锂电池行业深度报告特斯拉引领4680趋势，关注材料结构件

　　（报告出品方作者：浙商证券，张雷、黄华栋、杨子伟）1圆柱电池工艺成熟历史悠久，特斯拉引领圆柱尺寸大型化
　　1。1圆柱电池最早实现商业化，兴于消费电子繁于电动车
　　圆柱型电池是商业化最早的电池形态，工艺成熟标准化程度高。圆柱电池是商业化最早、生产自动化程度最高、成本最低的一种电池形式。圆柱锂电池最早由索尼进行商业化生产，后续由松下于上世纪90年代发扬光大，广泛应用于消费电子，2009年松下消费电子用锂电产品业务亏损，开始转向与特斯拉合作开启了纯电动汽车圆柱电池时代。当前市面上常用的圆柱电芯为18650和21700两种，其中18代表电芯圆柱直径为18mm，65代表电芯圆柱高度为65mm，最后的0代表电芯为圆柱形。
　　充放电的本质是锂离子在正负极间的移动。放电时，锂离子从负极（阳极）穿过隔膜移动到正极（阴极），从负极转移到正极的锂离子越多，电池可以释放的能量就越多；充电时，在外加电场的影响下，锂离子从正极（阳极）穿过隔膜移动到负极（阴极），很稳定地嵌入到负极的石墨层状结构中。当正极转移到负极的锂离子越多，电池可以存储的能力就越多。在每一次充放电循环过程中，锂离子（Li）充当了电能的搬运载体，周而复始的从正极负极正极来回的移动，与正、负极材料发生化学反应，将化学能和电能相互转换，实现了电荷的转移，由于电解质、隔离膜等都是电子的绝缘体，所以这个循环过程中，并没有电子在正负极之间的来回移动，它们只参与电极的化学反应。
　　1。2特斯拉提出4680配套工艺方案，描绘电池制造理想蓝图
　　18650成功向21700迭代，当前技术竞争加剧亟需新的突破。18650锂离子电池自1994年问世以来，已经取得了巨大的成功，特斯拉的ModelS、X就是采用日本松下提供的18650电池。但18650电池受限于体积，容量提升空间较小，应用前景受限。2017年特斯拉宣布与松下联合量产新型21700电池，其保持了18650电池的高可靠性和稳定性，同时具有更高的能量密度，更低的成本，能更好的满足电动汽车的要求，全球锂电巨头的重点纷纷转向21700电池。当前在国内方形磷酸铁锂电池的冲击下，21700市场份额有所下滑，圆柱电池亟需寻找到新的突破点。
　　特斯拉提出的4680是包括工艺体系和材料体系的一整套解决方案。2020年9月电池日上，特斯拉提出一整套从材料到工艺制造的完整解决方案，工艺体系上提出4680大圆柱（原本是46800，马斯克省去最后一个0）无极耳CTC三位一体的解决方案，化学材料体系配套方面，使用高镍（无钴）硅碳负极并在正负极中添加粘合剂等辅材。4680在21700的基础上全方位进化。4680不仅在上一代21700基础上实现单体电芯能量、功率密度（对应快充、加速等性能）、能量密度及成本的跃迁，还在系统层面将成组效率、安全性（关键技术是全极耳）实现了优化，此外根据特斯拉研究者TroyTeslike的信息，20232024将会进步推出更高性能的圆柱电池，在系统容量、能量密度方面更进一步台阶。4680电池在21700基础上进行了全方位升级，有望引领新的一代电池革命。
　　尺寸升级：大尺寸的工艺改良实现提效降本。新圆柱尺寸4680，在21700的基础上直径和高度同时做了扩展，直径增加一倍多至46mm，高度增加至80mm，该尺寸是特斯拉工程团队经过遍历测试后考虑续航里程和成本后得到的相对平衡点，根据特斯拉电池日公布的数据，4680相比21700单颗电芯容量提升5倍，功率提升6倍，在整车层面实现了16的续航里程的提升，成本降低14，在单GWH投资成本方面降低7。
