4680電池行業系列報告（一）：集新設計新技術于一身引領產業變革-220228（32頁）.pdf

1、2022年年2月月28日日4680電池系列報告（一）電池系列報告（一）集新設計新技術于一身，引領產業變革集新設計新技術于一身，引領產業變革中中信信證券研究部證券研究部 新能源汽車新能源汽車/能源化工能源化工/有色金屬有色金屬/主題策略主題策略/機械機械袁健聰袁健聰/王喆王喆/敖翀敖翀/劉易劉易/劉海博劉海博/李鷂李鷂/吳威辰吳威辰/滕冠興滕冠興/劉沛顯劉沛顯/汪浩汪浩/黃耀庭黃耀庭/柯邁柯邁1 1核心觀點核心觀點4680電池采用新設計新構型電池采用新設計新構型，良率突破是量產關鍵良率突破是量產關鍵。相比2170電池單極耳結構，4680電池采取了全極耳+集流盤的設計，同時主流方案采取殼體槽底處打

2、孔放正極柱、殼體槽口用蓋板激光焊封口的新構型。在加工工序方面，4680電池比2170電池增加了極耳模切、揉平、激光焊集流盤、開口化成、激光焊蓋板的工序。目前特斯拉1月已自產100萬顆4680電池，平均良率達92%，最高良率達97%，良率已達可量產水平。特斯拉打出特斯拉打出4680電池電池“組合拳組合拳”，國內外頭部電池供應商跟進國內外頭部電池供應商跟進。特斯拉圍繞4680電池打出“大電芯+全極耳+高鎳高硅+CTC”的“組合拳”，同時實現了1）續航長：4680能量密度提升20%；2）充電快：全極耳優化了電池的熱電性能，可承受4C以上高倍率電流；3）成本低：大電池+高能量密度攤薄單Wh成本。另外，

3、4680由于其熱安全性能更優、內應力分布均勻的優勢，較方形更適配高鎳高硅體系，我們預計中低端車將多應用磷系方形+CTP方案，高端車將多應用高鎳高硅4680+CTC方案。此外，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布局4680電池。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電池技術為高能量高倍率主輔材應用帶來強驅動電池技術為高能量高倍率主輔材應用帶來強驅動，為為結構件和結構件和設備升級帶來新機遇設備升級帶來新機遇。此前由于補貼退坡帶來降本訴求、安全性問題凸顯，主輔材向高能量高倍率方向升級速度放緩，4680電池有望成為新的升級驅動。高鎳正極、

4、硅碳負極、補鋰劑、碳納米管、LiFSI、PVDF等主輔材滲透率/用量有望提升。結構件方面，由于4680采用新構型設計，制造門檻提升，使結構件轉向定制化、殼體+蓋板成套采購，格局優化同時單品價值量提升。設備方面，激光模切、激光焊等工序用量增加、高精度要求提升相關設備價值量，頭部電池廠規劃新產能有釋放訂單。殼體沖壓設備有望實現國產替代。投資投資建議：建議：特斯拉4680電池已實現量產，有望引領產業變革。目前主流電池廠紛紛跟進，預計2023年迎來爆發。推薦4680布局領先的電池企業：寧德時代、億緯鋰能；推薦受益4680電池爆發需求提升主輔材供應商：中偉股份（高鎳）、當升科技（高鎳），璞泰來（硅碳）、

5、杉杉股份（硅碳）、德方納米（補鋰劑）、科達利（殼體）、天奈科技（碳納米管）、天賜材料（LiFSI）、新宙邦（LiFSI），建議關注貝特瑞（高鎳+碳納米管）、芳源股份（高鎳）、斯萊克（殼體）、海目星（激光模切設備）、聯贏激光（激光焊設備）、寧波精達（沖壓設備）。風險風險因素：因素：4680良率爬升不及預期，原材料降本不及預期，新能源汽車銷量不達預期。8Y8VwVhUnVeVyXmNpOoObR9R7NtRmMnPpNlOmMnOlOqQrQ9PoPoOuOoNsRwMsOsQ目錄目錄CONTENTS21.1. 46804680電池采用新設計新構型，良率突破是量產關鍵電池采用新設計新構型，良率突破

6、是量產關鍵2.2. 特斯拉打出特斯拉打出46804680電池“組合拳”，國內外頭部電池供應商電池“組合拳”，國內外頭部電池供應商跟進跟進3.3. 46804680電池電池技術技術驅動驅動高高能量高倍率主輔能量高倍率主輔材應用，材應用，為結構件和設備升級帶來新為結構件和設備升級帶來新機遇機遇4.4. 投資建議與風險因素投資建議與風險因素31. 4680電池采用新設計新構型，良率突破是量產關鍵電池采用新設計新構型，良率突破是量產關鍵I.I.什么是什么是46804680？為什么為什么是是46804680？II.II. 46804680目前兩種目前兩種結構方案對比結構方案對比III.III.46804

