新能源汽車行業深度研究：產業技術前瞻系列之一大圓柱路徑確定關注產業鏈相關機會-20220330（54頁）.pdf

1、 國海證券研究所 請務必閱讀正文后免責條款部分 2022 年年 03 月月 30 日日 行業行業研究研究 評級：推薦評級：推薦(維持維持) 研究所 證券分析師： 李航 S0350521120006 證券分析師： 邱迪 S0350522010002 產業技術前瞻系列之一：產業技術前瞻系列之一： 大圓柱大圓柱路徑確定路徑確定， 關注關注產業鏈相關機會產業鏈相關機會 新能源汽車新能源汽車行業深度研究行業深度研究 最近一年走勢 相對滬深 300 表現 表現 1M 3M 12M 電氣設備 -7.6% -14.2% 31.6% 滬深 300 -7.1% -13.6% -16.5% 相關報告 投資要點：投資

2、要點： 電芯大型化趨勢明確，大圓柱路線前景可期電芯大型化趨勢明確，大圓柱路線前景可期。相較于上一代 2170 圓柱電池， 4680 大圓柱電池采用更大的 46mm*80mm 電芯， 并采用內阻更小的無極耳技術，使得 4680 在 2170 的基礎上能量提升 5 倍、里程提高 16%、功率提高 6 倍、生產成本下降 14%。大圓柱電池延續了圓柱電池一致性高、安全性好和兼容高能量密度材料的特點，電芯大型化同時帶來了成組效率高、BMS 難度低和高電壓平臺適配性的優點。大圓柱電池可以兼容高能量密度材料和高電壓快充系統，是解決新能源汽車里程焦慮的重要技術路線。 電池廠商加速布局大圓柱電池，大圓柱多重優勢

3、助力圓柱份額提升電池廠商加速布局大圓柱電池，大圓柱多重優勢助力圓柱份額提升。目前特斯拉明確表示將 4680 大圓柱電池用于高端長續航乘用車， 并在 Semi 卡車和 Cybertruck 上使用 4680 電池， 預期第一款搭載大圓柱電池的車型將于 2022 年初生產。為滿足大圓柱電池需求量，除特斯拉自己的電池工廠布局大圓柱電池外，國內外電池廠商如億緯鋰能、 松下和 LG 化學等也在加速擴產布局大圓柱電池。 大圓柱電池的放量有望成為圓柱份額提升的重要支撐，大圓柱電池將憑借高性價比，對現有電池結構體系產生影響。我們預計 2025 年圓柱動力電池全球占比有望達到 27%，圓柱動力電池需求量將達 3

4、18.2GWh。 大圓柱電池需求增加，有望提升高能量密度材料應用潛力大圓柱電池需求增加，有望提升高能量密度材料應用潛力。圓柱電池在一致性、結構件強度、散熱性能方面均優于方形電池和軟包電池，且大圓柱電池特有的無極耳設計可以減少大圓柱電池在充電過程中的產生的熱效應，因此大圓柱電池對熱穩定性較差的高鎳正極和體積膨脹率較高的硅基負極包容性較好，大圓柱電池的放量將提升對高鎳正極和硅基負極的需求。此外，由于高鎳正極熱穩定較差，高溫會加劇過渡金屬的溶解，惡化電池狀態，高鎳電池對電解液匹配性提出更高要求。 使用熱穩定性好的 LiFSI 作為電解質可以顯著提升電池性能，高鎳正極商業化加速推進將提升對 LiFSI

5、 的需求。 大圓柱電池為大圓柱電池為相關材料廠商相關材料廠商和結構和結構件廠商件廠商帶來機會。帶來機會。4680 大圓柱電池有望明年開始量產配套特斯拉部分車型，關注布局大圓柱電池產能的電池廠商，由于 4680 大圓柱電池與高能量密度材料適配性較高，關注大圓柱電池產能擴張帶來的鋰電產業鏈中高鎳正極、硅基 -0.2181-0.03080.15640.34360.53080.718121/3 21/5 21/6 21/7 21/8 21/9 21/1021/1121/12 22/1 22/2 22/3電氣設備滬深300證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 2 重點關注公司及盈利預測重點關注公司

6、及盈利預測 重點公司重點公司 股票股票 2022-03-30 EPS PE 投資投資 代碼代碼 名稱名稱 股價股價 2020 2021E 2022E 2020 2021E 2022E 評級評級 300014.SZ 億緯鋰能 83.00 0.87 1.62 1.88 93.67 51.17 44.10 增持 300919.SZ 中偉股份 123.72 0.74 1.64 3.02 99.66 75.44 40.95 增持 002340.SZ 格 林 美 8.62 0.09 0.24 0.38 81.06 36.33 22.81 未評級 603799.SH 華友鈷業 99.85 1.02 3.01

