1、2022年年2月月28日日4680电池系列报告（一）电池系列报告（一）集新设计新技术于一身，引领产业变革集新设计新技术于一身，引领产业变革中中信信证券研究部证券研究部 新能源汽车新能源汽车/能源化工能源化工/有色金属有色金属/主题策略主题策略/机械机械袁健聪袁健聪/王喆王喆/敖翀敖翀/刘易刘易/刘海博刘海博/李鹞李鹞/吴威辰吴威辰/滕冠兴滕冠兴/刘沛显刘沛显/汪浩汪浩/黄耀庭黄耀庭/柯迈柯迈1 1核心观点核心观点4680电池采用新设计新构型电池采用新设计新构型，良率突破是量产关键良率突破是量产关键。相比2170电池单极耳结构，4680电池采取了全极耳+集流盘的设计，同时主流方案采取壳体槽底处打
2、孔放正极柱、壳体槽口用盖板激光焊封口的新构型。在加工工序方面，4680电池比2170电池增加了极耳模切、揉平、激光焊集流盘、开口化成、激光焊盖板的工序。目前特斯拉1月已自产100万颗4680电池，平均良率达92%，最高良率达97%，良率已达可量产水平。特斯拉打出特斯拉打出4680电池电池“组合拳组合拳”，国内外头部电池供应商跟进国内外头部电池供应商跟进。特斯拉围绕4680电池打出“大电芯+全极耳+高镍高硅+CTC”的“组合拳”，同时实现了1）续航长：4680能量密度提升20%；2）充电快：全极耳优化了电池的热电性能，可承受4C以上高倍率电流；3）成本低：大电池+高能量密度摊薄单Wh成本。另外，
3、4680由于其热安全性能更优、内应力分布均匀的优势，较方形更适配高镍高硅体系，我们预计中低端车将多应用磷系方形+CTP方案，高端车将多应用高镍高硅4680+CTC方案。此外，海外如LG、松下、三星，国内如宁德时代、亿纬锂能等头部电池供应商亦跟进布局4680电池。4680电池有望在特斯拉和头部电池厂的推动下迎来爆发拐点。4680电池技术为高能量高倍率主辅材应用带来强驱动电池技术为高能量高倍率主辅材应用带来强驱动，为为结构件和结构件和设备升级带来新机遇设备升级带来新机遇。此前由于补贴退坡带来降本诉求、安全性问题凸显，主辅材向高能量高倍率方向升级速度放缓，4680电池有望成为新的升级驱动。高镍正极、
4、硅碳负极、补锂剂、碳纳米管、LiFSI、PVDF等主辅材渗透率/用量有望提升。结构件方面，由于4680采用新构型设计，制造门槛提升，使结构件转向定制化、壳体+盖板成套采购，格局优化同时单品价值量提升。设备方面，激光模切、激光焊等工序用量增加、高精度要求提升相关设备价值量，头部电池厂规划新产能有释放订单。壳体冲压设备有望实现国产替代。投资投资建议：建议：特斯拉4680电池已实现量产，有望引领产业变革。目前主流电池厂纷纷跟进，预计2023年迎来爆发。推荐4680布局领先的电池企业：宁德时代、亿纬锂能；推荐受益4680电池爆发需求提升主辅材供应商：中伟股份（高镍）、当升科技（高镍），璞泰来（硅碳）、
5、杉杉股份（硅碳）、德方纳米（补锂剂）、科达利（壳体）、天奈科技（碳纳米管）、天赐材料（LiFSI）、新宙邦（LiFSI），建议关注贝特瑞（高镍+碳纳米管）、芳源股份（高镍）、斯莱克（壳体）、海目星（激光模切设备）、联赢激光（激光焊设备）、宁波精达（冲压设备）。风险风险因素：因素：4680良率爬升不及预期，原材料降本不及预期，新能源汽车销量不达预期。8Y8VwVhUnVeVyXmNpOoObR9R7NtRmMnPpNlOmMnOlOqQrQ9PoPoOuOoNsRwMsOsQ目录目录CONTENTS21.1. 46804680电池采用新设计新构型，良率突破是量产关键电池采用新设计新构型，良率突破
6、是量产关键2.2. 特斯拉打出特斯拉打出46804680电池“组合拳”，国内外头部电池供应商电池“组合拳”，国内外头部电池供应商跟进跟进3.3. 46804680电池电池技术技术驱动驱动高高能量高倍率主辅能量高倍率主辅材应用，材应用，为结构件和设备升级带来新为结构件和设备升级带来新机遇机遇4.4. 投资建议与风险因素投资建议与风险因素31. 4680电池采用新设计新构型，良率突破是量产关键电池采用新设计新构型，良率突破是量产关键I.I.什么是什么是46804680？为什么为什么是是46804680？II.II. 46804680目前两种目前两种结构方案对比结构方案对比III.III.46804