7、680與與21702170的生產流程的生產流程差異及良率提升關鍵差異及良率提升關鍵4 4什么什么是是4680？資料來源：特斯拉電池日188650、2170、4680電池尺寸及能量密度對比電池尺寸及能量密度對比4680電池電池，即直徑即直徑46mm，高高80mm的電池的電池。于于2020年年9月的特斯拉電池日首次公開發布月的特斯拉電池日首次公開發布，相較于特斯拉此前采用的相較于特斯拉此前采用的2170電池電池，4680電池的電芯容量是其電池的電芯容量是其5倍倍，能夠提高相應車型能夠提高相應車型16%的續航里程的續航里程，輸出功率輸出功率6倍于倍于2170電池電池。5 5為什么為什么是是4680？

8、資料來源：特斯拉電池日圓柱電池尺寸與性能變化46：從：從21mm到到46mm，系增加單體電池尺寸可攤薄非活性物質占比系增加單體電池尺寸可攤薄非活性物質占比，降低固定成本和降低固定成本和BMS管理難度管理難度，46mm之后熱管之后熱管理難度增加理難度增加，降本收益為負降本收益為負，故故46mm即為增大電芯尺寸后降本程度最大的最即為增大電芯尺寸后降本程度最大的最優點優點80：80mm的高度相較此前的高度相較此前70mm有所增加有所增加，可在徑向散熱不惡化的情況下增大單體容量可在徑向散熱不惡化的情況下增大單體容量。一般因一般因各家底盤設計各家底盤設計而異而異，例如寶馬采用例如寶馬采用46956 6兩

9、種兩種46804680方案對比方案對比4680目前兩種結構方案對比目前兩種結構方案對比資料來源：國家專利局，GGII，中信證券研究部7 7傳統傳統方案方案負極耳所在一端朝向鋼殼槽底面；正極耳從開口端引負極耳所在一端朝向鋼殼槽底面；正極耳從開口端引出出，與正極端子焊接連接與正極端子焊接連接采用脈沖激光穿透焊采用脈沖激光穿透焊，將鋼殼基底通過凹槽與負極全將鋼殼基底通過凹槽與負極全極耳焊接連接極耳焊接連接優勢：無負極集流盤的結構不占用鋼殼高度方向上的優勢：無負極集流盤的結構不占用鋼殼高度方向上的空間空間，提高空間利用率提高空間利用率劣勢：當電池壁厚增加劣勢：當電池壁厚增加，穿透焊難以將極耳與殼體底穿

10、透焊難以將極耳與殼體底部焊接牢靠部焊接牢靠，中信證券研究部8 8新方案新方案正極集流盤直接焊接到正極柱正極集流盤直接焊接到正極柱，正極柱卡在殼體槽底的開口上正極柱卡在殼體槽底的開口上，之間設有絕緣之間設有絕緣密封件密封件電芯為全極耳結構電芯為全極耳結構，兩端面分別和正兩端面分別和正、負極集流盤連接負極集流盤連接，極柱通過正極集流盤極柱通過正極集流盤和電芯電性連接和電芯電性連接，殼體和負極集流盤電性連接殼體和負極集流盤電性連接蓋板和殼體的槽口連接蓋板和殼體的槽口連接，蓋板上刻蝕有防爆線蓋板上刻蝕有防爆線正極集流盤負極集流盤正極集流盤 下絕緣膠圈 上絕緣膠圈固定環中絕緣膠圈正極柱 安裝凹槽殼體電芯

11、防爆線，中信證券研究部9 94680和和2170生產流程對比生產流程對比壓封壓封清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合攪拌攪拌輥壓輥壓涂布涂布注液注液烘干烘干底焊底焊滾槽滾槽化成化成干燥干燥入殼入殼排氣排氣分切分切卷繞卷繞分選分容分選分容卷封卷封+ +點焊點焊清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合攪拌攪拌輥壓輥壓涂布涂布注液注液烘干烘干入殼入殼滾槽滾槽開口化成開口化成干燥干燥焊集流盤焊集流盤+ +正極柱正極柱排氣排氣分切分切揉平揉平激光焊激光焊蓋板蓋板極耳模切極耳模切卷繞卷繞分選分容分選分容21702170獨有獨有46804680獨有獨有共有共有，特斯拉電池日，中信證券研究部10104680難點：新結構帶