7、 4.22 77.69 33.17 23.65 未評級 688005.SH 容百科技 139.87 0.48 2.03 4.10 107.23 56.84 34.08 未評級 300073.SZ 當升科技 79.38 0.85 1.97 2.60 76.43 40.32 30.51 未評級 002709.SZ 天賜材料 99.17 0.98 2.30 4.74 106.38 49.83 20.90 未評級 688116.SH 天奈科技 144.89 0.46 1.29 2.70 134.03 116.04 53.66 未評級 002850.SZ 科 達 利 153.40 0.77 2.30 4

8、.77 122.55 66.74 32.14 未評級 300382.SZ 斯 萊 克 13.97 0.11 0.21 0.45 68.58 66.65 31.24 未評級 688559.SH 海 目 星 62.29 0.39 0.54 1.73 85.30 110.59 35.95 未評級 資料來源：Wind 資訊，國海證券研究所（注：未評級公司盈利預測取自萬得一致預期） 負極、LiFSI 和碳納米管環節的增長機會，以及 4680 大圓柱電池放量對圓柱結構件的需求提升。此外，由于大圓柱全極耳技術采用激光切與激光焊接，將有利于激光焊接、切割設備。 投資建議投資建議 隨著電池技術進步、產品力提升和

9、基礎設施不斷完善，新能源汽車滲透率加速提升，帶動動力電池需求釋放，動力電池規?；l展將進一步推動行業成本下降，使得新能源汽車發展形成正向反饋。長期來看，我們持續看好符合“雙碳”趨勢的新能源汽車的發展前景，基此我們給出新能源汽車行業“推薦”評級。具體標的具體標的上，重點上，重點關注關注： （1）電池環節：布局 20GWh/年乘用車用大圓柱電池產能的【億緯鋰能】 ； （2）高鎳正極環節：一體化布局的前驅體企業【中偉股份】 、 【格林美】和【華友鈷業】 ，擁有高鎳正極技術儲備和量產能力且通過客戶認證的 【容百科技】 和 【當升科技】 ；（3） LiFSI環節：擁有產業鏈循環和成本優勢的【天賜材料】

10、； （4）碳納米管環節：專注碳納米管產品的龍頭企業【天奈科技】 ； （5）結構件環節：精密結構件龍頭企業【科達利】和借易拉罐領域優勢拓展動力電池結構件業務的【斯萊克】 ； （6）設備環節：對激光技術和工藝有深刻理解的高速激光制片機設備廠商【海目星】 。 風險提示風險提示 新能源車產銷量不及預期；46800 電池產能推進和市場化不及預期；高鎳三元需求不及預期；硅碳負極技術進步和成本下降不及預期；LiFSI 產業化進程不及預期；碳納米管需求不及預期；產業鏈原料價格大幅波動；鋰電行業競爭加??；重點關注公司業績不及預期。 UUjYqUfUhUuUeXWZdUaQdNaQoMqQsQoMeRpPpMjM

11、nOmNbRrRwPuOpNnNuOsOtO證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 3 內容目錄內容目錄 1、 電芯大型化趨勢明確，大圓柱路線前景可期 . 6 1.1、 186502170046800，圓柱電池大型化趨勢明確 . 6 1.2、 圓柱電池在一致性、安全性、材料應用等方面優勢明顯 . 8 1.3、 受益于大圓柱電池的高成組效率、低 BMS 難度和高電壓平臺適配性，大圓柱電池路線前景可期 . 9 2、 電池環節：電池廠商布局大圓柱電池，大圓柱多重優勢助力圓柱份額提升 . 12 2.1、 動力電池行業集中度高，國內外技術路線布局有所差異 . 12 2.2、 大圓柱電池產能即將放量，

12、多重優勢助力圓柱電池份額提升 . 13 3、 材料環節：大圓柱電池需求增加，有望提升高能量密度材料應用潛力 . 15 3.1、 高鎳正極：圓柱大型化趨勢下迎高鎳擴產高峰，一體化布局鑄就高鎳正極材料龍頭 . 15 3.1.1、 高鎳材料能量密度優勢明顯，里程需求驅動 NCM811 占比提升 . 15 3.1.2、 高鎳三元與圓柱電池優缺點互補，高鎳大圓柱電池優勢明顯 . 17 3.1.3、 大圓柱放量提升高鎳材料需求，三元前驅體和正極材料龍頭企業受益 . 19 3.2、 硅基負極：硅基負極需求向上，商業化進程有望加速 . 25 3.2.1、 石墨負極接近理論比容上限，高比容硅材料備受關注 . 2