7、680与与21702170的生产流程的生产流程差异及良率提升关键差异及良率提升关键4 4什么什么是是4680？资料来源：特斯拉电池日188650、2170、4680电池尺寸及能量密度对比电池尺寸及能量密度对比4680电池电池，即直径即直径46mm，高高80mm的电池的电池。于于2020年年9月的特斯拉电池日首次公开发布月的特斯拉电池日首次公开发布，相较于特斯拉此前采用的相较于特斯拉此前采用的2170电池电池，4680电池的电芯容量是其电池的电芯容量是其5倍倍，能够提高相应车型能够提高相应车型16%的续航里程的续航里程，输出功率输出功率6倍于倍于2170电池电池。5 5为什么为什么是是4680？
8、资料来源：特斯拉电池日圆柱电池尺寸与性能变化46：从：从21mm到到46mm，系增加单体电池尺寸可摊薄非活性物质占比系增加单体电池尺寸可摊薄非活性物质占比，降低固定成本和降低固定成本和BMS管理难度管理难度，46mm之后热管之后热管理难度增加理难度增加，降本收益为负降本收益为负，故故46mm即为增大电芯尺寸后降本程度最大的最即为增大电芯尺寸后降本程度最大的最优点优点80：80mm的高度相较此前的高度相较此前70mm有所增加有所增加，可在径向散热不恶化的情况下增大单体容量可在径向散热不恶化的情况下增大单体容量。一般因一般因各家底盘设计各家底盘设计而异而异，例如宝马采用例如宝马采用46956 6两
9、种两种46804680方案对比方案对比4680目前两种结构方案对比目前两种结构方案对比资料来源：国家专利局，GGII，中信证券研究部7 7传统传统方案方案负极耳所在一端朝向钢壳槽底面；正极耳从开口端引负极耳所在一端朝向钢壳槽底面；正极耳从开口端引出出，与正极端子焊接连接与正极端子焊接连接采用脉冲激光穿透焊采用脉冲激光穿透焊，将钢壳基底通过凹槽与负极全将钢壳基底通过凹槽与负极全极耳焊接连接极耳焊接连接优势：无负极集流盘的结构不占用钢壳高度方向上的优势：无负极集流盘的结构不占用钢壳高度方向上的空间空间，提高空间利用率提高空间利用率劣势：当电池壁厚增加劣势：当电池壁厚增加，穿透焊难以将极耳与壳体底穿
10、透焊难以将极耳与壳体底部焊接牢靠部焊接牢靠，中信证券研究部8 8新方案新方案正极集流盘直接焊接到正极柱正极集流盘直接焊接到正极柱，正极柱卡在壳体槽底的开口上正极柱卡在壳体槽底的开口上，之间设有绝缘之间设有绝缘密封件密封件电芯为全极耳结构电芯为全极耳结构，两端面分别和正两端面分别和正、负极集流盘连接负极集流盘连接，极柱通过正极集流盘极柱通过正极集流盘和电芯电性连接和电芯电性连接，壳体和负极集流盘电性连接壳体和负极集流盘电性连接盖板和壳体的槽口连接盖板和壳体的槽口连接，盖板上刻蚀有防爆线盖板上刻蚀有防爆线正极集流盘负极集流盘正极集流盘 下绝缘胶圈 上绝缘胶圈固定环中绝缘胶圈正极柱 安装凹槽壳体电芯
11、防爆线，中信证券研究部9 94680和和2170生产流程对比生产流程对比压封压封清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合搅拌搅拌辊压辊压涂布涂布注液注液烘干烘干底焊底焊滚槽滚槽化成化成干燥干燥入壳入壳排气排气分切分切卷绕卷绕分选分容分选分容卷封卷封+ +点焊点焊清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合搅拌搅拌辊压辊压涂布涂布注液注液烘干烘干入壳入壳滚槽滚槽开口化成开口化成干燥干燥焊集流盘焊集流盘+ +正极柱正极柱排气排气分切分切揉平揉平激光焊激光焊盖板盖板极耳模切极耳模切卷绕卷绕分选分容分选分容21702170独有独有46804680独有独有共有共有，特斯拉电池日，中信证券研究部10104680难点：新结构带