12、來了工藝實現和一致性的挑戰，影響電池良率難點：新結構帶來了工藝實現和一致性的挑戰，影響電池良率涂布：涂布：全極耳涂布的弧形邊緣對設備的精密度要求更高（外圈比內圈留白越來越多，極耳長度越到外圈越長）極耳分切：極耳分切：工藝要求更高，如果邊不齊，造成極耳貼合出現縫隙激光激光焊：焊：全極耳與集流盤面焊，焊點增加（4680的焊點數量相比21700提高五倍以上），容易造虛焊或者溫度過高損傷隔膜揉平：揉平：產生金屬碎屑注液：注液：全極耳覆蓋后注液較難，影響連續生產留白處，用于全極耳切割涂布部分資料來源：GGII，中信證券研究部112.特斯拉打出特斯拉打出4680電池“組合拳”電池“組合拳”，全球全球頭部頭

13、部電池供應商跟進電池供應商跟進I.I.特斯拉：特斯拉：4680+4680+全極耳全極耳+ +高鎳高硅高鎳高硅+ +干電極干電極+CTC=+CTC=續航長、充電快、成本低續航長、充電快、成本低II.II. 產業鏈：產業鏈：RivanRivan、LucidLucid已用已用21702170，寶馬立項，全球頭部電池廠入局，寶馬立項，全球頭部電池廠入局1212資料來源：特斯拉電池日，中信證券研究部特斯拉特斯拉4680電池有內在自洽的產業邏輯電池有內在自洽的產業邏輯4680+4680+全極耳全極耳高鎳高鎳+ +高硅高硅干電極干電極CTCCTC續航長、充電快、成本低續航長、充電快、成本低1313為什么為什

14、么要用全極要用全極耳？耳？打破了能量與功率密度不能同時提升的約束打破了能量與功率密度不能同時提升的約束電：電：減少減少電子電子流過路徑流過路徑，降低內阻降低內阻。2170電子在集流體里流過整個卷繞極片的展向長度電子在集流體里流過整個卷繞極片的展向長度，路徑約路徑約1000mm，按銅的電導按銅的電導率測算率測算，對應阻抗對應阻抗20m；4680全極耳的電芯中全極耳的電芯中，電子在集流體流過的路徑僅為軸向長度電子在集流體流過的路徑僅為軸向長度，即即80mm，對應阻抗對應阻抗2m熱：產熱方面熱：產熱方面，電阻減小電阻減小發熱發熱減少減少（全極耳電池發熱僅為單極耳的全極耳電池發熱僅為單極耳的1/5）；

15、散熱方面；散熱方面，沿徑向形成強導熱路徑沿徑向形成強導熱路徑，可在僅可在僅底部布置冷板底部布置冷板（原來原來2170是蛇形管冷卻側壁是蛇形管冷卻側壁），熱管理難度與熱管理難度與能耗降低能耗降低。綜上綜上，電電、熱能損失小熱能損失小，打破了打破了能量能量與與功率功率密度密度不能同時提升的約束不能同時提升的約束，實現實現續航長續航長、充電快充電快箔材發熱箔材發熱0資料來源：CommunicationPrediction of Thermal Issues for Larger Format 4680 Cylindrical Cells and Their Mitigation with Enhan

16、ced Current Collection(Thomas George Tranter等)，聯贏激光微信公眾號，中信1414為什么為什么要用全極要用全極耳？耳？工：工：2170/18650的極片上需要將留出空白區域給極耳的極片上需要將留出空白區域給極耳。全極耳可避免斑馬涂布全極耳可避免斑馬涂布，簡化工序簡化工序為什么全極耳沒有在為什么全極耳沒有在2170上得到大規模應用上得到大規模應用？彼時快充性能要求沒有現在高實際上，2170也有少數應用全極耳的案例，例如比克電池曾為一款跑車配套2170全極耳電池相比于4680，2170空間受限，不易操作；同時集流盤占到電池體積比例比4680高，影響能量密

17、度因此，大電池是全極耳的應用前提大電池是全極耳的應用前提單極耳極片全極耳極片資料來源：比克電池，中信證券研究部1515為什么為什么要用高鎳高硅？跟方形高鎳高硅要用高鎳高硅？跟方形高鎳高硅+CTP的方案有何區別的方案有何區別？從從原理上原理上看看，4680圓柱形電池只是一種封裝形式圓柱形電池只是一種封裝形式，不不限材料限材料體系體系。但但從從應用層面應用層面上上，高鎳高硅才能發揮出高鎳高硅才能發揮出4680大大圓柱圓柱較方形較方形熱性能更優熱性能更優、內應力分布均勻內應力分布均勻的優勢的優勢能量密度：由于圓柱形電池集成效率較方形低，即要做成相同能量密度的pack，圓柱形的單體能量密度必須要比方形

