寸上進行升級，更主要是在單體和系統(tǒng)層面上進行了技術(shù)創(chuàng)新。在單體電芯層面，相比于18650和21700電池，4680電池最大的創(chuàng)新是新增無極耳技術(shù)，又稱全極耳技術(shù)，通過縮短電子移動路徑、擴大散熱面積，改善了單體電芯增大帶來的熱量增加問題，突破了電池的快充瓶頸。2023年初，美國專利商標局授予了特斯拉電池干電極領(lǐng)域四項專利，可用于降低電池使用成本、提高電池使用壽命，意味著特斯拉在干電極領(lǐng)域取得突破。在電池系統(tǒng)層面，4680電池采用單側(cè)出正負極的結(jié)構(gòu)，有利于電池系統(tǒng)層面的電氣互連，避免了導(dǎo)線連接造成的集流器失效問題，降低了部件電阻并增加了電池的能量密度。無極耳技術(shù)助力沖破快充瓶頸，克服大倍率充放電時溫度升高的問題。無極耳的設(shè)計具體為去掉原有極耳，在電池的一端使用導(dǎo)電涂層進行覆蓋，讓其與電池殼體直接接觸，使電子可以直接在集流體和電池殼體間進行傳導(dǎo)，而無需集中在極耳處傳導(dǎo)。相比于傳統(tǒng)電池技術(shù)，無極耳應(yīng)用具備的優(yōu)勢：1）電子移動路徑縮短5%-20%，使內(nèi)阻減小5-10倍；2）顯著避免電子偏移和過電位現(xiàn)象的產(chǎn)生，提升了電池壽命；3）導(dǎo)電涂層和電池殼體的接觸面積達到100%，分散了發(fā)熱區(qū)域，有效解決了電池發(fā)熱問題。德國亞琛工業(yè)大學(xué)HendrikPegel等人通過對比克電池提供的真實商業(yè)化的無極耳大圓柱電池進行參數(shù)化建模，探究了不同條件下電芯的最優(yōu)化充電時間和熱管理策略，驗證了無極耳設(shè)計對電池充電效率和熱穩(wěn)定性能的提升。數(shù)據(jù)顯示，在電芯不發(fā)生析鋰的前提下：

在20℃環(huán)境下，4680圓柱電池能夠在12分鐘內(nèi)完成從10%到80%SOC的快充，快充性能相比常規(guī)單極耳電芯提升三倍。干法技術(shù)化簡極片制造工藝，大幅降低制作成本。傳統(tǒng)電池一般采用濕法電極技術(shù)，制作過程中將活性材料與粘合劑、溶劑混合，干燥后壓成電極材料并安裝使用。而特斯拉設(shè)計4680電池時，創(chuàng)新引入了干電極技術(shù)，具體過程為不使用溶劑，直接將少量（約5-8%）細粉狀PTFE粘合劑與正/負極粉末混合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極，化簡了濕法中的漿制、涂布烘干和溶劑回收過程，極大提高了極片制備的效率，并節(jié)約了制作成本。干法技術(shù)極大地提升了電池性能，且更加適配大圓柱電池體系。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，干法技術(shù)制備的電極一方面具備更高的壓實密度，可以容納更多的活性物質(zhì)，另一方面，由于舍棄粘合劑，避免了溶劑和粘合劑發(fā)生反應(yīng)所形成的包圍活性材料的粘合劑層，顯著提升了電池的導(dǎo)電性能和能量密度，目前干電極的能量密度超過300Wh/kg，遠期可達500Wh/kg，電池使用壽命也得到明顯改善。同時，干電極既可以減弱濕度對高鎳正極的性能影響，又能對硅基負極的膨脹有更強的承受能力，能更好地適配大圓柱電池高鎳摻硅的材料體系。單體電池采用單側(cè)出正、負極結(jié)構(gòu)，有利于電池系統(tǒng)層面的電氣互連。傳統(tǒng)圓柱電池的正、負極位于彼此相反側(cè)，因此相應(yīng)的電連接部件也需要應(yīng)用于電池的上、下表面，造成電池組電連接結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。4680電池采用無極耳設(shè)計，只有頂殼中間的極柱是正極，極柱以下的表面殼體均為負極，電池的正、負極位于相同方向，9個電芯并聯(lián)為一組，每組電芯的正極匯總后連接到下一組電芯的負極。同時，相比于傳統(tǒng)電池采用的鋁絲焊接，4680電池的電芯和集流器采用激光焊接方式，消除了導(dǎo)線連接造成集流器失效的問題，減少了用于電連接的部件數(shù)量，降低了部件電阻，進而增加了電池的能量密度，利于電池尺寸的增加。大圓柱電池尺寸升級使得電池結(jié)構(gòu)強度增大，能更好地適配CTC技術(shù)。CTC一體化設(shè)計中，取消了電池的pack設(shè)計，直接將電芯或模組安裝在車身上，電池既能為電源設(shè)備提供續(xù)航，也能作為結(jié)構(gòu)電池成為車體結(jié)構(gòu)的一部分，對車體起到支撐作用，節(jié)省空間也減輕重量（約10%），提升了續(xù)航里程（約14%）。在4680+CTC技術(shù)下，特斯拉直接取消座艙底板，以電池上蓋作為替代，座椅直接安裝在電池上蓋上。動力、儲能市場應(yīng)用提速，打開大圓柱電池市場空間電動汽車領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，儲能領(lǐng)域加速滲透根據(jù)封裝方式和形狀不同，鋰電池可以分為方形、軟包、圓柱三種形態(tài)。方形電池單體容量大、結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)管理方便，但單體差異性較大、生產(chǎn)自動化水平較低，成組使用可能會存在電池組壽命遠低于單體壽命的問題。軟包電池體積小、能量密度高、散熱性能優(yōu)異，相同容量下，軟包電池比鋼殼電池或鋁殼電池輕很多，然而其殼體強度比不上鋁殼或鋼殼，對成組技術(shù)的依賴性很強，技術(shù)難度高。圓柱電池一致性好、生產(chǎn)效率高，在系統(tǒng)層面散熱能力強，尺寸升級后可改善其原本的單體能量密度低、模組所需電芯多及其導(dǎo)致的壽命差、管理復(fù)雜等問題。單體性能上，1）能量密度：軟包>方形>圓柱，主要考慮機械件重量在質(zhì)量中的占比，隨電池尺寸變大，差異變??；2）散熱能力：軟包、方形>圓柱，圓柱電池的散熱能力在系統(tǒng)層級，因為電池間隙更大得到改善；3）循環(huán)壽命：軟包>方形>圓柱，圓柱的電解液量相對少；