13、5 3.2.2、 硅基負極適配大圓柱電池，硅基負極規模商業化進程加速 . 28 3.3、 LiFSI：大圓柱帶動 LiFSI 需求提升，國內企業大規模布局加速 . 31 3.3.1、 LiFSI 性能優勢明顯，高鎳化助力提升 LiFSI 需求 . 31 3.3.2、 LiFSI 需求有望大幅提升，龍頭公司強者恒強 . 34 3.4、 碳納米管：大圓柱助力碳納米管滲透率提升，龍頭企業技術優勢加深護城河 . 37 3.4.1、 碳納米管性能優越，大圓柱電池助力碳納米管滲透率提升 . 37 3.4.2、 技術與性能構筑核心競爭力，龍頭公司產能擴張強者恒強 . 40 4、 結構件環節：大圓柱需求放量，

14、打開圓柱結構件增量空間 . 44 4.1、 大圓柱電池前景廣闊，圓柱結構件市場快速擴張 . 44 4.2、 技術壁壘構筑行業護城河，易拉蓋生產設備龍頭技術升級趨勢明顯 . 46 5、 投資建議 . 51 6、 風險提示 . 52 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 4 圖表目錄圖表目錄 圖 1：圓柱、方形、軟包電池結構對比 . 6 圖 2：2170 圓柱電池較 1865 圓柱電池能量提升 50% . 6 圖 3：4680 圓柱電池較 2170 圓柱電池能量提升 5 倍. 6 圖 4：大圓柱電池具有低成本優勢 . 7 圖 5：電池設計是特斯拉降本增效的重要手段之一 . 7 圖 6：圓柱的

15、弧形表面一定程度抑制了側向熱傳遞 . 9 圖 7：隨著電芯直徑增加，動力電池支架板和集流片的孔徑變大 . 9 圖 8：極耳是電池在進行充放電時的接觸點 . 10 圖 9：46800 電池采用無極耳技術 . 10 圖 10：全極耳設計可縮短電子傳輸路徑，降低電池內阻 . 10 圖 11：無極耳設計能夠有效的降低產熱速率 . 11 圖 12：無極耳設計可以保證大圓柱電池的充電效率 . 11 圖 13：2020 年全球動力電池企業裝機情況 . 12 圖 14：2021 年全球動力電池企業裝機情況 . 12 圖 15：國內方形、圓柱、軟包電池出貨量占比 . 13 圖 16：全球方形、圓柱、軟包電池出貨

16、量占比 . 13 圖 17：三元材料性能與鎳鈷錳元素比例關系 . 16 圖 18：中國鋰電池三元正極材料產品結構 . 16 圖 19：鋰電池熱失控產生原因 . 17 圖 20：NCM811 的熱穩定性比 NCM622 差 . 18 圖 21：NCM811 放熱峰的放熱量是 NCM622 的三倍 . 18 圖 22：過充電和過放電易導致電池熱失控 . 18 圖 23：2020 年國內三元前驅體企業出貨占比 . 20 圖 24：三元前驅體成本構成 . 21 圖 25：2020 年國內前驅體公司直接材料成本占比 . 21 圖 26：2021 年國內三元材料市場份額 . 22 圖 27：2021 年

17、1-10 月國內高鎳市場競爭格局 . 22 圖 28：高鎳三元正極材料制備工藝流程 . 23 圖 29：負極材料分類 . 25 圖 30：2021H1 負極市場占比 . 25 圖 31：嵌鋰生成 Li-Si 合金的體積膨脹率高達 320% . 26 圖 32：硅基負極失效機制示意圖 . 26 圖 33：硅碳復合負極循環穩定性好 . 27 圖 34：硅納米管中鏗離子通道示意圖 . 27 圖 35：特斯拉生硅負極將使制造成本降至 1.2 美元/kWh . 27 圖 36：特斯拉生硅負極示意圖 . 28 圖 37：硅碳負極材料生產流程 . 28 圖 38：電解液由有機溶劑、電解質鋰鹽和添加劑組成 .

18、 32 圖 39：正極過渡金屬溶解對電池性能的危害 . 32 圖 40：LiFSI 分子式 . 33 圖 41：LiFSI 具有更好的抗水解性能 . 33 圖 42：LiFSI 在高溫下具有更好的電池循環性能 . 34 圖 43：LiPF6價格走勢 . 35 圖 44：硫酸在天賜材料產業鏈循環中的示意圖 . 36 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 5 圖 45：不同接觸類型導電劑示意圖 . 37 圖 46：導電劑接觸形式. 37 圖 47：2016-2021 年中國鋰電池導電劑出貨量情況 . 40 圖 48：2020 年中國碳納米管導電漿料市場競爭格局 . 40 圖 49：天奈科技生

19、產碳納米管的工藝流程 . 41 圖 50：天奈科技生產碳納米管導電漿料的工藝流程 . 41 圖 51：動力電池結構件主要為殼體和頂蓋 . 44 圖 52：圓柱和方形殼體示意圖 . 45 圖 53：圓柱電池頂蓋（安全閥）示意圖 . 45 圖 54：精密級進沖壓模具示意圖 . 47 圖 55：動力鋰電池頂蓋主要生產工藝及模式 . 48 圖 56：動力鋰電池殼體的主要生產工藝及模式 . 48 表 1：圓柱電池一致性和標準化程度高 . 8 表 2：國內外電池廠商大圓柱電池布局情況 . 13 表 3：圓柱電池需求量預測 . 14 表 4：正極材料對比 . 15 表 5：不同三元材料性能對比 . 17 表

