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1、新能车前沿技术 深度研究之四：结构件-卧式拉伸 证券研究报告 电气设备与新能源行业/行业深度 2021年11月30日 2 摘要 p 4680电池量产在即，封装占比将快速提升。方形电池具有成组效率很高，能量密度高等特点，预计未来仍然是行业主流。4680电池采用标准化、 大规模生产同时可以适配CTC，减少结构件用量，可大幅降低电池成本，预计占比将提升。 p 4680电池电化学材料端变化较小，主要改变在结构件和工艺。电化学变化不大，主要是机械件变成对称性的圆形类结构，产品量产的难点集中 在机械件的热扩散、防短路和可靠性的开发中。与方壳相比，从单侧出极耳变成双侧出极耳后，对模具和定位等设备环节提出了更

2、高的要求。 p 卧式冲压在4680机械件制造环节或迎来新机会。传统机械件公司以立式冲压为主，生产精度更高但是生产节拍较慢，每分钟产出60件左右。易 拉罐生产技术是立式拉伸冲压，与圆柱电池对称性、标准化、低成本的产品需求同源，每分钟产出1200件，高效生产是卧式冲压切入新能源赛 道的关键契机，预计21-25年复合增长率有望达64%。 p 相关产业链公司 昇兴股份：我国包装领军企业，主要产品包括三片罐、二片罐以及铝瓶。公司制罐技术行业领先，4680电池壳与罐体形状相似，公司或通过现 有设备改进制造4680电池壳，跨界进入锂电行业，打开第二增长极，据wind一致预期21/22年净利润1.8/3亿，对

3、应47/28X。 斯莱克：从事高速易拉盖生产设备及相关精密模具的研发和生产，公司将DWI技术应用到锂电池电池壳领域，研发出大批量自动化生产线，生 产率高达1200 只/分钟，远高于行业的50-150 只/分钟，据wind一致预期21/22年净利润1.3/2.5亿，对应111/58X。 科达利：全球结构件龙头，公司生产的动力电池壳及防爆盖板在国内市占率为80%，海外市场占有率60%。目前公司为4680机械件主供，其他 上市公司的钢壳圆柱产品处于开发阶段，据wind一致预期21/22年净利润。 p 风险提示：行业竞争加剧；技术进步不及预期：4680工艺发展不及预期。 hZiXdYjZcXeVwOu

4、MwOxPaQ9RaQoMpPnPnMlOnMtReRpPnM8OpPuNuOnNzQNZoOsM 3 动力电池封装方式可分为圆柱、方形、软包 资料来源：中国储能网，方正证券研究所 封装方式 硬壳 圆柱卷绕 方形 卷绕 叠片 软包外壳形状较多 卷绕 叠片 p 方形、圆柱、软包是主流的动力电池三大封装方式。 圆柱电池：通常将正负极与隔膜被卷绕到负极柱上，以钢壳或铝壳进行封装，之后注入电解液，再封口；方形电池：通常使用卷绕或者叠片制造， 是目前市场占比最高的产品结构；软包电池：通常采用铝塑膜包装，即在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。常使用卷绕或者叠片制造。 图表：动力电池封装方式及对应车型 Te

5、sla Model 3 大众ID4 比亚迪 汉 奔驰EQC 通用VELITE 6 4 方形、圆柱、软包电池性能比较 p 圆柱电池采取卷绕工艺，包括钢壳和铝壳两种，4680大概率使用镀镍钢，主要企业有松下、LG等； p 方形电池采取卷绕或叠片工艺，目前铝壳居多，主要企业有宁德、比亚迪等； p 软包采取卷绕或叠片工艺，采取铝塑膜封装，主要企业有LG、三星SKI等。 图表：三种电池封装形式对比 电芯封装外壳材质优点缺点有技术储备的企业 圆柱卷绕 钢壳、铝壳，4680 采用镀镍钢壳可能性 较大 易成组、成本低、热失控 有方向性 能量密度较低 松下、LG、亿纬锂 能、特斯拉、比克、 宁德时代等 方形卷绕