4）安全性：圓柱>軟包>方形，此時大圓柱需要使用鍍鎳鋼，此處安全是個相對概念，安全閾值的絕對值在電池熱失控的峰值能量下，差異不明顯；5）充放電倍率：圓柱>方形>軟包；

6）成本優(yōu)勢：圓柱>方形>軟包。系統(tǒng)性能上，1）成組效率：圓柱、方形>軟包，圓柱、方形、軟包模組/系統(tǒng)成組效率分別為87%/65%、89%/70%、85%/60%；2）可靠性:方形>圓柱>軟包；軟包封口邊漏液是主要的市場失效表現(xiàn)；3）生產(chǎn)效率：圓柱>方形>軟包；4）一致性：圓柱>方形>軟包；5）成本優(yōu)勢：模塊、電池包成組后圓柱成本優(yōu)勢逐漸削弱。大圓柱電池在電動汽車領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，有望成為中高端電動車的最優(yōu)解。動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展相輔相成，動力電池的性能直接決定新能源汽車的性能。相較于方形、軟包封裝，大圓柱電池在動力電池領(lǐng)域優(yōu)勢明確，體現(xiàn)在：

1）安全性：大圓柱電池是目前幾種主流電池形態(tài)中安全性最高的，因其應(yīng)力均勻，散熱性能好，電芯數(shù)量下降與無極耳設(shè)計等降低了電池的熱管理難度，疊加泄壓閥、集成結(jié)構(gòu)件等技術(shù)增強了電池包的結(jié)構(gòu)強度；

2）性價比：由于工藝簡單、高度標準化、在整包層面結(jié)構(gòu)件減少、成組簡單等因素，大圓柱電池在整體成本上具備一定優(yōu)勢；

3）續(xù)航：大圓柱電池的高安全上限使得其可以支持高鎳三元、硅基負極等更為激進、更高能量密度的化學(xué)體系，據(jù)特斯拉數(shù)據(jù)，相比21700電池，4680電池的單體電芯容量提高5倍，續(xù)航提高16%；