18、高。因此，要達到更高的pack能量密度，天然要求圓柱搭配高鎳。高鎳適配程度：圓柱比方形更適配高鎳。核心原因是方形高鎳為面接觸，且單體電池大，體心內產熱不易釋放，熱失控設計不好控制；另一方面，鐵鋰化學性質穩定，對散熱和熱失控要求較三元低，因此方形CTP非常契合鐵鋰體系的電池，充分發揮方形集成度高的優勢，但熱失控設計有難度的短板。4680+鐵鋰在乘用車上失去了4680的優勢，可能未來在二輪車、電動工具上有應用。此外，由于負極添加硅后會膨脹，圓柱形比方形內部應力分散更均勻，方形在此方案下容易造成顆粒破碎，影響性能和壽命。因此，為極致提升電芯能量密度選擇高硅方案搭配高鎳。電池形狀電池形狀系統實物圖系統

19、實物圖單體容量單體容量CTP/CTC集成效率集成效率單體散熱單體散熱熱失控防護難度熱失控防護難度內應力分布內應力分布方形100300Ah80%方形容易出現局部熱量積聚，且電芯內部熱量不易散出面接觸，與相鄰電池緊密接觸。單體容量大，熱失控后可燃物噴出方向不好控制彎角處內應力大4680圓柱25 Ah70%圓弧狀有利于散熱，全極耳結構下軸向散熱良好線接觸，與相鄰電池關聯度更小。單體容量小，采用預鍍鎳鋼殼+底部高效泄壓閥，更易做熱失控擴散防護設計軸向對稱結構，內部應力分布均勻中信證券研究部1616高鎳高硅高鎳高硅4680+CTC vs 磷系方形磷系方形+CTP？CTP是電芯廠向整車廠奪回是電芯廠向整車

20、廠奪回pack的產值的產值，CTC是整車廠向電芯廠搶話語權的手段是整車廠向電芯廠搶話語權的手段特斯拉自制電池特斯拉自制電池，除了掌握除了掌握CTC技術技術，還有向外采供應商壓價的作用還有向外采供應商壓價的作用因此因此，未來特斯拉的電池供應格局預計會出現：未來特斯拉的電池供應格局預計會出現：1）中低端：外采磷系方形中低端：外采磷系方形+CTP；2）高端：自供高端：自供+部分部分電池廠電池廠外供外供高高鎳高硅鎳高硅4680+CTC中低端：鐵鋰方形+CTP高端：高鎳高硅4680+CTC未來特斯拉中低端、高端電池供應格局未來特斯拉中低端、高端電池供應格局中信證券研究部1717低成本實現路徑低成本實現路

21、徑低成本低成本=大電芯攤薄非活性物質成本大電芯攤薄非活性物質成本+盡可能做高能量密度攤薄總體單盡可能做高能量密度攤薄總體單Wh成本成本+生產過程簡化節省成本生產過程簡化節省成本非活性物質成本非活性物質成本：以結構件為例，2170電池殼體+蓋帽2元，4680目前為10元左右，長續航M3需要用2170/4680電芯4400/960個，目前對應單車價值量8800/9600，因此單車電池結構件成本基本持平。后期量產后降價空間巨大（假設還能降本30%，單結構件就能比2170節省約2000元）。2170 vs 4680，Pack面積：2.7:2.57；Pack電量：95:82盡可能盡可能做高做高能量密度能

22、量密度：石墨+高鎳能量密度283wh/kg（vs LG2170 247wh/kg），硅碳+83系高鎳能量密度300wh/kg，91系目標350-400Wh/kg不同不同良率下能夠做到的單良率下能夠做到的單Wh成本成本：97%-98%的石墨+高鎳 vs 95%方形：0.65 vs 0.6。60%-70%良良率的率的4680為為0.8-0.9生產生產過程中節約的成本過程中節約的成本主要是前段的干電極技術主要是前段的干電極技術：將正負極顆粒與聚四氟乙烯（PTFE）粘結劑混合，使其纖維化，直接用粉末搟磨成薄膜壓到鋁箔或者銅箔上，制備出正負極片?？墒÷苑睆偷妮亯?、干燥等工藝，大幅簡化生產流程，提升生產效