　　工艺创新：无极耳技术是4680工艺层面配套的核心技术。特斯拉工程团队将无极耳技术应用于4680圆柱电池（21700难以应用），实现如下效果：1）激光焊接缩短电子移动路径：21700只有两个极耳，整个极片的电子的传输只能通过两个极耳的通道，4680在电池两端接触面全部具备极耳的功能，利用激光焊接技术在铜箔上建立10个以上的链接点，缩短电流距离，达到减小内阻的目的；2）简化工艺提高效率：在移除极耳后，电池的绕制和涂料流程得到极大简化，不再需要因为极耳而中断生产流程，大幅提升生产效率；3）散热提升安全性强适用快充：无极耳技术下电池可以通过整个电芯导热（21700只能通过极耳侧散热），整个电芯的热均衡性能更好，安全性提升的同时，对热管理系统要求降低，更加适用于高温条件下的快充场景。无极耳技术被视为4680配套的核心技术，也是国内各个厂家急切需要攻破的关键环节。
　　工艺创新：CTC去Pack电池结构化，高效利用车内空间实现降本和提高能量密度的效果。电池包去Pack构造，取消原有的座舱地板取代以电池上盖，利用4680坚硬稳定的属性使其作为中心的结构件传递上下面板的压力，CTC使电池包具备能源设备和结构件的双重作用。CTC去pack节省电池组内部结构件的成本和空间，提高了电池组级别的能量密度，此外电池成为结构件后大大减少汽车结构件的需求数量，从而降低整车成本和重量，让非电池组成分变成负质量，为电池匀出更多空间，提高整车级别的能量密度。特斯拉CTC技术使车身重量减少10，续航增加14，零部件减少370个。
　　材料进阶：高镍硅基配套，硅改造掺杂剂降本改性。负极材料，特斯拉通过在冶金硅表面引入涂层包覆材料，低成本改造硅基材料成负极，特斯拉的包覆硅材料价格约1。2KWh，相对于硅氧、硅碳材料成本大幅降低，实现在电池组层面将每千瓦时成本降低5，最终提升电动车20的续航里程。正极材料，镍金属相比钴金属兼具比容量和成本优势，特斯拉优先采用高镍的正极解决方案，推进无钴正极的开发，利用新型粘合剂和导电剂，实现正极材料降本15的目标。
　　简化前端工序提出干法电极技术，省去高成本的匀浆、涂布、干燥环节。传统湿法电极技术前端工序需要把正（负）极材料、粘合剂、导电剂、溶剂和水进行混合，然后将浆料涂在箔上，在几十米长的干燥炉中进行烘干并回收溶剂，制备成正（负）级极片。传统工序经历溶剂混合和干燥提炼的两个逆向反应过程，特斯拉从第一性原理角度出发，直接从源头颠覆传统湿法电极制造技术，不用溶剂，省去湿法混合、干燥和提纯步骤降低成本，避免溶剂和粘合剂反应形成包围活性材料的粘结剂层（降低活性材料之间及和导电剂的接触，降低电极导电性能），提升导电性能、电极密度和容量，适用于高容量高倍率电池。特斯拉收购Maxwell公司进行干发电极设备工艺开发，预计干法电极工艺改进并量产后可使工厂占地面积和能耗减少至十分之一，投入成本大幅下降。24680大圆柱趋势确立，龙头布局23年迎来规模量产
　　2。14680高镍硅基路线有望成为高端长续航车型主流技术路线
　　动力电池的性能决定整车性能，整车性能需求决定怎么定义动力电池性能，下面从安全性、续航里程、低温可靠性、快充和成本几个角度分析对比4680高镍硅基与大方形磷酸铁锂之间的优劣。圆柱电芯在主流形态中热安全和机械安全性最高。1）单体电芯角度，与方型软包对比，圆柱电芯单体最小可以分散风险，此外，面临热膨胀时整个壳体均匀受热，不会出现方型电池侧面鼓胀、电池变形寿命下降的问题；2）模组级角度，圆柱电芯以蜂窝式排列，电芯之间留有天然空隙（热交换面积），此外每个单体有独立的定向泄压装置，保证单体电芯发生热控时不会蔓延到周围产生连锁反应；3）机械性能方面，圆柱电芯的壳体可提供一定的结构刚性，在受到外部冲击时形成有效的缓冲，使得形变不容易侵入电芯的内部，这使得蜂窝状排列的大圆柱电芯成为CTPCTC等技术路线的理想选择。
　　大圆柱的安全性高，能承受高能量密度化学体系。能量密度通常和电池的稳定性安全性呈反向关系，三元和方形都属于高能量密度体系，在安全性方面弱于铁锂和圆柱，方形的平行结构在使用高镍硅基等高能量密度体系时会随着使用而逐渐鼓胀，严重影响整包的安全性能，过去用于方形电池屡屡出现事故足以说明电化学体系和电池封装体系互补的重要性。圆柱电芯结构对称，可以有效的束缚住卷心在半径方向上的膨胀和内部的气压，使得电芯可以保证在整个生命周期不发生形变，圆柱电芯的高安全上限，使得它可以支持更高能量密度的化学体系，从而补足成组效率略低的短板。高能量密度的高镍材料低温适应性强。续航里程除了理论能量密度外还需要考察不同场景，研究表明在20时，磷酸铁锂电池容量只能达到常温的13，锂离子扩散系数较常温下下降两个数量级，当温度下降到40时，磷酸铁锂只能保持常温容量的20，磷酸铁锂的低温性能差主要是由于其本征电导率和锂离子的扩散系数都很低。