4）壽命：三元電芯雖然循環(huán)次數(shù)相對較少，但是因為高能量密度，能量吞吐量和日歷壽命高，因此其在使用壽命上并不存在劣勢；

5）快充：采用無極耳技術(shù)，縮短了電子電流在電池中的移動距離，從而大幅提高充電速度。除了車用領(lǐng)域之外，大圓柱電池有望加速滲透戶用儲能領(lǐng)域。按照正極化學(xué)材料的不同，當前鋰離子電池有鎳鈷錳三元和磷酸鐵鋰兩條主流技術(shù)路線。三元電池的能量密度更高，但穩(wěn)定性和耐用性較差，通常用來滿足電動汽車的長續(xù)航要求；磷酸鐵鋰電池的安全性更高，但能量密度偏低、成本低，更適用于儲能領(lǐng)域。其中戶用儲能市場對容量、便攜的需求不同，進而對電芯靈活串并聯(lián)的要求更高，以磷酸鐵鋰材料為主的大圓柱電池憑借其靈活成組優(yōu)勢在戶用儲能領(lǐng)域性能凸顯，包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、中比新能源、時代聯(lián)合等電池企業(yè)均陸續(xù)推出了針對戶用儲能市場的大圓柱磷酸鐵鋰電池。車企、電池廠量產(chǎn)在即，動力市場率先發(fā)力特斯拉率先提出4680電池在車系內(nèi)規(guī)?；褂?，帶動多家車企紛紛跟進。截至目前，寶馬、沃爾沃、Stellantis、通用、東風(fēng)嵐圖、江淮汽車、保時捷、蔚來等國內(nèi)外多家車企已公開宣布將使用或考慮使用大圓柱電池。以寶馬為例，其在2022年9-10月分別與億緯鋰能、寧德時代、遠景動力達成46系圓柱電池供貨協(xié)議，總體規(guī)模達110GWh，按照純電動汽車動力電池容量在60-90kWh范圍計算，滿產(chǎn)后裝車輛將超過110萬輛。從特斯拉

2020年9月電池日發(fā)布4680電池，海內(nèi)外電池巨頭都在加速推進大圓柱電池的研發(fā)和生產(chǎn)。2023年1月，特斯拉宣布擴產(chǎn)100GWh的4680電池，隨著良率提升，預(yù)計上半年將從小規(guī)模試制轉(zhuǎn)向量產(chǎn)放量。其余國外企業(yè)，如松下在2022年5月已經(jīng)開始小量試產(chǎn)4680電芯，并且計劃將從2023年4月起進入大規(guī)模量產(chǎn)作業(yè)，屆時將可供應(yīng)特斯拉預(yù)計每年10GWh容量的4680電芯，大約可提供15萬輛電動車使用。國內(nèi)企業(yè)如億緯能于2022年9月9日，收到寶馬集團定點信，將為德國寶馬集團NeueKlasse系列車型提供大圓柱鋰離子電芯總供應(yīng)量40GWh，預(yù)計最快今年Q2實現(xiàn)量產(chǎn)。戶用儲能有望推動大圓柱電池加速量產(chǎn)戶用儲能未來幾年需求仍有望高增長。戶用儲能電池技術(shù)路線以磷酸鐵鋰為主，主要包括方形、軟包及圓柱等不同類型電池，其中方形以50Ah-100Ah為主，軟包為30Ah-80Ah，圓柱為10Ah-50Ah。根據(jù)高工鋰電發(fā)布的調(diào)研統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022年中國儲能鋰電池出貨量達到130GWh，同比增長高達170.8%，其中戶用儲能領(lǐng)域增速最為顯著，同比增長超過3.5倍。我們預(yù)計到2027年，全球大圓柱戶儲電池裝機量將達到21.7GWh，2023-2027年復(fù)合增長率可達168.0%。大圓柱磷酸鐵鋰電池備受戶用儲能市場的青睞。目前，戶用儲能系統(tǒng)容量正從3kWh-5kWh向5kWh-20kWh迭代，儲能系統(tǒng)的升級對電池容量、成本、功率以及安全性提出了更高的要求。大圓柱電池得益于無極耳技術(shù)、制造工藝和材料體系優(yōu)化，在單體容量、成本、性能、循環(huán)和安全方面優(yōu)勢明顯，例如大圓柱電池采用的磷酸鐵鋰材料本身具備較高的安全性，同時大圓柱電池采用高強度鋼殼設(shè)計，受極組膨脹影響形變小、抗沖擊、可靠性更高。結(jié)合市場需求和技術(shù)迭代來看，大圓柱電池發(fā)展趨勢明顯，目前相關(guān)企業(yè)正積極針對大圓柱儲能電池展開研發(fā)工作，致力于將大圓柱電池的循環(huán)壽命向5000次甚至更高次數(shù)瞄準。多家企業(yè)密集布局大圓柱磷酸鐵鋰儲能電池。2023年1月24日，特斯拉首次確認不僅會將4680電池用在電動汽車上，還會將其拓展到儲能領(lǐng)域，例如戶儲電池Powerwall。國內(nèi)包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、航天鋰電等不少電池企業(yè)自2022年已經(jīng)規(guī)劃或開始布局適用于儲能市場的磷酸鐵鋰大圓柱電池。億緯鋰能針對戶儲市場推出了40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池。鵬輝能源推出的40135型號大圓柱磷酸鐵鋰電池已收到客戶訂單，適用于便攜儲能、戶用儲能等多領(lǐng)域。此外，時代聯(lián)合、中比新能源、華立源和博立威等企業(yè)都在通過做大圓柱電芯尺寸來降低成本，進而滿足戶用儲能電池應(yīng)用場景需求。預(yù)計27年全球大圓柱電池裝機量有望達到429GWh我們預(yù)計2027年全球大圓柱電池裝機量有望達到429.0GWh，對應(yīng)總體市場規(guī)模將達到2144.8億元，2023-2027年CAGR為110.7%。測算假設(shè)與過程如下：