23、率，節省成本4680主要對自動裝配線改動較大主要對自動裝配線改動較大，主要新增極耳揉主要新增極耳揉平和平和正負集流正負集流盤盤激光激光焊焊，單單GWh投資額投資額2.1億億，僅僅略低于略低于方形方形卷封卷封+ +點焊點焊清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合攪拌攪拌輥壓輥壓涂布涂布注液注液烘干烘干入殼入殼滾槽滾槽開口化成開口化成干燥干燥焊集流盤焊集流盤+ +正極柱正極柱排氣排氣分切分切揉平揉平激光焊激光焊蓋板蓋板極耳模切極耳模切卷繞卷繞分選分容分選分容：Insidev，中信證券研究部1818產業鏈如何跟隨？產業鏈如何跟隨？整整車車資料來源：特斯拉官網，中信證券研究部特斯拉特斯拉2021年全年交付量年

24、全年交付量94萬輛萬輛，同比同比+87%。2022年交付量年交付量目標增長目標增長+50%特斯拉德州和柏林工廠已經開始試生產，本季度德州工廠將交付首批搭載4680的Model Y；同時，特斯拉2022年2月19日在社交媒體上宣布，1月份已生產出第100萬塊4680電池此前在2020年的Battery Day上，特斯拉曾計劃到2022年電池產能達到100GWh，考慮到建設進度的延后，2022年有效產能約在5-10GWh美國造車新勢力美國造車新勢力Rivian和和Lucid Air均已應用均已應用2170電池電池，由三星由三星SDI供應供應，后續后續LG有望切入有望切入。寶馬集團亦有寶馬集團亦有4

25、695電池開發電池開發計劃計劃，將將在下一代車型上應用在下一代車型上應用區域區域工廠工廠生產車型生產車型當前產能當前產能當前配套供應商當前配套供應商是否自供電芯是否自供電芯北美FremontModel S/X100,000松下18654680試驗線北美NevadaModel 3/Y500,000松下2170-亞洲ShanghaiModel 3/Y450,000寧德方殼，LG 2170-歐洲BerlinModel Y試生產LG2170、寧德方殼4680在建北美TexasModel Y/ Cyber Truck試生產-4680在建1919特斯拉特斯拉46804680電池需求測算電池需求測算產量（萬

26、輛產量（萬輛）2019201920202020202120212022E2022E2023E2023E2024E2024E2025E2025E中國產Model 3(Model 3(中國產中國產) )0.10.113.613.628.428.44040525260606565三元2170%78%35%32%30%30%30%鐵鋰%22%65%68%70%70%70%Model Y(Model Y(中國產中國產) )20203535454553536060三元2170%35%32%30%三元4680%32%35%鐵鋰%65%68%70%68%65%Model QModel Q（中國產）中國產）12

27、1225253535鐵鋰%100%100%100%美國產Model3Model3303023.723.722.422.43030353540405050三元2170%100%100%100%100%98%90%85%鐵鋰%2%10%15%Model YModel Y7 720.120.13838454551515555三元2170%100%100%90%63%45%35%三元4680%10%35%45%50%鐵鋰%2%10%15%Model S/XModel S/X6.96.95.75.72.42.47 7101010.510.51111三元2170%100%100%50%50%0%0%三元4

28、680%50%50%100%100%Cyber truckCyber truck151521212828三元4680%100%100%100%Semi truckSemi truck2 23 34 4三元4680%100%100%100%歐洲產ModelYModelY1010303040405050三元2170%100%68%55%40%三元4680%30%37%45%鐵鋰%2%8%15%合計（萬輛）合計（萬輛）14.6 14.6 373750509393160160246246304304358358特斯拉特斯拉46804680電池需求（電池需求（GWhGWh）5.85.857.857.89

29、8.798.7127.6127.6資料來源：特斯拉官網，中信證券研究部測算注：按Model Y/Cyber truck/Semi Truck單車帶電量70/200/300 kWh測算2020產業鏈如何跟隨？產業鏈如何跟隨？電池電池廠廠對于特斯拉來說對于特斯拉來說，隨著隨著4680的推廣的推廣，將來在國內需要有兩三家代工廠來實現更大的產能將來在國內需要有兩三家代工廠來實現更大的產能各各大電池廠跟進布局大電池廠跟進布局4680電池電池，2023年有望迎來爆發元年年有望迎來爆發元年海外：特斯拉2020年9月率先公布，將于2022Q1開始交付搭載4680電池的Model Y；松下計劃2022H1在日本

30、開始試生產4680電池，2023年進行量產；LG將在韓國梧倉工廠擴建4680電池產能，計劃2022-2023年量產；三星SDI計劃2024年實現量產，以色列公司Storedot2021年9月宣布成功生產出第一款4680電池，計劃2024年實現量產國內：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2021Q4在荊門投產20GWh大圓柱電池產能項目，預計2024年可實現4680電池量產公司公司目標目標目標客戶目標客戶202020212022202320242025特斯拉試點試點（70-80%）量產自用松下試點試點（70-