12、来了工艺实现和一致性的挑战，影响电池良率难点：新结构带来了工艺实现和一致性的挑战，影响电池良率涂布：涂布：全极耳涂布的弧形边缘对设备的精密度要求更高（外圈比内圈留白越来越多，极耳长度越到外圈越长）极耳分切：极耳分切：工艺要求更高，如果边不齐，造成极耳贴合出现缝隙激光激光焊：焊：全极耳与集流盘面焊，焊点增加（4680的焊点数量相比21700提高五倍以上），容易造虚焊或者温度过高损伤隔膜揉平：揉平：产生金属碎屑注液：注液：全极耳覆盖后注液较难，影响连续生产留白处，用于全极耳切割涂布部分资料来源：GGII，中信证券研究部112.特斯拉打出特斯拉打出4680电池“组合拳”电池“组合拳”，全球全球头部头
13、部电池供应商跟进电池供应商跟进I.I.特斯拉：特斯拉：4680+4680+全极耳全极耳+ +高镍高硅高镍高硅+ +干电极干电极+CTC=+CTC=续航长、充电快、成本低续航长、充电快、成本低II.II. 产业链：产业链：RivanRivan、LucidLucid已用已用21702170，宝马立项，全球头部电池厂入局，宝马立项，全球头部电池厂入局1212资料来源：特斯拉电池日，中信证券研究部特斯拉特斯拉4680电池有内在自洽的产业逻辑电池有内在自洽的产业逻辑4680+4680+全极耳全极耳高镍高镍+ +高硅高硅干电极干电极CTCCTC续航长、充电快、成本低续航长、充电快、成本低1313为什么为什
14、么要用全极要用全极耳？耳？打破了能量与功率密度不能同时提升的约束打破了能量与功率密度不能同时提升的约束电：电：减少减少电子电子流过路径流过路径，降低内阻降低内阻。2170电子在集流体里流过整个卷绕极片的展向长度电子在集流体里流过整个卷绕极片的展向长度，路径约路径约1000mm，按铜的电导按铜的电导率测算率测算，对应阻抗对应阻抗20m；4680全极耳的电芯中全极耳的电芯中，电子在集流体流过的路径仅为轴向长度电子在集流体流过的路径仅为轴向长度，即即80mm，对应阻抗对应阻抗2m热：产热方面热：产热方面，电阻减小电阻减小发热发热减少减少（全极耳电池发热仅为单极耳的全极耳电池发热仅为单极耳的1/5）；
15、散热方面；散热方面，沿径向形成强导热路径沿径向形成强导热路径，可在仅可在仅底部布置冷板底部布置冷板（原来原来2170是蛇形管冷却侧壁是蛇形管冷却侧壁），热管理难度与热管理难度与能耗降低能耗降低。综上综上，电电、热能损失小热能损失小，打破了打破了能量能量与与功率功率密度密度不能同时提升的约束不能同时提升的约束，实现实现续航长续航长、充电快充电快箔材发热箔材发热0资料来源：CommunicationPrediction of Thermal Issues for Larger Format 4680 Cylindrical Cells and Their Mitigation with Enhan
16、ced Current Collection(Thomas George Tranter等)，联赢激光微信公众号，中信1414为什么为什么要用全极要用全极耳？耳？工：工：2170/18650的极片上需要将留出空白区域给极耳的极片上需要将留出空白区域给极耳。全极耳可避免斑马涂布全极耳可避免斑马涂布，简化工序简化工序为什么全极耳没有在为什么全极耳没有在2170上得到大规模应用上得到大规模应用？彼时快充性能要求没有现在高实际上，2170也有少数应用全极耳的案例，例如比克电池曾为一款跑车配套2170全极耳电池相比于4680，2170空间受限，不易操作；同时集流盘占到电池体积比例比4680高，影响能量密
17、度因此，大电池是全极耳的应用前提大电池是全极耳的应用前提单极耳极片全极耳极片资料来源：比克电池，中信证券研究部1515为什么为什么要用高镍高硅？跟方形高镍高硅要用高镍高硅？跟方形高镍高硅+CTP的方案有何区别的方案有何区别？从从原理上原理上看看，4680圆柱形电池只是一种封装形式圆柱形电池只是一种封装形式，不不限材料限材料体系体系。但但从从应用层面应用层面上上，高镍高硅才能发挥出高镍高硅才能发挥出4680大大圆柱圆柱较方形较方形热性能更优热性能更优、内应力分布均匀内应力分布均匀的优势的优势能量密度：由于圆柱形电池集成效率较方形低，即要做成相同能量密度的pack，圆柱形的单体能量密度必须要比方形