1.動力電池需求假設(shè)：短期來看，46系大圓柱電池的需求主要由特斯拉、寶馬等車企拉動增長，按照相關(guān)車企對46系大圓柱電池的需求規(guī)劃，我們預(yù)計2027年全球46系大圓柱電池裝機量有望達到407.3GWh，對應(yīng)市場規(guī)模2036.6億元。2.儲能電池需求假設(shè)：據(jù)高工鋰電統(tǒng)計，2021年全球戶儲電池裝機量約6.4GWh，2022年全球戶儲電池裝機量約為25.4GWh，我們預(yù)計2027年全球戶用儲能電池裝機量可達240.6GWh。根據(jù)目前各企業(yè)在大圓柱戶儲電池領(lǐng)域的布局情況，我們預(yù)計到2027年大圓柱電池在全球戶用儲能領(lǐng)域的滲透率可達到9%，對應(yīng)全球大圓柱戶儲電池裝機量為21.7GWh，2023-2027年CAGR可達168.0%。3.單GWh電池價值量假設(shè)：三元動力鋰電池在2020年底價格為0.9-0.94元/Wh，我們預(yù)計隨著鋰電池原材料價格下降及電芯能量密度提升，單GWh電池價值量也將逐年下降，到2027年高鎳三元動力電池的售價有望下降到0.5元/Wh；儲能鋰電池在2020年單價為0.85元/Wh，我們預(yù)計到2027年其單價有望下降到0.5元/Wh。大圓柱電池產(chǎn)業(yè)鏈：化學(xué)材料端變化小，主要改變在結(jié)構(gòu)件/工藝結(jié)構(gòu)件和工藝方面，隨著產(chǎn)業(yè)化放量大潮將近，相關(guān)電池公司擴產(chǎn)意愿逐漸明朗，極耳激光切割、揉平、激光焊接等設(shè)備環(huán)節(jié)面臨著升級需求，以激光設(shè)備和激光器為代表的設(shè)備有望率先受益，同時由于電池結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜程度提高，單體價值量隨之提升，圍繞特斯拉