20、 6：大圓柱電池對高鎳三元正極需求預測 . 19 表 7：全球高鎳三元正極需求預測 . 19 表 8：三元前驅體材料組成 . 21 表 9：三元前驅體企業一體化布局情況 . 21 表 10：三元正極材料企業高鎳技術儲備情況 . 23 表 11：國內龍頭三元正極企業高鎳產能規劃（萬噸） . 24 表 12：負極材料對比 . 26 表 13：不同制備方式制備的硅基負極材料的技術特征對比 . 29 表 14：國內硅基負極產業化進度 . 29 表 15：三類電解質鋰鹽的技術指標對比 . 33 表 16：動力電池高鎳化對 LiFSI 需求影響測算 . 35 表 17：LiFSI 主要廠商產能情況. 36

21、 表 18：導電劑優缺點對比 . 38 表 19：碳納米管在力學、電學、熱學、化學性能方面優勢明顯 . 38 表 20：天奈科技三代產品生產技術和產品性能對比 . 41 表 21：主流碳納米管公司產品性能對比 . 42 表 22：主要碳納米管企業產能情況 . 43 表 23：天奈科技新增碳納米管導電漿料產能明細（單位：噸） . 43 表 24：圓柱結構件市場空間測算 . 46 表 25：動力電池精密結構件是沖壓件 . 46 表 26：國內外鋰電池結構件廠商情況 . 48 表 27：科達利主要客戶情況（銷售金額單位：億元） . 49 表 28：斯萊克結構件產能情況 . 50 證券研究報告 請務必

22、閱讀正文后免責條款部分 6 1、 電芯大型化趨勢明確，大圓柱路線前景可期電芯大型化趨勢明確，大圓柱路線前景可期 1.1、 186502170046800， 圓柱電池大型化趨勢， 圓柱電池大型化趨勢明確明確 動力電池根據封裝形式的不同，主要分為圓柱電池、方形電池和軟包電池。動力電池根據封裝形式的不同，主要分為圓柱電池、方形電池和軟包電池。三種形態電池中，圓柱電池以正極、隔膜、負極的一端為軸心進行卷繞，封裝在圓柱金屬外殼之中；方形電池采用卷繞或疊片工藝制造，不同于圓柱電池，方形電池卷繞工藝通常有兩個軸心， 將正極、 隔膜、 負極疊層圍繞著兩個軸心進行卷繞，然后以間隙直入方式裝入方形鋁殼之中；軟包電

23、池是典型的“三明治”層狀堆壘結構，由正極片、隔膜、負極片依次層疊起來，外部用鋁塑膜包裝。 圖圖 1：圓柱、方形、軟包電池結圓柱、方形、軟包電池結構對比構對比 資料來源： Promise and reality of post-lithium-ion batteries with high energy densities ，國海證券研究所 圓柱電池的發展時間最長，技術最為成熟，且標準化程度較高。圓柱電池的發展時間最長，技術最為成熟，且標準化程度較高。最早的圓柱電池是由日本 SONY 公司于 1992 年發明的 18650 鋰電池，其中 18 表示直徑為18mm，65 表示長度為 65mm，0

24、表示為圓柱形電池。由于 18650 圓柱電池歷史悠久，所以市場普及率較高，是目前市面上最為常見的電池型號，被廣泛應用于消費電子領域。 圖圖 2： 2170 圓柱電池較圓柱電池較 1865 圓柱電池能量提升圓柱電池能量提升 50% 圖圖 3： 4680 圓柱電池較圓柱電池較 2170 圓柱電池能量提升圓柱電池能量提升 5 倍倍 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 7 由于圓柱電池的技術最為成熟、一致性較好，特斯拉將圓柱電池引入動力電池由于圓柱電池的技術最為成熟、一致性較好，特斯拉將圓柱電池引入

25、動力電池領域。領域。 2008年特斯拉首次使用松下的18650圓柱電池電芯作為車輛的動力電池，并在 Roadster 上試驗過之后，開始在 Model S 上大規模使用。為提高電芯能量密度和降低成本，2017 年特斯拉推出了與松下共同研發的 21700 圓柱電池，并將該電池應用在Model 3車型上。 21700圓柱電池直徑為21mm， 長度為70mm，電池能量較 18650 圓柱電池提升了 50%。此后特斯拉進一步將圓柱電池向大型化升級，2019 年特斯拉申請 46800 大圓柱專利，并于 2020 年電池日對 46800大圓柱電池進行宣傳，46800 大圓柱采用無極耳、新型硅材料和無鈷技術