6、/叠片 早期钢壳、目前铝壳 居多 能量密度较高、成组效率 好、生产节 尺寸较多 宁德时代、比亚迪、 三星、亿纬锂能等 软包卷绕/叠片铝塑膜单体能量密度较高 难兼容CTP/CTC、 铝塑膜等原材料成 本高、可靠性较差 LG化学、SKI等 资料来源：ESCN，方正证券研究所 5 4680演进过程 资料来源：钜大锂电，电池中国网，方正证券研究所 1992年 日本SONY综合考 虑设备工艺和技 术条件，最早发 明 和 确 定 使 用 18650圆柱电池。 2017年 2021年3月 LG化学的4680电 芯试生产线开始 建设，组装和电 镀设备安装完毕， 计划最早2023年 量产。 2021年10月 T

7、esla将于22年初 在美国工厂4680 装车，已在弗雷 蒙德工厂试生产。 预测国内至少在 23年才会上4680。 p 日本SONY公司在上世纪90年代研发出最早的圆柱锂电池18650，此后18650电芯一直为圆柱电池主要型号，直到特斯拉宣布Model 3将启用 2170，圆柱电池迭代进入下一阶段。2020年，特斯拉在电池日上宣布下一代电池选择为圆柱4680，该电池是2170圆柱电池直径两倍，且单 体能量密度比以往提升5倍，大幅提升性能并降低制造成本。 图表：圆柱电池型号发展 2021年11月 松下称11月已接近量 产，未来还考虑供给 特斯拉以外的公司。 松下正在日本新建一 条生产线，将分阶段

8、 上线。 2020年9月 Tesla在电池日上发 布4680无极耳电池。 单体能量密度大幅 提升+成本大幅降 低驱动4680为下一 代方向。 1994年 日 本 松 下 成 功 研 发 锂 离 子电池。 1998年 松下的18650圆 柱电池在世界各 大笔记本电脑上 实现批量装配。 2008年 经验积累深厚+安 全性和一致性高 驱动特斯拉与松 下合作，电动车 采用18650电池 2014年 松下与Tesla出资 50 亿在美建造超 级工厂，主要生 产松下21700电池 能量密度提升超20%+系 统成本降低9%+轻量化驱 动21700为新一代方向。 Tesla在投资者见面会上宣 布与松下联合研发

9、的新型 2170电池开始量产带动圆 柱电池变革。 正极导流盘 隔离膜 负极极片 正极极片 正极极柱 正极盖板（可含防爆阀） 负极极耳 负极极耳 负极导流盘 负极盖板 壳体 （镀镍钢） 内圈隔膜顶衬 6 4680电池结构详解 p 常规的圆柱电池除形状外，结构与方壳电池类似。圆柱电池主要由正负极片、隔离膜、正负极导流盘、防爆阀、正负极盖板组成。 p 对称型的圆形产品让成型工艺有更多的可能。壳体由于产品热扩散的要求，需要使用钢材进行加工，同时为了规避钢材锈蚀的问题，需要 在表面进行镀镍合金化处理。壳体、导流盘、盖板都需要进行圆形加工，双侧出极耳相应的导流盘和盖板都需要进行位置调整。 p 全极耳设计为

10、了过流和热扩散。极耳的主要作用是作为极片与极柱的导电通路，决定了电池内阻和电池发热量。与立式极耳相比，全极耳 设计把导电通路从局部小块，变成了整个平面的线形焊接，使发热量减少强化了快充性能。 图表：圆柱电池结构 资料来源：钜大锂电，方正证券研究所 7 4680与2170电池的比较 p 4680电池，即直径46mm，高80mm的圆柱电池。特斯拉预计4680将在2170基础上，容量提升5倍，里程提升16%，成本下降14%。 p 2170和4680主要差别：1）快充提升性能提升、2）成本更低（结构件减少、BMS控制较简单、生产效率提升等）；3）工艺难度大幅提 升（全极耳、封装差别等）。 尺寸电池个数