31、80%）量產特斯拉LG設計試點試點量產特斯拉、寶馬三星SDI設計試點試點試點量產寶馬寧德時代設計試點試點量產（無定額）特斯拉、寶馬比克樣品試點試點量產特斯拉競價億緯設計試點試點量產（無定額）寶馬競價Storedot樣品試點試點量產Vinfast各電池廠各電池廠4680電池研發進展電池研發進展資料來源：SNE，中信證券研究部213. 4680驅動驅動高能量高倍率主輔材應用，為結構件和設備升級高能量高倍率主輔材應用，為結構件和設備升級帶來新機遇帶來新機遇I.I.主輔材主輔材II.II. 結構件結構件III.III.設備設備2222高鎳正極：對能量密度的持續追求高鎳正極：對能量密度的持續追求資料來源

32、： 蜂巢能源2323質量比容量質量比容量(mAh/g)體積比容量體積比容量(mAh/cm3)體積變化體積變化(%)對鋰電位對鋰電位(V)硅420097863200.4碳372837120.05鈦酸鋰17561311.6錫99472462600.6硅基優勢：比容量大大提高硅基優勢：比容量大大提高資料來源： 鋰離子電池負極材料研究進展（李春曉），各公司公告，前瞻產業研究院，中信證券研究部硅基負極為未來方向硅基負極為未來方向階段企業進度量產貝特瑞大批量供應核心客戶，第四代硅碳負極材料正在研發中杉杉股份硅碳負極小批量出貨，主要客戶是CATL國軒高科公司目前已具備5000噸硅碳負極材料的生產能力石大勝華

33、硅碳負極項目進入試生產階段中試/研發硅寶科技2019年建成50噸/年試生產線，2021年11月擬建設10000噸/年鋰電池硅碳負極項目凱金能源具有成熟的量產技術工藝路線，建有新型硅基負極材料小試研究和量產產線，可實現一定量的客戶訂單生產及交付深圳斯諾公司硅碳負極研發處于完成中試階段天津力神“高比能量密度鋰離子動力電池開發與產業化技術攻關”開發的動力電池應用利用了硅碳負極材料信德新材已投資硅碳重點研發項目，提前布局技術迭代璞泰來計劃投資50億元開發新型負極、隔膜材料，在該項目中包括與中科院物理所合作的量產的硅碳負極材料硅基負極：下一代主流負極材料，硅基負極：下一代主流負極材料，4680量產帶動需

34、求爆發量產帶動需求爆發負極材料負極材料碳基材料碳基材料非碳材料非碳材料人造石墨材料人造石墨材料天然石墨材料天然石墨材料中間相碳微球中間相碳微球硅碳復合材料硅碳復合材料主要負極材料未來方向石墨類石墨類石墨烯石墨烯無定形碳無定形碳氮化物負極氮化物負極硅基負極硅基負極鈦基負極鈦基負極錫基負極錫基負極硅氧材料硅氧材料企業布局企業布局硅基負極材料作為理想的下一代負極材料硅基負極材料作為理想的下一代負極材料，純硅比容量是石墨的純硅比容量是石墨的10倍倍，但純硅在充電過程中膨脹但純硅在充電過程中膨脹近近3x，目前采用氧化硅目前采用氧化硅摻雜摻雜，目前摻雜含量約目前摻雜含量約5%，4680電池有望提升至電池有

35、望提升至10%以上以上2424首次庫倫效率是硅碳負極的短板：首次庫倫效率是硅碳負極的短板：鋰電池在首次充電過程中，有機電解液會在石墨等負極表面還原分解，形成固體電解質相界面(SEI)膜，永久地消耗大量來自正極的鋰，造成電池容量的不可逆損失，目前石墨不可逆容量損失目前石墨不可逆容量損失6%，而對于而對于具有高比容量的硅具有高比容量的硅基負極基負極，不可逆容量損失不可逆容量損失甚至甚至10%20% 以上以上硅碳負極除首效低外硅碳負極除首效低外，循環過程中循環過程中SEI膜會膜會“呼吸呼吸”再生再生，降低循環壽命降低循環壽命，對補鋰劑需求更強烈：對補鋰劑需求更強烈：硅碳負極的膨脹相較石墨負極更為嚴重