產(chǎn)業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)零件和零件材料公司有望受益?；瘜W(xué)材料方面，技術(shù)創(chuàng)新使得大圓柱電池具備更高的安全上限，相比于21700電池，大圓柱電池可以適配高鎳正極、硅基負極等更高能量密度的化學(xué)體系，從而充分發(fā)揮其優(yōu)勢，這進一步推動了大圓柱電池材料體系的更新：為解決硅基負極的膨脹問題，導(dǎo)電劑需要使用單壁碳納米管；為適配正極高鎳化，需要提升新型鋰鹽LiFSI的用量比例。設(shè)備廠：突破量產(chǎn)瓶頸核心環(huán)節(jié)，亟需產(chǎn)品、工藝升級大圓柱電池現(xiàn)階段的量產(chǎn)瓶頸主要來自工藝層面，亟需聯(lián)合鋰電設(shè)備企業(yè)進行產(chǎn)品和工藝升級。大圓柱電池的無極耳創(chuàng)新技術(shù)在極耳模切、揉平、無極耳與集流盤激光焊接等工藝環(huán)節(jié)增加了較多難點，直接影響了4680電池的良品率，導(dǎo)致電池規(guī)模量產(chǎn)困難。實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)需達到90%以上的良率，這僅靠電芯企業(yè)開發(fā)設(shè)計大圓柱電池裝配段難以實現(xiàn)，還需要聯(lián)合鋰電設(shè)備企業(yè)進行產(chǎn)品升級和工藝革新，從而實現(xiàn)良率突破，以達到規(guī)模量產(chǎn)要求。極耳模切/卷繞：部分設(shè)備企業(yè)致力于打造激光模切卷繞一體化，新產(chǎn)品技術(shù)迭代加快。無極耳結(jié)構(gòu)對激光切割的速度、精度提出更高的要求，也增加了卷繞環(huán)節(jié)的難度，其中卷繞張力控制、卷繞速度及效率都是影響電池產(chǎn)品良率的關(guān)鍵。部分企業(yè)從設(shè)備集成化著手，通過結(jié)構(gòu)和功能的創(chuàng)新設(shè)計，將激光切割設(shè)備、卷繞設(shè)備、極耳成型結(jié)構(gòu)集成，大幅節(jié)約占地面積，并降低了成本和能耗。目前，易鴻智能激光模切卷繞一體機已應(yīng)用于頭部動力電池企業(yè)產(chǎn)線，其在張力精度控制、線速度適當匹配等均處于行業(yè)優(yōu)勢地位。贏合科技的激光切卷繞一體機產(chǎn)品可以有效解決模切制片毛刺大、效率低、除塵不徹底、一致性不好等行業(yè)痛點，目前已開始向特斯拉、LG等頭部企業(yè)供貨。極耳揉平：無極耳揉平工藝產(chǎn)生新需求。在大圓柱電池制造工藝中，無極耳電芯卷繞后通常端部不平整且有較多毛刺，為避免電芯入殼時對電池外殼的內(nèi)側(cè)壁造成刮傷，需對電芯端部進行揉平處理，待電池卷芯的斷面平整后再與集流體焊接。傳統(tǒng)的揉平方法是通過揉平機的揉平頭直接接觸在無極耳上，隨著揉平頭的自轉(zhuǎn)靠近無極耳后，碾轉(zhuǎn)帶動無極耳揉平在卷繞電芯的端部，然而這種傳統(tǒng)的揉平方法存在以下問題：1）揉平速度過快時，極片容易外翻；2）揉平時候容易產(chǎn)生較多金屬屑，導(dǎo)致內(nèi)部短路；3）揉平時由于摩擦容易產(chǎn)生大量粉塵。新型無極耳揉平技術(shù)有望打開新的市場空間。目前，逸飛激光通過創(chuàng)新開發(fā)的行星式揉平整形技術(shù)，在正負極集流體許用應(yīng)力范圍值內(nèi)，實現(xiàn)了無極耳高速、無損成型，嚴格控制了因摩擦導(dǎo)致集流體受損、破裂產(chǎn)生的粉塵與顆粒。驕成超聲采用的超聲波揉平設(shè)備具有所需壓力小、揉平過程變形小、箔材緊密程度高、需要能量小，瞬間功率小等特點，近年來已與寧德時代、比亞迪、億緯鋰能等鋰電頭部企業(yè)建立了良好的合作關(guān)系。激光焊接：設(shè)備有望實現(xiàn)單體價值量提升，并受益于大圓柱電池放量，迎來量價齊升。無極耳圓柱電池規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用的核心在于通過激光焊接實現(xiàn)集流體與集流盤、正負極蓋板的全面積焊接。極耳數(shù)量的增加對焊接的精度、質(zhì)量、一致性提出了更高的要求，促使激光工藝設(shè)備從傳統(tǒng)電池的脈沖激光器點焊，轉(zhuǎn)變?yōu)?680的連續(xù)激光焊接設(shè)備，激光焊接工序從5道增加至7道。單顆方形電池的電池容量約為150-250Ah，而單顆4680電池的電池容量僅為25Ah，生產(chǎn)一臺特斯拉

ModelY需要約960顆4680電池。因此無論從單體電芯層面，還是從所需電池總數(shù)層面，4680電池技術(shù)帶來的焊點數(shù)量相較傳統(tǒng)電池均增加約5倍，即生產(chǎn)單GWh的4680電池相較于18650和21700電池產(chǎn)線增加5臺焊接設(shè)備。結(jié)構(gòu)件：行業(yè)壁壘提升，龍頭企業(yè)受益動力電池精密結(jié)構(gòu)件是鋰電池的主要構(gòu)成部分，包括電芯外殼頂蓋、鋁/鋼外殼、連接片和安全結(jié)構(gòu)件等。動力電池結(jié)構(gòu)件主要起到傳輸能量、承載電解液、保護安全性、固定支承電池等作用，直接影響電池的安全性、密封性、能量密度等。大圓柱電池由于尺寸增大、能量密度提高、使用環(huán)境復(fù)雜化，其安全方面的隱患也在增加，因此對動力鋰電池結(jié)構(gòu)件公司的持續(xù)創(chuàng)新、產(chǎn)品更新?lián)Q代速度、研發(fā)能力等提出了更高的標準。4680大圓柱電池結(jié)構(gòu)件相較于18650、21700電池技術(shù)壁壘更高，相應(yīng)的價值量和毛利率更高。一方面，為了適配CTC技術(shù)，4680電池結(jié)構(gòu)件需要起到結(jié)構(gòu)支撐的作用，因此4680電池的壁厚相較于21700電池有所增加（21700電池壁厚約為0.3mm，4680電池壁厚約為0.6mm），需要采用預(yù)鍍鎳鋼帶增加強度。另一方面，鍍鎳鋼殼的加工性相比鋁殼更弱，容易在沖壓過程中產(chǎn)生鍍層破裂等現(xiàn)象，因此對沖壓設(shè)備的精度、沖壓力及最大拉伸高度等加工能力提出了更高的要求，技術(shù)難度有所增加。目前各廠商設(shè)計的4680電池結(jié)構(gòu)件不同，屬于非標件。當前各家企業(yè)設(shè)計的4680電池結(jié)構(gòu)件均存在一定差異，進而導(dǎo)致不同設(shè)計下殼體和蓋帽的價值量也存在一定差異。例如，根據(jù)特斯拉