18、高。因此，要达到更高的pack能量密度，天然要求圆柱搭配高镍。高镍适配程度：圆柱比方形更适配高镍。核心原因是方形高镍为面接触，且单体电池大，体心内产热不易释放，热失控设计不好控制；另一方面，铁锂化学性质稳定，对散热和热失控要求较三元低，因此方形CTP非常契合铁锂体系的电池，充分发挥方形集成度高的优势，但热失控设计有难度的短板。4680+铁锂在乘用车上失去了4680的优势，可能未来在二轮车、电动工具上有应用。此外，由于负极添加硅后会膨胀，圆柱形比方形内部应力分散更均匀，方形在此方案下容易造成颗粒破碎，影响性能和寿命。因此，为极致提升电芯能量密度选择高硅方案搭配高镍。电池形状电池形状系统实物图系统
19、实物图单体容量单体容量CTP/CTC集成效率集成效率单体散热单体散热热失控防护难度热失控防护难度内应力分布内应力分布方形100300Ah80%方形容易出现局部热量积聚，且电芯内部热量不易散出面接触，与相邻电池紧密接触。单体容量大，热失控后可燃物喷出方向不好控制弯角处内应力大4680圆柱25 Ah70%圆弧状有利于散热，全极耳结构下轴向散热良好线接触，与相邻电池关联度更小。单体容量小，采用预镀镍钢壳+底部高效泄压阀，更易做热失控扩散防护设计轴向对称结构，内部应力分布均匀中信证券研究部1616高镍高硅高镍高硅4680+CTC vs 磷系方形磷系方形+CTP？CTP是电芯厂向整车厂夺回是电芯厂向整车
20、厂夺回pack的产值的产值，CTC是整车厂向电芯厂抢话语权的手段是整车厂向电芯厂抢话语权的手段特斯拉自制电池特斯拉自制电池，除了掌握除了掌握CTC技术技术，还有向外采供应商压价的作用还有向外采供应商压价的作用因此因此，未来特斯拉的电池供应格局预计会出现：未来特斯拉的电池供应格局预计会出现：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+部分部分电池厂电池厂外供外供高高镍高硅镍高硅4680+CTC中低端：铁锂方形+CTP高端：高镍高硅4680+CTC未来特斯拉中低端、高端电池供应格局未来特斯拉中低端、高端电池供应格局中信证券研究部1717低成本实现路径低成本实现路
21、径低成本低成本=大电芯摊薄非活性物质成本大电芯摊薄非活性物质成本+尽可能做高能量密度摊薄总体单尽可能做高能量密度摊薄总体单Wh成本成本+生产过程简化节省成本生产过程简化节省成本非活性物质成本非活性物质成本：以结构件为例，2170电池壳体+盖帽2元，4680目前为10元左右，长续航M3需要用2170/4680电芯4400/960个，目前对应单车价值量8800/9600，因此单车电池结构件成本基本持平。后期量产后降价空间巨大（假设还能降本30%，单结构件就能比2170节省约2000元）。2170 vs 4680，Pack面积：2.7:2.57；Pack电量：95:82尽可能尽可能做高做高能量密度能
22、量密度：石墨+高镍能量密度283wh/kg（vs LG2170 247wh/kg），硅碳+83系高镍能量密度300wh/kg，91系目标350-400Wh/kg不同不同良率下能够做到的单良率下能够做到的单Wh成本成本：97%-98%的石墨+高镍 vs 95%方形：0.65 vs 0.6。60%-70%良良率的率的4680为为0.8-0.9生产生产过程中节约的成本过程中节约的成本主要是前段的干电极技术主要是前段的干电极技术：将正负极颗粒与聚四氟乙烯（PTFE）粘结剂混合，使其纤维化，直接用粉末擀磨成薄膜压到铝箔或者铜箔上，制备出正负极片。可省略繁复的辊压、干燥等工艺，大幅简化生产流程，提升生产效
23、率，节省成本4680主要对自动装配线改动较大主要对自动装配线改动较大，主要新增极耳揉主要新增极耳揉平和平和正负集流正负集流盘盘激光激光焊焊，单单GWh投资额投资额2.1亿亿，仅仅略低于略低于方形方形卷封卷封+ +点焊点焊清洗清洗活化活化套膜套膜混合混合搅拌搅拌辊压辊压涂布涂布注液注液烘干烘干入壳入壳滚槽滚槽开口化成开口化成干燥干燥焊集流盘焊集流盘+ +正极柱正极柱排气排气分切分切揉平揉平激光焊激光焊盖板盖板极耳模切极耳模切卷绕卷绕分选分容分选分容：Insidev，中信证券研究部1818产业链如何跟随？产业链如何跟随？整整车车资料来源：特斯拉官网，中信证券研究部特斯拉特斯拉2021年全年交付量年