36、，致使負極材料不斷粉化、脫落，增加與電解液接觸的表面積，因此形成的SEI膜更厚正極正極補鋰的原理：補鋰的原理：在正極合漿的過程中添加少量高鋰容量、低脫鋰電位的材料（補鋰劑），在充電過程中Li+率先從補鋰劑中脫出，抵消抵消SEI膜造成的不可逆鋰損耗膜造成的不可逆鋰損耗，提高電池的有效容量，彌補硅碳負極在首次庫倫彌補硅碳負極在首次庫倫效率上效率上的短板的短板資料來源：Generation and Evolution of the Solid Electrolyte Interphase of Lithium-Ion Batteries（ Satu Kristiina Heiskanen等）資料來源

37、： Mitigating the initial capacity loss and improving the cycling stability of silicon monoxide using Li5FeO4 (Linghong Zhang等)固體電解質像界面（固體電解質像界面（SEI）膜形成過程膜形成過程NCM添加添加LFO補鋰劑后首效提升補鋰劑后首效提升8pcts補鋰補鋰劑：補齊劑：補齊硅碳負極首次庫倫效率短硅碳負極首次庫倫效率短板板2525由于硅碳負極材料的導電性能差由于硅碳負極材料的導電性能差，因此需要添加碳納米管因此需要添加碳納米管（CNT）以增加活性物質之間的導電性以增加活

38、性物質之間的導電性，提升電池提升電池能量密度能量密度根據石墨烯片的多少根據石墨烯片的多少，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管：多壁碳納米管具有較高的剛性碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管：多壁碳納米管具有較高的剛性，而單壁碳納米管而單壁碳納米管柔韌性強柔韌性強、長徑比更高長徑比更高、有效添加量僅為有效添加量僅為0.1%，可有效解決硅碳電池在充放電過程中導致的體積膨脹和裂縫可有效解決硅碳電池在充放電過程中導致的體積膨脹和裂縫問題問題天奈科技目前是全球碳納米管的龍頭企業天奈科技目前是全球碳納米管的龍頭企業，公司已布局硅碳負極的導電漿料技術公司已布局硅碳負極的導電漿料技術，可轉債方案落地

39、可轉債方案落地，產能擴張將加速推產能擴張將加速推進；此外進；此外，化工企業化工企業如石大勝華如石大勝華、炭黑龍頭黑貓股份等企業也在積極布局碳管炭黑龍頭黑貓股份等企業也在積極布局碳管生產生產4680電池帶來硅碳負極用量的提高電池帶來硅碳負極用量的提高，將帶動單壁碳納米管的用量將帶動單壁碳納米管的用量，單壁單壁CNT粉體價格約為粉體價格約為1300萬元萬元/噸噸，在負極添加比在負極添加比例為例為0.1%左右左右資料來源：天奈科技招股說明書資料來源：天奈科技招股說明書單壁碳納米管單壁碳納米管多壁碳納米管多壁碳納米管碳納米碳納米管：管：硅碳負極硅碳負極將將拉動單壁碳納米管的拉動單壁碳納米管的用量用量2

40、626LiFSi：適用于高鎳高壓高倍率電池的新型鋰鹽：適用于高鎳高壓高倍率電池的新型鋰鹽資料來源：康鵬科技招股書，中信證券研究所LiFSI、LiPF6、LiTFSI性能對比性能對比4680電池應用高鎳導致熱穩定性降低電池應用高鎳導致熱穩定性降低、充放功率高要求電解液導電性能提升充放功率高要求電解液導電性能提升。三元正極隨著鎳含量提升熱穩定性降低，結構穩定性變差。4680采用全極耳結構，追求高倍率性能。高鎳高倍率對鋰鹽性能要求提升雙雙氟磺酰亞胺鋰氟磺酰亞胺鋰(LiFSi)為一種新型電解液溶質鋰為一種新型電解液溶質鋰鹽鹽，具有更好的具有更好的低溫放電和高溫性能保持低溫放電和高溫性能保持能力能力、更

41、更長的循環壽命長的循環壽命、更高更高倍率放電倍率放電性能性能、更更高的安全性能高的安全性能用量：用量：兩種用途，1）1%3%， 一般可視為添加劑；2）3%5%，成為LiPF6成的輔助鋰鹽。一般而言，5/8/9系用量為0.5%-1%/1%-2%/2.5%。負極如果使用硅碳，用量有望達4%-5%價格價格： LiFSi已完成已完成50%降降本本，還有還有25%下探空間下探空間。此前由于其高昂的價格（售價40-45萬元/噸）與六氟相比不具備經濟性優勢，由于供需不平衡，目前六氟價格已達58萬元/噸，LiFSI具備階段性相對經濟性優勢，但絕對值仍處于較高位。另一方面，LiFSI的降本仍在繼續（2016年9