4680電池的專利說明，電池的上、下表面均與電池側(cè)面殼體機械連接；而根據(jù)LG

新能源的4680電池專利說明，電池的上表面獨立組裝，下表面與側(cè)面合為一體。殼體：DWI新型工藝運用于大圓柱電池殼體制造，兼具成本和效率優(yōu)勢。DWI（即DrawandWallIroning）是易拉罐生產(chǎn)線特有的核心工藝，目前也應(yīng)用于鋰電池殼生產(chǎn)領(lǐng)域，本質(zhì)上是一種超薄金屬減薄拉伸工藝，可以使電池組織結(jié)構(gòu)更緊密，在大圓柱電池上有較大的應(yīng)用潛力。在產(chǎn)品生產(chǎn)速率方面，相較于傳統(tǒng)電池殼體生產(chǎn)方式，DWI工藝可以實現(xiàn)高速生產(chǎn)，生產(chǎn)速度可達目前市場傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的10倍左右。在電池殼體品質(zhì)方面，能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量較高的一致性，同時能提高電池殼體的表面光潔度，板材利用率較傳統(tǒng)方式提升15-20%。目前，斯萊克是亞洲唯一易拉罐設(shè)備廠商，憑借易拉罐獨有DWI技術(shù)，未來在與傳統(tǒng)電池殼企業(yè)競爭中有潛力占據(jù)優(yōu)勢。蓋帽：4680電池采用全新適配無極耳設(shè)計的蓋帽，防爆設(shè)計提升電池的安全性能。動力鋰電池的防爆設(shè)計是關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量、安全的最重要因素，因此需要對動力鋰電池結(jié)構(gòu)件進行合理工藝研發(fā)，合理設(shè)置安全閥，對電池泄壓及泄壓前斷電情況進行管理?，F(xiàn)有技術(shù)中裝有頂蓋的電池蓋帽在內(nèi)部壓力過大時容易引起電池短路的風(fēng)險。無極耳圓柱電池的蓋帽去除了頂蓋的設(shè)計，外部電連接件可以直接連接在鋁質(zhì)的防爆閥的連接部上，減小了接觸電阻，同時通過設(shè)置防爆閥的連接部和防爆部的厚度，當電池內(nèi)部氣壓過大，沖破防爆閥上的破裂刻線，使得氣流順利排出，確保電池的安全性。結(jié)構(gòu)件龍頭企業(yè)有望受益。動力電池精密結(jié)構(gòu)件由于技術(shù)壁壘高、驗證周期長，對行業(yè)潛在競爭者構(gòu)成了較高的壁壘，市場集中度較高。我們預(yù)計4680電池的產(chǎn)業(yè)趨勢將推動動力電池結(jié)構(gòu)件市場的迅速發(fā)展，越來越多中小企業(yè)將被市場淘汰，市場集中度有望進一步提升，行業(yè)龍頭科達利、斯萊克等具備全球競爭力的結(jié)構(gòu)件企業(yè)將有望受益。目前，科達利的4680電池結(jié)構(gòu)件處于批量生產(chǎn)階段，主要供給歐美客戶，將根據(jù)客戶的實際需求來規(guī)劃產(chǎn)能并配套生產(chǎn)。斯萊克大圓柱鋼殼的主要設(shè)備都已經(jīng)準備就緒，并完成了自動化高速生產(chǎn)線組合，現(xiàn)在正在進行小批量試生產(chǎn)，未來將根據(jù)下游客戶的量產(chǎn)情況進行正式生產(chǎn)。隨著未來CTP或者CTC的普及，系統(tǒng)的集成度越來越高，將會加大膠的用量，CTP預(yù)計用量水平翻倍。pack里面常見的膠分三種：導(dǎo)熱膠，結(jié)構(gòu)膠，密封膠。用量最大的是結(jié)構(gòu)膠，凝固之后能夠提供一定強度，作為結(jié)構(gòu)支撐；導(dǎo)熱膠用來傳導(dǎo)電芯或模組之間的發(fā)熱，與水冷系統(tǒng)接觸；密封膠水在接口密封，價值量含量最低。涂膠的難點是電池制造環(huán)境，核心是涂膠路徑和工藝參數(shù)的設(shè)計。一般導(dǎo)熱膠優(yōu)先涂在底部，結(jié)構(gòu)膠涂抹根據(jù)設(shè)計來定。伴隨電池包結(jié)構(gòu)的變化，水冷系統(tǒng)也隨之發(fā)生變化，一是水冷板從之前的單一結(jié)構(gòu)變成集成化結(jié)構(gòu)；二是電池之間增加云母板或隔熱墊，在整個熱管理系統(tǒng)中發(fā)揮其絕緣性強、耐高溫的作用。預(yù)鍍鎳：三元大圓柱電池結(jié)構(gòu)件主流材料路線，國產(chǎn)替代進行時預(yù)鍍鎳替代后鍍鎳應(yīng)用于大圓柱電池圓柱電池通常采用鍍鎳的方式保護鋼殼的鐵基體。目前鋰離子電池按外殼材料可以劃分為鋼殼、鋁殼和軟包三種類型。圓柱形鋰電池一般采用鋼殼作為外殼材料，因為鋼制材料的物理穩(wěn)定性、抗壓力遠高于鋁殼材質(zhì)，且在各廠家的設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，鋼殼鋰電池的安全性相對更高。為了防止電池正極活性材料對圓柱鋼殼的氧化，生產(chǎn)企業(yè)通常采用鍍鎳的方式來保護鋼殼的鐵基體。預(yù)鍍鎳憑借性能優(yōu)勢，將替代后鍍鎳應(yīng)用于大圓柱電池領(lǐng)域。根據(jù)鍍鎳環(huán)節(jié)所處順序的不同，圓柱電池鋼殼可分為預(yù)鍍鎳鋼殼和后鍍鎳鋼殼。