26、，較21700 圓柱電池的性能有較大提升，預計 46800 大圓柱電池能量將提升 5 倍、續航里程提升 16%、功率提升 6 倍。 相較于小圓柱電池，大圓柱電池具有高能量密度和低成本優勢。相較于小圓柱電池，大圓柱電池具有高能量密度和低成本優勢。圓柱電池尺寸從 21700 升級到 46800，電芯體積增加 448%，而表面積僅增加 180%，這表明隨著圓柱電池直徑的增大， 結構件質量占電池包總重量的比例下降， 大圓柱電池的電池能量密度將有所提升，從而降低電池單 Wh 生產成本。從 21700 圓柱電池升級到 46800 大圓柱可以降低 14%的單位生產成本。電芯大型化是特斯拉降電芯大型化是特斯拉

27、降本增效的重要手段之一，圓柱電池大型化趨勢明確。本增效的重要手段之一，圓柱電池大型化趨勢明確。 圖圖 4：大圓柱電池具有低成本優勢大圓柱電池具有低成本優勢 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 圖圖 5：電池設計是特斯拉降本增效的重要手段之一電池設計是特斯拉降本增效的重要手段之一 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 8 1.2、 圓柱電池在一致性、安全性、材料應用等方面圓柱電池在一致性、安全性、材料應用等方面優勢明顯優勢明顯 圓柱電池制造工藝較為成熟，生產效率高，產品一致性高。圓柱電池制造工藝較為成熟，生產效率高，產品一致性高。

28、由于圓柱電池在鎳氫電池和消費類電子產品（3C）鋰離子電池上得到了長期的應用，業界積累了大量的生產設計經驗，因此有較為成熟的自動生產線及設備。此外，圓柱電池是以卷繞的方式進行制造， 卷繞工藝可以通過加快轉速從而提高電芯生產效率， 而疊片工藝的效率提高受限，圓柱電池生產效率較高。在卷繞過程中，為保證電芯組裝成的電池具有高一致性， 需要對卷繞張力進行控制， 張力波動會使得卷繞出的電芯產生不均勻的拉伸形變， 嚴重影響產品的一致性。 目前國內領先企業圓柱電池張力波動控制在 3%以下，大批量生產的圓柱電池產品一致性高。 表表 1：圓柱電池一致性和標準化程度高圓柱電池一致性和標準化程度高 項目項目 軟包電池

29、軟包電池 方形電池方形電池 圓柱電池圓柱電池 殼體 鋁塑膜 鋼殼或鋁殼 鋼殼或鋁殼 制造工藝 方形疊片 方形卷繞 圓柱卷繞 能量密度 高 中 中 成組效率 中 高 中 安全性 好 差 中 生產效率生產效率 低低 中中 高高 標準化程度標準化程度 低低 低低 高高 一致性一致性 低低 低低 高高 優勢 能量密度高、安全性能好、重量輕、外設計靈活 對電芯保護作用強、成組效率高 生產工藝成熟、 電池包成本低、一致性高 劣勢 成本高、一致性差、制造工藝要求高 整體重量重、一致性差、型號多 整體重量重、成組效率低、能量密度相對較低 資料來源：孚能科技招股說明書，GGII，國海證券研究所 受益于圓柱電池熱

30、失控傳播阻斷特性、密封性好和產品一致性高，圓柱電池在受益于圓柱電池熱失控傳播阻斷特性、密封性好和產品一致性高，圓柱電池在安全性方面優勢明顯。安全性方面優勢明顯。由于方形、軟包電池具有平直表面，其組成模組后平面常處于緊密接觸狀態，在熱失控時，側向方向上熱量傳遞明顯，而圓柱電池由于其弧形表面， 在充分接觸時仍存在較大間隙， 一定程度上抑制了電池之間熱量傳遞，因此圓柱電池可以在一定程度上阻止熱失控蔓延。 同時， 由于圓柱電池單體能量低，可以減少熱失控蔓延初期的能量釋放總量，且圓柱電池的密封性較軟包好，不易發生漏液現象，因此圓柱電池在安全性方面優勢明顯。此外，圓柱電池一致性高， 可以一定程度上避免由于

31、電池不一致導致的過充、 過放和局部過熱的危險。 受益于圓柱結構體本身的材料力學性能，受益于圓柱結構體本身的材料力學性能，圓柱電池和高鎳材料、硅碳負極材料圓柱電池和高鎳材料、硅碳負極材料兼容性良好，對材料應用具有包容性。兼容性良好，對材料應用具有包容性。為提高電池能量密度，高鎳正極材料和硅碳負極材料被應用到電池材料體系， 但高鎳材料較差的熱穩定性和硅碳材料較高的體積膨脹率對動力電池的安全性帶來了考驗。 相較于方形電池和軟包電池， 圓柱電池結構體本身強度更高， 對硅碳負極膨脹的容忍度較高， 且圓柱電池的熱失控傳播阻斷特性可以在一定程度上彌補高鎳材料熱穩定性差的缺點， 因此在應用高鎳材料和硅碳負極材