24、全年交付量94万辆万辆，同比同比+87%。2022年交付量年交付量目标增长目标增长+50%特斯拉德州和柏林工厂已经开始试生产，本季度德州工厂将交付首批搭载4680的Model Y；同时，特斯拉2022年2月19日在社交媒体上宣布，1月份已生产出第100万块4680电池此前在2020年的Battery Day上，特斯拉曾计划到2022年电池产能达到100GWh，考虑到建设进度的延后，2022年有效产能约在5-10GWh美国造车新势力美国造车新势力Rivian和和Lucid Air均已应用均已应用2170电池电池，由三星由三星SDI供应供应，后续后续LG有望切入有望切入。宝马集团亦有宝马集团亦有4
25、695电池开发电池开发计划计划，将将在下一代车型上应用在下一代车型上应用区域区域工厂工厂生产车型生产车型当前产能当前产能当前配套供应商当前配套供应商是否自供电芯是否自供电芯北美FremontModel S/X100,000松下18654680试验线北美NevadaModel 3/Y500,000松下2170-亚洲ShanghaiModel 3/Y450,000宁德方壳，LG 2170-欧洲BerlinModel Y试生产LG2170、宁德方壳4680在建北美TexasModel Y/ Cyber Truck试生产-4680在建1919特斯拉特斯拉46804680电池需求测算电池需求测算产量（万
26、辆产量（万辆）20020202120212022E2022E2023E2023E2024E2024E2025E2025E中国产Model 3(Model 3(中国产中国产) )0.10.113.613.628.428.44040525260606565三元2170%78%35%32%30%30%30%铁锂%22%65%68%70%70%70%Model Y(Model Y(中国产中国产) )20203535454553536060三元2170%35%32%30%三元4680%32%35%铁锂%65%68%70%68%65%Model QModel Q（中国产）中国产）12
27、1225253535铁锂%100%100%100%美国产Model3Model3303023.723.722.422.43030353540405050三元2170%100%100%100%100%98%90%85%铁锂%2%10%15%Model YModel Y7 720.120.515555三元2170%100%100%90%63%45%35%三元4680%10%35%45%50%铁锂%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 truck8三元4680%100%100%100%Semi truckSemi truck2 23 34 4三元4680%100%100%100%欧洲产ModelYModelY05050三元2170%100%68%55%40%三元4680%30%37%45%铁锂%2%8%15%合计（万辆）合计（万辆）14.6 14.6 3737505093936304304358358特斯拉特斯拉46804680电池需求（电池需求（GWhGWh）5.85.857.857.89
29、8.798.7127.6127.6资料来源：特斯拉官网，中信证券研究部测算注：按Model Y/Cyber truck/Semi Truck单车带电量70/200/300 kWh测算2020产业链如何跟随？产业链如何跟随？电池电池厂厂对于特斯拉来说对于特斯拉来说，随着随着4680的推广的推广，将来在国内需要有两三家代工厂来实现更大的产能将来在国内需要有两三家代工厂来实现更大的产能各各大电池厂跟进布局大电池厂跟进布局4680电池电池，2023年有望迎来爆发元年年有望迎来爆发元年海外：特斯拉2020年9月率先公布，将于2022Q1开始交付搭载4680电池的Model Y；松下计划2022H1在日本