由于工藝原因，后鍍鎳材料內(nèi)的鍍層厚薄不均勻，且存在防腐問題，易導(dǎo)致安全缺陷。預(yù)鍍鎳采用先鍍鎳再沖殼的工藝，通過高溫融合滲透，使得鎳和鋼基帶融合形成鎳鐵合金層，一方面可以更加精確地控制鍍層的厚薄以實現(xiàn)輕量化，另一方面可以大大提升沖壓后電池殼的一致性、耐腐蝕性、氣密性等關(guān)鍵指標，滿足高端鋰電池的性能需求。預(yù)鍍鎳鋼帶拉伸過程減薄量大、一致性高，對沖壓要求高。預(yù)鍍鎳鋼帶在沖壓成鋼殼過程中會隨鋼帶延伸，鎳層的減薄量接近鋼帶的減薄量，以0.25mm厚度鋼帶沖LR06型號鋼殼為例，其在最薄位置減至0.18mm，減薄量為72%。通過對鋼殼不同位置的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鍍層的減薄量約為71%。同時相比后鍍鎳，預(yù)鍍鎳材料可以提升內(nèi)側(cè)面鍍層的均勻性，提高產(chǎn)品品質(zhì)，因此預(yù)鍍鎳鋼帶對沖壓的要求更高，需要用高硬度的鎢鋼合金材料制成專用模具，否則容易造成模具損壞、鋼殼損傷及裂紋等現(xiàn)象。國內(nèi)企業(yè)逐步發(fā)力，逼近進口產(chǎn)品水平全球預(yù)鍍鎳主要廠家包括日系的東洋、新日鐵，韓系的TCC以及歐洲的塔塔。目前海外公司在2024年前均沒有明確的大幅擴產(chǎn)計劃，結(jié)合東方電熱的公告等信息，我們認為：1）下游需求有限，目前市場容量還不夠大，全球預(yù)鍍鎳材料實際需求僅為20余萬噸，大圓柱電池的放量尚需要時間；2）海外企業(yè)項目建設(shè)流程相比國內(nèi)更長，一般在兩年以上；3）成本方面，盡管海外企業(yè)尤其是日企公司在2022年已經(jīng)大幅上調(diào)預(yù)鍍鎳售價，然而利潤并沒有得到明顯提升，對控制成本沒有明確的把握。我們認為國內(nèi)企業(yè)有望抓住4860電池放量機會來獲取預(yù)鍍鎳市場份額。國內(nèi)技術(shù)層面差距縮小至持平。以東方電熱的預(yù)鍍鎳產(chǎn)品在力學(xué)性能方面與新日鐵產(chǎn)品的對比為例，兩者產(chǎn)品原本在鍍層均勻度上有少許差距，經(jīng)過工藝改進后，該差距已經(jīng)很小。力學(xué)性能的好壞主要對產(chǎn)品的沖制過程產(chǎn)生影響，例如產(chǎn)品是否會出現(xiàn)卡磨具、沖裂、劃傷、掉屑等情況，目前公司生產(chǎn)的預(yù)鍍鎳產(chǎn)品在品質(zhì)方面和進口產(chǎn)品相比基本沒有差別。國內(nèi)企業(yè)客戶結(jié)構(gòu)良好。以東方電熱為例，根據(jù)公司投資者關(guān)系活動記錄表，其在預(yù)鍍鎳領(lǐng)域的直接客戶為結(jié)構(gòu)件公司，如東山精密、科達利等，其全資子公司東方九天目前正在建設(shè)一個年產(chǎn)2萬噸的鋰電池預(yù)鍍鎳鋼基帶項目，計劃今年上半年實現(xiàn)滿產(chǎn)。2022年9月，東方電熱發(fā)布公告稱，公司及全資子公司東方九天與東山精密簽訂框架合作協(xié)議，東山精密承諾向東方電熱采購總量不低于5萬噸鋰電池鋼殼預(yù)鍍鎳鋼基帶，產(chǎn)品合同金額約為11億元。此外，公司對江蘇海四達及LG中國的供應(yīng)商樂通、日光、科達利都有送樣，并且已經(jīng)通過送樣檢驗。國產(chǎn)替代潛力大。國內(nèi)廠商已經(jīng)開始積極布局預(yù)鍍鎳，東方電熱目前已有3500噸預(yù)鍍鎳產(chǎn)量，其2萬噸預(yù)鍍鎳產(chǎn)線已試車成功，并預(yù)計將于今年下半年具備達產(chǎn)能力，公司預(yù)計今年預(yù)鍍鎳鋼基帶出貨目標為1.5-2萬噸。從公司目前生產(chǎn)產(chǎn)品的整體質(zhì)量指標來看，已經(jīng)和進口材料基本一致。目前國內(nèi)廠商正在積極擴產(chǎn)，預(yù)計未來產(chǎn)品規(guī)?；髸钩杀鞠陆?，疊加國內(nèi)廠商的質(zhì)量提升，國產(chǎn)替代指日可待。預(yù)鍍鎳未來市場空間廣闊我們假設(shè)未來用在動力領(lǐng)域和戶用儲能領(lǐng)域的大圓柱電池均采用預(yù)鍍鎳材料，隨著大圓柱電池的放量，預(yù)鍍鎳將迎來持續(xù)增長。我們預(yù)計到2027年全球預(yù)鍍鎳總體需求量有望達到59.6萬噸，對應(yīng)市場空間達到95.3億元。同時，我們預(yù)計大圓柱電池將是未來預(yù)鍍鎳的主要增量，消費電子產(chǎn)品市場需求量將保持小幅增長至穩(wěn)定水平。正極：高鎳三元是發(fā)展趨勢高鎳動力電池即將進入9系時代。動力電池的主流體系是三元電池，其正極材料體系主要包括NCM532、NCM622、NCM811和NCA等，然而這些正極材料中的鈷含量較高帶動電池成本升高。各企業(yè)為實現(xiàn)降低電池成本、提升電池能量密度，致力于提升正極材料中的正極材料的鎳含量以降低鈷含量。其中，鎳含量高達90%及以上的NCM9系、NCA9系和NCMA電池可以將鈷含量降低至10%以下，成為眾多電池企業(yè)的主要研發(fā)對象，然而9系高鎳電池的工藝難度更高，對電池企業(yè)的生產(chǎn)工藝控制和材料體系優(yōu)化提出了更高要求。目前，包括寧德時代、松下、LG