32、料方面，圓柱電池優勢明顯。 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 9 圖圖 6：圓柱的弧形表面一定程度抑制了側向熱傳遞圓柱的弧形表面一定程度抑制了側向熱傳遞 資料來源：汽車電子設計，國海證券研究所 1.3、 受益于大圓柱電池的高成組效率、低受益于大圓柱電池的高成組效率、低 BMS 難難度和高電壓平臺適配性，大圓柱電池路線前景可期度和高電壓平臺適配性，大圓柱電池路線前景可期 圓柱大型化可以提高成組效率，彌補小圓柱電池成組效率低的不足。圓柱大型化可以提高成組效率，彌補小圓柱電池成組效率低的不足。根據鉅大鋰電數據， 目前行業內圓柱形電池的模組成組效率約為 87%， 系統成組約為 65%，而方形

33、電池則分別為 89%和 70%，圓柱電池成組效率較低。圓柱電池直徑變大后，動力電池支架板和集流片的孔徑變大，相應重量減輕，此外，動力電池包中電芯數量的減少可以減少結構件用量， 在提高電池能量密度的同時提高成組效率。 圖圖 7：隨著電芯直徑增加，動力電池支架板和集流片的孔徑變大隨著電芯直徑增加，動力電池支架板和集流片的孔徑變大 資料來源：Astroys，國海證券研究所 圓柱路線對車企的圓柱路線對車企的 BMS 技術要求較高，大圓柱路線可降低技術要求較高，大圓柱路線可降低 BMS 控制難度?？刂齐y度。單體圓柱電芯容量小， 要達到一定的動力性能， 需要的電芯數量眾多。 一款 75KWh的電動車動力電

34、池組大約需要 7000 個 18650 電池，即使是 21700 電池也需要4400 個，對 BMS 提出極高要求，對于在 BMS 領域積累薄弱的車企來說難度較大，而換成 46800 電池僅需要 950 個電池，所需電池數量顯著減少，從而降低BMS 控制難度。 因此， 大圓柱路線可降低車企對中游電池企業的技術依賴程度。 46800 電池無極耳設計縮短電子傳輸路徑，從而降低電池內阻。電池無極耳設計縮短電子傳輸路徑，從而降低電池內阻。極耳是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體， 是電池在進行充放電時的接觸點。 傳統圓柱電池通過單極耳來實現電流收集，由于電阻的存在，電池在充放電的過程中，特別證券研究報

35、告 請務必閱讀正文后免責條款部分 10 是大電流充放電的過程中會產生顯著的歐姆熱， 引起電池溫度的升高， 隨著電芯尺寸的變大，卷繞長度更長，會加劇內部電流和溫度分布的不均勻性，在極耳處產生局部高溫。為降低電池內阻，減少充放電過程中歐姆熱，特斯拉對 46800大圓柱電池采用無極耳技術， 即整個集流體都變成極耳， 導電路徑不再依賴極耳，因此無極耳技術也稱全極耳技術。 無極耳技術將電子的傳輸路徑從沿極耳到集流盤的橫向傳輸變為集流體縱向傳輸，將電子傳輸路徑平均長度從銅箔長度（21700 電池銅箔長度約 1000mm）降低到電池高度（80mm） ，從而將電池內阻降低一個數量級。 圖圖 8：極耳是電池在進

36、行充放電時的接觸點極耳是電池在進行充放電時的接觸點 圖圖 9：46800 電池采用無極耳技術電池采用無極耳技術 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 圖圖 10：全極耳設計可縮短電子傳輸路徑，降低電池內阻全極耳設計可縮短電子傳輸路徑，降低電池內阻 資料來源：GGII，國海證券研究所 大圓柱無極耳電池設計保證了電池充電效率。大圓柱無極耳電池設計保證了電池充電效率。 英國帝國理工大學的 Shen Li 等人通過模擬仿真對單極耳電池和無極耳電池進行充放電過程發熱對比， 計算得到無極耳設計能夠有效的降低局部的電流密度， 且產熱速率要比單極耳電池

37、低兩個數量級。研究表明無極耳設計可以減少大圓柱電池在充電過程中的產生的熱效應，從而保證大圓柱電池的一致性、安全性和充電效率。 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 11 圖圖 11：無極耳設計能夠有效的降低產熱速率無極耳設計能夠有效的降低產熱速率 資料來源： Optimal cell tab design and cooling strategy for cylindrical lithium-ion batteries ，國海證券研究所 受益于大圓柱電池內阻小、一致性高，大圓柱電池和高能量密度材料及高電壓受益于大圓柱電池內阻小、一致性高，大圓柱電池和高能量密度材料及高電壓快充系統適配度