30、开始试生产4680电池，2023年进行量产；LG将在韩国梧仓工厂扩建4680电池产能，计划2022-2023年量产；三星SDI计划2024年实现量产，以色列公司Storedot2021年9月宣布成功生产出第一款4680电池，计划2024年实现量产国内：宁德时代正加快研发节奏，计划2024年量产；比克在2021年3月深圳CIBF上展出大圆柱产品，预计2023年量产；亿纬锂能2021Q4在荆门投产20GWh大圆柱电池产能项目，预计2024年可实现4680电池量产公司公司目标目标目标客户目标客户2020202242025特斯拉试点试点（70-80%）量产自用松下试点试点（70-
31、80%）量产特斯拉LG设计试点试点量产特斯拉、宝马三星SDI设计试点试点试点量产宝马宁德时代设计试点试点量产（无定额）特斯拉、宝马比克样品试点试点量产特斯拉竞价亿纬设计试点试点量产（无定额）宝马竞价Storedot样品试点试点量产Vinfast各电池厂各电池厂4680电池研发进展电池研发进展资料来源：SNE，中信证券研究部213. 4680驱动驱动高能量高倍率主辅材应用，为结构件和设备升级高能量高倍率主辅材应用，为结构件和设备升级带来新机遇带来新机遇I.I.主辅材主辅材II.II. 结构件结构件III.III.设备设备2222高镍正极：对能量密度的持续追求高镍正极：对能量密度的持续追求资料来源
32、： 蜂巢能源2323质量比容量质量比容量(mAh/g)体积比容量体积比容量(mAh/cm3)体积变化体积变化(%)对锂电位对锂电位(V)硅420097863200.4碳372837120.05钛酸锂17561311.6锡99472462600.6硅基优势：比容量大大提高硅基优势：比容量大大提高资料来源： 锂离子电池负极材料研究进展（李春晓），各公司公告，前瞻产业研究院，中信证券研究部硅基负极为未来方向硅基负极为未来方向阶段企业进度量产贝特瑞大批量供应核心客户，第四代硅碳负极材料正在研发中杉杉股份硅碳负极小批量出货，主要客户是CATL国轩高科公司目前已具备5000吨硅碳负极材料的生产能力石大胜华
33、硅碳负极项目进入试生产阶段中试/研发硅宝科技2019年建成50吨/年试生产线，2021年11月拟建设10000吨/年锂电池硅碳负极项目凯金能源具有成熟的量产技术工艺路线，建有新型硅基负极材料小试研究和量产产线，可实现一定量的客户订单生产及交付深圳斯诺公司硅碳负极研发处于完成中试阶段天津力神“高比能量密度锂离子动力电池开发与产业化技术攻关”开发的动力电池应用利用了硅碳负极材料信德新材已投资硅碳重点研发项目，提前布局技术迭代璞泰来计划投资50亿元开发新型负极、隔膜材料，在该项目中包括与中科院物理所合作的量产的硅碳负极材料硅基负极：下一代主流负极材料，硅基负极：下一代主流负极材料，4680量产带动需
34、求爆发量产带动需求爆发负极材料负极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间相碳微球中间相碳微球硅碳复合材料硅碳复合材料主要负极材料未来方向石墨类石墨类石墨烯石墨烯无定形碳无定形碳氮化物负极氮化物负极硅基负极硅基负极钛基负极钛基负极锡基负极锡基负极硅氧材料硅氧材料企业布局企业布局硅基负极材料作为理想的下一代负极材料硅基负极材料作为理想的下一代负极材料，纯硅比容量是石墨的纯硅比容量是石墨的10倍倍，但纯硅在充电过程中膨胀但纯硅在充电过程中膨胀近近3x，目前采用氧化硅目前采用氧化硅掺杂掺杂，目前掺杂含量约目前掺杂含量约5%，4680电池有望提升至电池有
35、望提升至10%以上以上2424首次库伦效率是硅碳负极的短板：首次库伦效率是硅碳负极的短板：锂电池在首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI)膜，永久地消耗大量来自正极的锂，造成电池容量的不可逆损失，目前石墨不可逆容量损失目前石墨不可逆容量损失6%，而对于而对于具有高比容量的硅具有高比容量的硅基负极基负极，不可逆容量损失不可逆容量损失甚至甚至10%20% 以上以上硅碳负极除首效低外硅碳负极除首效低外，循环过程中循环过程中SEI膜会膜会“呼吸呼吸”再生再生，降低循环寿命降低循环寿命，对补锂剂需求更强烈：对补锂剂需求更强烈：硅碳负极的膨胀相较石墨负极更为严重