新能源、三星SDI、SKI等頭部企業(yè)已經(jīng)開始大規(guī)模量產(chǎn)供應(yīng)鎳含量超過80%的NCM和NCA電池，并加快超高鎳電池的研發(fā)進展。負極：硅基材料是重點方向硅基負極能有效提升電池能量密度，但規(guī)模應(yīng)用仍存在一定問題。目前商業(yè)化的鋰離子電池負極以人造/天然石墨為主，其比容量已經(jīng)達到365mAh/g，接近理論比容量極限372mAh/g，而硅理論比容量高達4200mAh/g，是石墨類負極材料的10倍以上，安全性好于石墨類負極材料，且儲量豐富，成本低廉，是最具潛力的下一代鋰電池負極材料。然而硅基負極要實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，還存在一些關(guān)鍵問題：1）充放電過程中，硅的體積會發(fā)生100％-300％的膨脹，造成硅負極材料產(chǎn)生裂紋直至粉化；2）當負極處于低電位時，有機電解質(zhì)會在負極表面進行分解，產(chǎn)生的物質(zhì)在電極表面沉積形成SEI膜，阻止電池副反應(yīng)的發(fā)生；

3）硅的導(dǎo)電性能較差，在高倍率下不利于電池容量的有效釋放。硅基負極可通過硅碳復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)設(shè)計、氧化亞硅負極材料等進行改性，以解決體積效應(yīng)、維持SEI膜穩(wěn)定并提高首次庫倫效率。硅碳復(fù)合材料通過將硅基負極與不同的碳源復(fù)合，可以顯著改善硅基材料的性能，其中復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計對提高材料的性能同樣至關(guān)重要。氧化硅