38、高?？斐湎到y適配度高。為解決消費者“里程焦慮”問題，大部分廠商通過增加電池容量提升續航里程、 增加充電速度減少充電時間這兩種方式解決該問題。 為增加電池容量， 需使用能量密度更高的高鎳正極材料和硅碳負極材料； 為減少充電時間， 需要提高電動車充電功率， 即通過提高充電電流或提高充電電壓來增加充電速度， 而在功率相同的情況下， 提高電壓可以減少線路電流， 從而減少能量損失。由于高能量密度材料和快充都容易在充電時產生析鋰、 膨脹等副反應， 因此一般情況下高能量密度材料和快充系統不能兼容。目前電動汽車普遍使用的是 400V電壓系統，由于單個鋰離子電池電壓只有 34V，因此需要 100 個左右電池串聯

39、才能達到 400V 電壓要求， 而 800V高電壓快充系統則需要200個左右電池串聯，800V 高電壓快充系統對電池一致性提出了更高的要求。由于大圓柱電池具有內阻小的特點，同時兼具圓柱電池自身一致性高、對高能量密度材料兼容的優點，因此大圓柱電池可以兼容高能量密度材料和高電壓快充系統。 圖圖 12：無極耳設計可以保證大圓柱電池的充無極耳設計可以保證大圓柱電池的充電效率電效率 資料來源：特斯拉電池日官方材料，國海證券研究所 證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 12 2、 電池環節：電池廠商布局大圓柱電池，大圓柱多電池環節：電池廠商布局大圓柱電池，大圓柱多重優勢助力圓柱份額提升重優勢助力圓柱

40、份額提升 2.1、 動力電池行業集中度高，國內外技術路線布局動力電池行業集中度高，國內外技術路線布局有所差異有所差異 動力電池行業集中度有所提升，動力電池行業集中度有所提升， 2021 年中日韓企業市占率超過年中日韓企業市占率超過 90%。 根據 SNE Research 和起點研究統計， 動力電池行業 CR3 由 2017 年的 45.9%提升至 2021年的 65.1%， CR5 由 2017 年的 58.3%提升至 2021 年的 79.5%， 行業集中度大幅提升。2021 年全球動力電池企業裝機量前 10 名均為中日韓企業，占整體裝機量的 91.2%，中國、日本、韓國企業數量分別為 6

41、 家、1 家和 3 家。 圖圖 13：2020 年全球動力電池企業裝機情況年全球動力電池企業裝機情況 圖圖 14：2021 年全球動力電池企業裝機情況年全球動力電池企業裝機情況 資料來源：SNE Research，國海證券研究所 資料來源：SNE Research，國海證券研究所 國內外電池廠商對圓柱、方形、軟包三種技術路線布局有所差異。國內外電池廠商對圓柱、方形、軟包三種技術路線布局有所差異。日本企業以圓柱路線為主，1998 年松下生產的 18650 圓柱電池已經批量裝配在世界多個品牌的筆記本電腦里，由于松下對圓柱電池的技術積累較多，松下與特斯拉合作，共同開創了圓柱形鋰電池應用在純電動汽車上

42、的時代。韓國企業 LG 化學和 SKI以軟包路線為主，LG 化學依靠在消費類電子的軟包電池領域的積累，將軟包電池應用到電動汽車上， 軟包電池由于其體積和形狀的靈活多變性， 尤其受到插電式混合動力車的偏愛。 國內企業在剛起步時， 考慮到日本和韓國分別在圓柱和軟包電池的技術積累， 且圓柱電池非?？简炣嚻箅姵毓芾硭?， 軟包電池的鋁塑膜國產化率低，因此以寧德時代和比亞迪為首的國內企業以方形路線為主。 25%23%18%7%6%5%3%2%2%9%寧德時代LG新能源松下比亞迪三星SDISK On遠景動力中航創新國軒高科其他33%20%12%9%6%4%3%2%1%1%9%寧德時代LG新能源松下比亞迪S

43、K On三星SDI中創新航國軒高科遠景動力蜂巢能源其他證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 13 2017 年至年至 2020 年， 國內圓柱電池市場份額大幅下降， 海外市場份額略有下降。年， 國內圓柱電池市場份額大幅下降， 海外市場份額略有下降。從國內市場看，2017 年后受補貼退坡影響，初期配套圓柱電池的短續航低端車型無法得到補貼， 圓柱電池市場份額從2017年的27.2%下降至2020年的9.7%，其市場份額主要被方形電池所取代，在此期間，以圓柱路線為主的比克、沃特瑪等企業破產倒閉。從全球市場看，受歐洲新能源車滲透率快速提升的影響，海外軟包電池出貨量增加，擠占一定圓柱電池市場份額，