11、能量密度成组方式重量 186507000+120-140wh/kg 共16组，每组444节电 池，每74节串联 900公斤 217004400+150-170wh/kg 4个模组，两个大模组， 两个小模组 474公斤 46800960215wh/kgCTC（无模组）438公斤 图表：松下圆柱电池迭代图表：各尺寸圆柱电池包性能比较 资料来源：汽车电子设计，汽车消费网，方正证券研究所 资料来源：汽车电子设计，方正证券研究所 动力电池壳体、顶盖的制造流程 p 立式冲压是借助冲压设备的动力，使金属材料在模具里受到变形力而产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的冲压件。卧 式冲压是利用专用模具

12、将剪裁后所得的平板坯料制成开口空心件的方法，所用模具一般由凸模、凹模和压边圈构成。立式冲压主要用在工 业、汽车、航空航天、电器和电池精密结构件等领域，冲压拉伸工艺主要用在五金件、易拉罐等领域。 p 壳体和顶盖的制造：壳体的生产工艺主要是冲压和拉伸，顶盖的生产工艺包括冲压、焊接、注塑等。 冲压方式应用场景应用部位 立式冲压 工业锅炉汽包等各种零部件 汽车 车身、底盘、油箱、散热器片 等 电器 电机、电器的铁芯硅钢片，家 电零部件 航空航天航空航天器零部件 卧式冲压 五金件如几毫米的钟表零件 汽车 如23m 轮廓的汽车及拖拉机 壳体的零件 易拉罐如铝质两片罐 图表：动力电池顶盖和壳体生产流程动力电

13、池顶盖和壳体生产流程图表：立式冲压和卧式冲压应用领域 资料来源：科达利招股说明书，方正证券研究所资料来源：科达利招股说明书，方正证券研究所 8 立式冲压工艺流程 p 立式冲压包括冲裁、弯曲、拉深和成型等工序。全球钢材中60-70%是板材，大部分板材通过冲压进行加工。 p 模具是冲压生产工艺的核心装备，其先进性直接决定冲压技术的先进性。因此，冲压件的特点为：1）尺寸与精度由模具保证，精密模具 制造周期长、成本高；2）可用模具制造壁薄、质轻、刚性好、形状复杂的零件；3）节约成本。通常不需加热毛坯和大量切削金属，不 但节能，而且节约金属。4）适合大量生产，比较高效。 图表：立式冲压工艺流程图表：冲压

14、精密模具结构图 资料来源：金属冲压加工工艺技术解析，方正证券研究所 资料来源：震裕科技招股说明书，方正证券研究所 9 卧式冲压工艺流程 p 卧式冲压通常用来加工精度比较高和尺寸比较薄的易拉罐罐体。在拉伸开始时，平板扭料同时受凸模压力和压边圈压力作用，其凸模的压 力要比压边圈的压力大得多。坯料受凸模向下的压力作用，随凸模进入凹模，最后坯料被拉伸成开口的筒形件。 p 拉伸的重要应用领域是两片罐制造，冲杯和拉伸是其核心工序。拉伸模具的特点为：1）设备价值量高，精度高；2）拉伸生产节拍很快， 成本低。PPM可达1000以上，远超冲压数十级的PPM水平，折旧成本大幅摊薄。 p 易拉罐制造的拉伸工艺适用于

15、圆柱对称结构，在圆柱型动力电池领域具有可行性。目前拉伸工艺制造铝壳产品可量产，但钢壳仍处于产品 研发阶段。 图表：拉伸为二片罐生产核心工序 资料来源：昇兴股份招股说明书，方正证券研究所 10 4680对机械件壳体的核心要求 图表：4680机械件的核心要求 电池高度会增加 电池技术在过去几年不断突破，从电池 过流和发热来看，电池的高度会进一步 提高，壳体工艺需要兼容长电池壳。 立式拉伸因为工艺行程长，所以壳体越 长加工效率越低。 高生产效率，低成本 需要满足热扩散的要求尺寸一致性高 成本是量产产品的核心线，圆柱电池的兴起 主要因为成本低，因此对于零部件的成本要 求比较高。 卧式拉升设备因为配重高