42、0萬元/噸降至如今45萬元/噸），目前LiFSI成本約20萬元/噸，數據預測隨著技術突破，2022年LIFSI售價有望降至35萬元/噸以內，最終成本有望降至15萬元/噸以內所屬性能所屬性能具體指標具體指標LiFSILiFSILiPF6LiPF6LiTFSILiTFSI基礎物性分解溫度20020080100氧化電壓5V5V溶解度易溶易溶易溶電導率最高最高較高中等化學穩定性較穩定較穩定差穩定熱穩定性較好較好差好電池性能低溫性能好一般較好循環壽命高一般高耐高溫性能好差好工藝與成本合成工藝復雜簡單復雜成本高低高2727PVDF在電池中主要用在正極在電池中主要用在正極、隔膜中隔膜中，充當粘結劑充當粘結劑

43、正極：以油溶性PVDF為主，占到高達90%，用量占到正極材料的1%-3%。4680大圓柱電池高鎳預計與2170相當隔膜：在接觸負極側加涂PVDF以增加粘性；1）提高硅碳負極粉的穩定性；2）貼得更緊，提升能量密度；3）提升保液性。假設PVDF涂層1m，PVDF密度為1.8g/cm ，1GWh用量約20噸粘結劑（非活性物質）用量過降低能量密度和導電性能，預計4680電池PVDF總用量增加至正極材料質量分數6%左右數據來源: 電池中國數據來源：滄州明珠官網PVDF在鋰電池的主要應用在鋰電池的主要應用PVDF陶瓷涂覆技術示意圖陶瓷涂覆技術示意圖PVDF：用量：用量增加，供需缺口擴大增加，供需缺口擴大2

44、828相比相比2170電池電池，4680電池結構件價值量提升電池結構件價值量提升4680各家方案不同，結構件定制化程度高，目前還是非標產品，價格提升（殼體+蓋帽：2170 97%92%采購方式分開采購整套采購壁厚0.2mm0.6mm鋼帶預鍍鎳/后鍍鎳預鍍鎳2929全極耳因極耳排列緊密全極耳因極耳排列緊密，采用五金模切難度高采用五金模切難度高，且部分方案中極耳寬度沿著極片長度而變化且部分方案中極耳寬度沿著極片長度而變化，因此激光模切更適用因此激光模切更適用激光激光焊設備受益于焊設備受益于4680方案方案，疊加行業內主要電池廠亦規劃有產能疊加行業內主要電池廠亦規劃有產能，有望迎來量利齊有望迎來量利

45、齊升升4680方案增加了全極耳+集流盤的焊接，焊點數量相較于21700電池提高5倍以上，焊接設備數量增加3倍焊接工藝難度大幅增加，設備可能會從原來的脈沖激光器變為連續激光器，價值量增加國產殼體生產設備憑借高效率、價格和服務優勢，有望在鋰電結構件大幅擴產的階段逐步形成國產國產殼體生產設備憑借高效率、價格和服務優勢，有望在鋰電結構件大幅擴產的階段逐步形成國產替代替代例如寧波精達設備價格是海外同類設備的50%-70%；殼體拉伸設備方面以“一出多”方式生產，效率提升且節約原材料，同時預沖杯工藝可使整線效率提升。資料來源：聯贏激光官網資料來源：寧波精達官網，中信證券研究部激光焊設備激光焊設備殼體生產設備

46、殼體生產設備設備：利好激光模切、激光焊設備：利好激光模切、激光焊設備與殼體設備與殼體生產設備供應商生產設備供應商激光激光模切模切設備設備資料來源：海目星官網304. 投資建議與風險因素投資建議與風險因素3131投資建議與風險因素投資建議與風險因素特斯拉特斯拉4680電池已實現量產電池已實現量產，有望引領產業變革有望引領產業變革。目前主流電池廠紛紛跟進目前主流電池廠紛紛跟進，預計預計2023年迎來爆發年迎來爆發。推薦4680布局領先的電池企業：寧德時代、億緯鋰能；推薦受益4680電池爆發需求提升主輔材供應商：中偉股份（高鎳）、當升科技（高鎳），璞泰來（硅碳）、杉杉股份（硅碳）、德方納米（補鋰劑）、科達利（結構件）、天奈科技（碳納米管）、天賜材料（LiFSI）、新宙邦（LiFSI）建議關注貝特瑞（高鎳+碳納米管）、芳源股份（高鎳）、斯萊克（結構件）、海目星（激光模切設備）、聯贏激光（激光焊設備）、寧波精達（沖壓設備）風險因素：風險因素：4680良率爬升不及預期，原材料降本不及預期，新能源汽車銷量不達預期。