44、圓柱電池市場份額從 2018年的 29%下降至 2020 年的 23 %。 圖圖 15：國內方形、圓柱、軟包電池出貨量占比國內方形、圓柱、軟包電池出貨量占比 圖圖 16：全球方形、圓柱、軟包電池出貨量占比全球方形、圓柱、軟包電池出貨量占比 資料來源：GGII，國海證券研究所 資料來源：SNE Research，國海證券研究所 2.2、 大圓柱電池產能即將放量，多重優勢助力圓柱大圓柱電池產能即將放量，多重優勢助力圓柱電池份額提升電池份額提升 目前，特斯拉明確表示將大圓柱電池用于高端長續航乘用車，此外，特斯拉確認在 Semi 卡車和 Cybertruck 上使用 46800 電池。特斯拉把大圓柱作

45、為核心量產工藝的突破點，預期第一款搭載 46800 的車型將于 2022 年生產，特斯拉的弗里蒙特產線的 46800 良率已提升至 92%左右。 電池企業加速布局電池企業加速布局 46800，大圓柱電池產能即將放量。，大圓柱電池產能即將放量。為滿足大圓柱電池需求量，除特斯拉自己的電池工廠布局 46800 外，國內外電池廠商也加速擴產布局46800：海外企業松下和 LG 化學正在進行產品設計與研發以期達到特斯拉的要求；國內電池企業億緯鋰能、寧德時代、比克等也在積極布局相關技術。目前來看，僅有特斯拉電池工廠和松下可以在 2022 年逐步量產大圓柱電池，億緯鋰能和 LG 化學計劃于 2023 年實現

46、量產。 表表 2：國內外電池廠商大圓柱電池布局情況國內外電池廠商大圓柱電池布局情況 國家國家 電池廠商電池廠商 大圓柱電池布局情況大圓柱電池布局情況 日本 松下 2021 年 10 月 26 日，松下首次展示了其為特斯拉打造的新型 4680 電池試制品；計劃 2022年 3 月在日本的一家工廠試生產新型 4680 電池 韓國 LG 化學 2021 年 3 月已開始為特斯拉 4680 電池建造一條試點生產線，最早有望在年內開始運營；正在考慮在美國和歐洲設立 4680 工廠，以便為特斯拉供貨 三星 SDI 據韓國媒體 TheElec 報道，寶馬將于三星 SDI 合作開發新的圓柱電池，尺寸介于 21

47、700 和0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2017201820192020方形圓柱軟包0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%20182020方形圓柱軟包證券研究報告 請務必閱讀正文后免責條款部分 14 46800 之間 中國 億緯鋰能 2021 年 11 月 6 日公告將投資 20GWh 乘用車用大圓柱電池生產線及輔助設施項目總額約為32 億元，建成達產后預計可形成 20GWh/年的乘用車用大圓柱電池產能；公司于 2021 年 4月與 StoreDot 簽訂協議，雙方就電動汽車 4680 電池分三個階段進行合作，有效期至 2024年

48、 12 月 31 日；目前億緯鋰能已布局了 46800 和 46950 兩大型號 江淮汽車 2021 年 2 月，江淮汽車與 CBAK 能源科技簽署了一項為期三年的聯合產品開發戰略協議，雙方將聯合開發 4680 鋰電池及電池組 比克 國內首發 4680 全極耳大圓柱電池的電池企業。比克電池于 2021 年 3 月透露，正與國內外多個客戶合作進行全極耳大圓柱電池的開發，4680 電芯樣品預計年內實現批量下線 蜂巢能源 蜂巢能源董事長表示 2021 年蜂巢能源將切入大圓柱領域； 蜂巢能源在上海車展創新日展示了展示了 46800 電芯研發成果，采用了與特斯拉相同的無極耳結構 資料來源：各公司公告，電

49、動汽車觀察家，電池中國網，thelec，國海證券研究所 46800 大圓柱電池的放量有望成為圓柱份額提升的重要支撐。大圓柱電池的放量有望成為圓柱份額提升的重要支撐。根據特斯拉電池日官方材料，如果未來 46800 電池成功量產，從 21700 電池升級到 46800 電池可以降低 14%的單位生產成本，縮小三元電池和磷酸鐵鋰電池之間的成本差距，大圓柱電池將憑借高性價比， 對現有電池結構體系產生影響。 未來在大圓柱電池持續技術優化的背景下， 我們預計 2025 年圓柱動力電池全球占比有望達到 27%，圓柱動力電池需求量將達 318.2 GWh。 表表 3：圓柱電池需求量預測圓柱電池需求量預測 20

50、17A 2018A 2019A 2020A 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E 中國新能源乘用車（萬輛） 57.1 105.3 106.2 124.6 333.4 500.0 665.8 852.6 1062.5 歐洲新能源乘用車（萬輛） 30.6 38.6 56.4 136.7 221.9 251.1 280.3 309.5 338.7 美國新能源乘用車（萬輛） 19.6 36.1 32.7 32.2 65.2 145.3 230.3 320.4 415.4 其他地區新能源乘用車（萬輛） 15.1 21.8 25.7 19.0 34.0 42.3 57.7 82.5