16、，工序动作不需要 克服额外的重力做功，因此生产速度很高。 以形状类似的Slim易拉罐和4680铝电池壳， 生产可以达到1200次/min，立式电池壳体达 到60次/min 需要使用钢材，满足热扩散要求，钢 比铝硬度高，延展性差，无法直接使 用易拉罐的工艺参数制造。 立式拉伸的迁移度更高，卧式的钢壳 研制在加速开发阶段。 圆柱电池的壳体是精密结构件，对尺寸 公差敏感，电池层级需要百分级精度要 求。 卧式冲压本身应用于易拉罐环节，自动 化程度高，生产节拍快，对模具精度要 求很高。 p 4680对于电池的核心要求是使用钢材、高精度、低成本和兼容更高长度电池壳生产。传统机械件公司主要以立式拉伸为主，在

17、钢材壳体的 制造上有量产进展，并通过了下游验证。而卧式拉伸的制造工艺，在尺寸精度、生产成本和尺寸兼容性上有更大的空间，钢材壳体的技术 应用也在加速开发中，对于立式工艺有一定的技术冲击。 资料来源：斯莱克问询函，科达利招股书，方正证券研究所 11 12 行业空间测算 p 目前各封装路径的占比约为：圆柱7%，方形70%，软包23%，考虑到大圆柱生产成本低，知名主机厂强推等因素，假设25年方形占比约 65%，圆柱20%，软包15%。 p 目前结构件成本约占电池成本10-15%，每Wh结构件约0.55元，考虑4680将搭配CTC技术，节约结构件成本等因素，预计25年结构件成 本下降至0.4元/Wh。

18、p 若卧式冲压走通，其将在4680电池生产中占主导地位。预计25年圆柱结构件空间156亿元，其中4680（及以上尺寸）占比将达到80%以 上，对应4680结构件市场空间从0提升到125亿。 图表：2025年圆柱结构件市场空间测算 方 形 软 包 圆 柱 4680 21700 2025年锂电池结构件规模：780亿元2025年圆柱电池结构件规模：156亿元 资料来源：方正证券研究所 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 202242025 圆柱结构件市场规模（亿元）方形结构件市场规模（亿元） 软包结构件市场规模（亿元） 13 主要机械件公

19、司的工艺比较和产品进展 主要技术路线主要公司方形铝壳圆柱钢壳圆柱铝壳 卧式冲压 生 产 节 拍 ： 1200pcs/min (类产品体积) 斯莱克 开发进展：完成了实验室模拟和部分 主要生产设备的设计，待下游验证 主要产能：2021年，公司在常州建 设年产11592万只方形电池铝壳项目 开发进展：技术成熟，已量产 主要产能：子公司新乡盛达圆柱钢 壳测试后通过验证，开始批量生产 供货。年产能8亿支，客户包括力 神、亿纬锂能等 开发进展：技术成熟，已量产 主要产能：子公司安徽斯翔圆柱铝 壳年产能3亿只，客户为国轩高科、 宁德时代等 昇兴股份暂无开发计划 开发进展：产品开发中，得到客户的技术支持 主

20、要产能：可使用现有设备进行生产，需设备升级+改变工艺参数，公司 设备供应商包括Stolle（斯多利机械）等海外企业，设备性能全球领先， 两片罐节拍最快可达3000pcs/min 立式冲压 生 产 节 拍 ： 60pcs/min (类产品体积类产品体积) 科达利 开发进展：技术成熟，已量产。 主要产能：2020年建设惠州动力锂电 池精密结构件项目，年产电池壳体10 亿件 开发进展：圆柱钢壳冲压加工经过 20-30年发展，公司工艺成熟。 主要产能：公司21700圆柱电池钢 壳采用预镀镍工艺，实现了批量生 产的高精密度、高一致性 工艺成熟，已量产 震裕科技 开发进展：2020年3月研发，具备量 产能

21、力 主要产能：宁德福安电池铝壳项目投 资协议均已签署完毕，未来年产 2500万件壳体 产品开发中，得到客户的技术支持产品开发中，得到客户的技术支持 金杨科技 (未上市) - 开发进展：开料、冲制和镀镍技术 成熟，已量产 主要产能：2020 年公司电池零部件 产量近30亿套，产值超 2.5 亿元 工艺成熟，已量产 资料来源：各公司公告，方正证券研究所 主要从事卧式拉伸公司的进展 斯莱克昇兴股份 设备来源自制定制，与海外企业联合开发 技术/性能差异 DWI 技术，全自动产线包括自动成 型、自动检测、自动清洗和自动包 装，生产效率达1200只/分钟 两片罐生产效率达3000罐/分 钟，铝瓶生产技术与