36、，致使负极材料不断粉化、脱落，增加与电解液接触的表面积，因此形成的SEI膜更厚正极正极补锂的原理：补锂的原理：在正极合浆的过程中添加少量高锂容量、低脱锂电位的材料（补锂剂），在充电过程中Li+率先从补锂剂中脱出，抵消抵消SEI膜造成的不可逆锂损耗膜造成的不可逆锂损耗，提高电池的有效容量，弥补硅碳负极在首次库伦弥补硅碳负极在首次库伦效率上效率上的短板的短板资料来源：Generation and Evolution of the Solid Electrolyte Interphase of Lithium-Ion Batteries（ Satu Kristiina Heiskanen等）资料来源
37、： Mitigating the initial capacity loss and improving the cycling stability of silicon monoxide using Li5FeO4 (Linghong Zhang等)固体电解质像界面（固体电解质像界面（SEI）膜形成过程膜形成过程NCM添加添加LFO补锂剂后首效提升补锂剂后首效提升8pcts补锂补锂剂：补齐剂：补齐硅碳负极首次库伦效率短硅碳负极首次库伦效率短板板2525由于硅碳负极材料的导电性能差由于硅碳负极材料的导电性能差，因此需要添加碳纳米管因此需要添加碳纳米管（CNT）以增加活性物质之间的导电性以增加活
38、性物质之间的导电性，提升电池提升电池能量密度能量密度根据石墨烯片的多少根据石墨烯片的多少，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管：多壁碳纳米管具有较高的刚性碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管：多壁碳纳米管具有较高的刚性，而单壁碳纳米管而单壁碳纳米管柔韧性强柔韧性强、长径比更高长径比更高、有效添加量仅为有效添加量仅为0.1%，可有效解决硅碳电池在充放电过程中导致的体积膨胀和裂缝可有效解决硅碳电池在充放电过程中导致的体积膨胀和裂缝问题问题天奈科技目前是全球碳纳米管的龙头企业天奈科技目前是全球碳纳米管的龙头企业，公司已布局硅碳负极的导电浆料技术公司已布局硅碳负极的导电浆料技术，可转债方案落地
39、可转债方案落地，产能扩张将加速推产能扩张将加速推进；此外进；此外，化工企业化工企业如石大胜华如石大胜华、炭黑龙头黑猫股份等企业也在积极布局碳管炭黑龙头黑猫股份等企业也在积极布局碳管生产生产4680电池带来硅碳负极用量的提高电池带来硅碳负极用量的提高，将带动单壁碳纳米管的用量将带动单壁碳纳米管的用量，单壁单壁CNT粉体价格约为粉体价格约为1300万元万元/吨吨，在负极添加比在负极添加比例为例为0.1%左右左右资料来源：天奈科技招股说明书资料来源：天奈科技招股说明书单壁碳纳米管单壁碳纳米管多壁碳纳米管多壁碳纳米管碳纳米碳纳米管：管：硅碳负极硅碳负极将将拉动单壁碳纳米管的拉动单壁碳纳米管的用量用量2
40、626LiFSi：适用于高镍高压高倍率电池的新型锂盐：适用于高镍高压高倍率电池的新型锂盐资料来源：康鹏科技招股书，中信证券研究所LiFSI、LiPF6、LiTFSI性能对比性能对比4680电池应用高镍导致热稳定性降低电池应用高镍导致热稳定性降低、充放功率高要求电解液导电性能提升充放功率高要求电解液导电性能提升。三元正极随着镍含量提升热稳定性降低，结构稳定性变差。4680采用全极耳结构，追求高倍率性能。高镍高倍率对锂盐性能要求提升双双氟磺酰亚胺锂氟磺酰亚胺锂(LiFSi)为一种新型电解液溶质锂为一种新型电解液溶质锂盐盐，具有更好的具有更好的低温放电和高温性能保持低温放电和高温性能保持能力能力、更
41、更长的循环寿命长的循环寿命、更高更高倍率放电倍率放电性能性能、更更高的安全性能高的安全性能用量：用量：两种用途，1）1%3%， 一般可视为添加剂；2）3%5%，成为LiPF6成的辅助锂盐。一般而言，5/8/9系用量为0.5%-1%/1%-2%/2.5%。负极如果使用硅碳，用量有望达4%-5%价格价格： LiFSi已完成已完成50%降降本本，还有还有25%下探空间下探空间。此前由于其高昂的价格（售价40-45万元/吨）与六氟相比不具备经济性优势，由于供需不平衡，目前六氟价格已达58万元/吨，LiFSI具备阶段性相对经济性优势，但绝对值仍处于较高位。另一方面，LiFSI的降本仍在继续（2016年9