22、DWI相 同 核心工艺卧式拉伸卧式拉伸 预计进度4680钢壳预计22年可工业化4680钢壳预计22年可工业化 客户接触知名电池厂、主机厂知名电池厂 产能是否是瓶颈无瓶颈，设备可自制已有设备，需改设备参数 资料来源：斯莱克招股说明书，斯莱克问询函，昇兴股份招股说明书，方正证券研究所 p 卧式拉伸设备近20年基本由美国STOLLE、 德国SCHULER、日本Asahi和台湾省精丰机械占据主体份额，STOLLE的DWI卧式冲压机是之前 制罐厂的主流设备。斯莱克的冲压设备与STOLLE技术相当，并且成本更低。 p 昇兴股份两片罐的核心设备冲杯机和拉伸机均向STOLLE采购，其铝瓶的高速生产技术与斯莱克

23、的DWI技术基本相同。斯莱克从二片罐的卧 式冲压设备和DWI工艺延伸至电池壳生产中，昇兴股份凭借二片罐领域的多年技术积累和同源设备，有望复刻斯莱克的发展。 图表：STOLLE卧式冲压机 资料来源：STOLLE官网，方正证券研究所 图表：斯莱克和昇兴拉伸应用情况对比 14 图表：各包装公司核心客户图表：昇兴21年已迎来业绩拐点 15 昇兴股份：包装领军企业或凭借同源技术跨界锂电 p 昇兴股份是我国包装领军企业，主要产品包括三片罐、二片罐以及铝瓶。下游核心客户包括养元饮品（六个核桃）、天丝红牛、王老吉、银 鹭、青岛啤酒、华润啤酒、百事可乐、可口可乐、锐澳、元气森林等品牌。 p 公司近年来盈利表现欠

24、佳，主要原因是：1）三片罐客户销量较差，供货价格及产能利用率不理想；2）自15年后，国内二片罐市场持续低 迷，处于行业出清期，利润较差收入占比提升，但因为二片罐业务目前仍 处于底部回暖阶段，盈利能力亦处于回升期，从而拖累整体净利 率水平；3）融资扩产财务费用率上行。 p 主业强力反转，同源技术尝试做电池壳：核心客户天丝红牛20年底胜诉，销量爆发式增长，公司三片罐业务盈利情况快速改善；两片罐行业 出清结束，海外巨头相继退出中国市场，行业已走出底部；公司制罐技术行业领先，4680电池壳与罐体形状相似，公司或通过现有设备改 进制造4680电池壳，跨界进入锂电行业，打开第二增长极。据wind一致预期2

25、1/22年净利润1.8/3亿，对应47/28X ，估值有安全边际。 公司核心客户 奥瑞金华彬红牛 嘉美包装养元 昇兴股份养元、银鹭、露露、天丝红牛 福贞银鹭、椰树、露露、养元、达利食品、旺旺 吉源银鹭、雀巢、达利食品 中粮包装加多宝、百威 宝钢包装 百威、哈啤、可口可乐 -200% -100% 0% 100% 200% 300% 400% 500% 600% 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 200021前三季度 归母净利润（亿元）归母净利润同比（%） 资料来源：Wind，方正证券研究所资料来源：各公司公告及

26、官网，方正证券研究所 16 斯莱克：易拉罐设备制造商率先开始结构件布局 p 客户覆盖国内主要金属包装企业，主要竞争对手为海外厂商：公司客户包括奥瑞金、中粮包装等国内金属包装企业，同时向海外扩展业务； 易拉罐设备行业经过多年洗牌，目前仅剩Stolle、Belvac、DRT等海外厂商能与公司竞争，国内其他设备商在技术水平上与公司差距较大。 p 技术领先，公司将DWI技术应用到锂电池电池壳领域，研发出大批量自动化生产线。生产率高达1200只/分钟，远高于行业的50-150只/分 钟；并且圆柱钢壳一致性更好，材料利用率更高。子公司盛达新能源圆柱钢壳年产能30亿只，已向新乡弘力批量供货；安徽斯翔圆柱铝壳

27、建 设年产能3亿只，处于测试阶段，目标客户为国轩高科，宁德时代等。方形电池壳已完成了实验室模拟和部分主要生产设备的设计，量产项 目正在建设，公司在结构件布局领先，据wind一致预期21/22年净利润1.3/2.5亿，对应111/58X。 技术简介 易拉盖组合冲压系统整合技术 主要包含：1、高速连续级进模具技术；2、同步分度间歇送进 传动技术；3、电器状态检测技术 冲压过冲原理的运用利用冲床的过冲（闷车）来控制深度尺寸的高精度 柔性同步带的精密加工技术 公司技术水平现在可以做到尺寸精度0.1mm，孔位置度 0.15mm 有限元分析技术在易拉盖中的运用 利用有限元分析技术，使得节料设计工作快速有效

28、 非圆形下料刀口的设计利用前期刀口尺寸修正，保证拉伸尺寸均匀，同时节约材料 气压控制型基本盖模具系统 用气压控制原理达到调节方便，使用寿命长的效果，并且尺寸 稳定性大大提高 超薄金属成型加工利用高速拉伸机等设备，做到超薄金属板成型 DWI技术 利用DWI技术的电池壳生产线具有成型、清洗、检验、包装等 功能，生产线效率更高、人员更少、成本较低、一致性更好 -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 200021前三季度 营业收入（亿元）归母净利润（亿元）营收同比（%

29、）归母净利润同比（%） 图表：斯莱克掌握的主要技术情况 图表：2015-2021Q3斯莱克业绩情况 资料来源：Wind，方正证券研究所资料来源：斯莱克招股说明书，斯莱克年报，方正证券研究所 资料来源：Wind，方正证券研究所资料来源：震裕科技招股书，方正证券研究所 图表：锂电结构件主要材料成本拆分 图表： 2015-2021Q3科达利业绩情况 17 科达利：全球动力电池结构件龙头 p 公司2017年在深圳中小板上市，产品主要由锂电池精密结构件和汽车结构件两类构成，具有先进的冲压加工技术和精密冲压配套设备， 是国内最早从事动力锂电池精密结构件生产的企业之一。 p 龙头地位稳固，公司客户结构优秀。

30、2020年，公司生产的动力电池壳及防爆盖板在国内市占率为80%，海外市场占有率60%。其电池结 构件业务与宁德时代、比亚迪、力神、亿纬锂能、中航锂电等强势动力电池企业均建立深度合作关系，且也有尝试与LG、松下、 Northvolt等海外电池厂商合作。公司2017-2018年业绩利润下滑主要原因是铜、铝材料价格大幅提升导致公司毛利率下滑，目前公司已 有方法应对金属价格波动，据wind一致预期21/22年净利润5.0/9.5亿，对应82/43X。 -100% -50% 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 0 5 10 15 20 25 30 35 20152016201

31、720021前三季度 营业收入归母净利润（亿元）收入同比（%）归母净利润同比（%） 铝 铜 铜铝复合 塑胶 密封圈 PPS 直接人工 制造费用 方正电新 方正电新 18 4680还需要关注的环节：原材料-镀镍钢 p 我们认为4680电池壳大概率采用SPCC镀镍钢生产，主要原因是：1）结构强度强；2）壳体的绝缘性考虑；3）可实现NP（无热扩散）。 p 难点：镀镍钢的品质若不过关，可能会导致在冲压过程中镀层破裂，工序中的合金化是最关键环节。 p 进展：目前仍是海外厂商供应，包括TCC钢铁，东洋钢铁，新日铁等；国内在镀镍钢领先的是宝钢集团样品已经通过下游验证，后期宝钢可 能会投建镀镍产线，进行镀镍钢生产。 图表：镀镍钢生产工艺图表：镀镍钢相关供应商 钢材钢板镀镍 合金化冷却包装 资料来源：CNKI预镀镍钢壳在电池中的应用展望，方正证券研究所 资料来源：各公司官网，方正证券研究所