42、0万元/吨降至如今45万元/吨），目前LiFSI成本约20万元/吨，数据预测随着技术突破，2022年LIFSI售价有望降至35万元/吨以内，最终成本有望降至15万元/吨以内所属性能所属性能具体指标具体指标LiFSILiFSILiPF6LiPF6LiTFSILiTFSI基础物性分解温度20020080100氧化电压5V5V溶解度易溶易溶易溶电导率最高最高较高中等化学稳定性较稳定较稳定差稳定热稳定性较好较好差好电池性能低温性能好一般较好循环寿命高一般高耐高温性能好差好工艺与成本合成工艺复杂简单复杂成本高低高2727PVDF在电池中主要用在正极在电池中主要用在正极、隔膜中隔膜中，充当粘结剂充当粘结剂
43、正极：以油溶性PVDF为主，占到高达90%，用量占到正极材料的1%-3%。4680大圆柱电池高镍预计与2170相当隔膜：在接触负极侧加涂PVDF以增加粘性；1）提高硅碳负极粉的稳定性；2）贴得更紧，提升能量密度；3）提升保液性。假设PVDF涂层1m，PVDF密度为1.8g/cm ，1GWh用量约20吨粘结剂（非活性物质）用量过降低能量密度和导电性能，预计4680电池PVDF总用量增加至正极材料质量分数6%左右数据来源: 电池中国数据来源：沧州明珠官网PVDF在锂电池的主要应用在锂电池的主要应用PVDF陶瓷涂覆技术示意图陶瓷涂覆技术示意图PVDF：用量：用量增加，供需缺口扩大增加，供需缺口扩大2
44、828相比相比2170电池电池，4680电池结构件价值量提升电池结构件价值量提升4680各家方案不同，结构件定制化程度高，目前还是非标产品，价格提升（壳体+盖帽：2170 97%92%采购方式分开采购整套采购壁厚0.2mm0.6mm钢带预镀镍/后镀镍预镀镍2929全极耳因极耳排列紧密全极耳因极耳排列紧密，采用五金模切难度高采用五金模切难度高，且部分方案中极耳宽度沿着极片长度而变化且部分方案中极耳宽度沿着极片长度而变化，因此激光模切更适用因此激光模切更适用激光激光焊设备受益于焊设备受益于4680方案方案，叠加行业内主要电池厂亦规划有产能叠加行业内主要电池厂亦规划有产能，有望迎来量利齐有望迎来量利
45、齐升升4680方案增加了全极耳+集流盘的焊接，焊点数量相较于21700电池提高5倍以上，焊接设备数量增加3倍焊接工艺难度大幅增加，设备可能会从原来的脉冲激光器变为连续激光器，价值量增加国产壳体生产设备凭借高效率、价格和服务优势，有望在锂电结构件大幅扩产的阶段逐步形成国产国产壳体生产设备凭借高效率、价格和服务优势，有望在锂电结构件大幅扩产的阶段逐步形成国产替代替代例如宁波精达设备价格是海外同类设备的50%-70%；壳体拉伸设备方面以“一出多”方式生产，效率提升且节约原材料，同时预冲杯工艺可使整线效率提升。资料来源：联赢激光官网资料来源：宁波精达官网，中信证券研究部激光焊设备激光焊设备壳体生产设备
46、壳体生产设备设备：利好激光模切、激光焊设备：利好激光模切、激光焊设备与壳体设备与壳体生产设备供应商生产设备供应商激光激光模切模切设备设备资料来源：海目星官网304. 投资建议与风险因素投资建议与风险因素3131投资建议与风险因素投资建议与风险因素特斯拉特斯拉4680电池已实现量产电池已实现量产，有望引领产业变革有望引领产业变革。目前主流电池厂纷纷跟进目前主流电池厂纷纷跟进，预计预计2023年迎来爆发年迎来爆发。推荐4680布局领先的电池企业：宁德时代、亿纬锂能；推荐受益4680电池爆发需求提升主辅材供应商：中伟股份（高镍）、当升科技（高镍），璞泰来（硅碳）、杉杉股份（硅碳）、德方纳米（补锂剂）、科达利（结构件）、天奈科技（碳纳米管）、天赐材料（LiFSI）、新宙邦（LiFSI）建议关注贝特瑞（高镍+碳纳米管）、芳源股份（高镍）、斯莱克（结构件）、海目星（激光模切设备）、联赢激光（激光焊设备）、宁波精达（冲压设备）风险因素：风险因素：4680良率爬升不及预期，原材料降本不及预期，新能源汽车销量不达预期。
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