　　4680高镍硅基电池成本下降可期，未来有望成为长续航里程车型主流技术路线。我们根据鑫椤资讯产业链2022年3月11日价格及相关假设做动力电池成本测算，假设两者折旧人工其他制造费用相同，只考虑材料端的差异，8系三元硅基负极电池成本为0。97元Wh，相比5系三元人造石墨电池0。96元Wh成本主要高在硅基负极和新型电解液成本上，按照特斯拉对未来电池技术方案及产线的设想，考虑材料端降本和生产工艺的升级，4680高镍三元硅基负极电池成本有56的下降空间，对应0。43元Wh，根据特斯拉的公开官方描述情况，特斯拉认为4680有望在22年可与竞品同台竞争，23年超越竞品。我们认为伴随材料成本下降和规模效应，4680高镍硅基体系的综合成本有望持续下降，在高端长续航里程车型中4680高镍硅基有望成为主流技术路线。
　　CTC技术是加强版的CTP，可进一步提升整车续航降低成本，为下一代电池厂和整机厂竞争的关键技术。继2019年CTP被提出后，2020年宁德时代公布了关于电池结构的开发路线图，除了第二代、第三代CTP电池系统以外，还提出了CTC电池系统。具体来说，CTP技术是将电芯直接集成到PACK箱体省去模组，CTP与传统结构电池相比可以减少零件数量（40），提高空间利用率（1520），从而提高能量密度（1015）降低电池包成本（1015），目前CTP可同时配套三元和磷酸铁锂两种电池体系，已经在Model3、蔚来等多款车型上车使用。CTC是将电芯直接集成到车底盘同时省去模组和电池包，相当于加强版CTP，进一步节省成本提升续航，除CTP和CTC以外，特斯拉电池日提出的一体式压铸车身是将电芯直接铸入到底盘结构里，综合来看CTP、CTC、一体化压铸都是物理结构层面创新，其原理都是加大电芯放置的物理空间提升续航，与材料体系不直接相关；我们认为CTC技术是未来电池企业之间必争高地，更是主机厂和电池厂之间博弈的关键技术，率先掌握的CTC技术并量产应用的企业将会显著提升自身在产业链中的议价权和竞争力。
　　2。2特斯拉领衔4680装机，全球车企蓄势待发
　　柏林与奥斯汀两大超级工厂投产，产能瓶颈打开。特斯拉德国柏林工厂于2022年3月22日投产，设计年产能50万辆，当前计划生产ModelY并搭载4680电池（前期4680产能不足时使用21700暂时替代）；美国得克萨斯州奥斯丁工厂于2022年4月7日举办开工仪式，设计年产能100万辆，其中50万辆ModelY（2022年开始交付），30万辆Cybertruck（2023年开始交付）；上海工厂方面，特斯拉5月1日向上海临港区递交的感谢信中透露将新增45万辆年产能，7月度产量约7万辆（对应年化产量84万辆），22年第一季度公开交流中表示规划150万辆，预计远期有望达到200万辆；此外还有TeslaSemi（2023年）、Roadster（2023年）、Robataxi（2024年以后）相继量产，具体工厂未公布。综合来看，我们预计22年底名义产能超过200万辆，23年低近300万辆，特斯拉产能瓶颈打开。长期角度，特斯拉计划2030年电动车销量达2000万辆，以2021年销量测算，2130年共9年销量CAGR达41，匹配销量计划在已有单地区超级工厂扩容更具备规模优势和成本优势，保守估计伴随各大超级工厂扩容2025年底产能突破450万辆。
　　特斯拉率先提出4680，未来将在自己的车系内规模化使用，特斯拉相关车系销量将对4680构成筑底需求，我们对特斯拉用4680需求进行了测算，关键假设和结论如下：
　　1）销量假设：产能端：马斯克公开发言表示抑制特斯拉订单最大的问题在于产能，22年将集中解决产能扩张问题，近几年产能高增，通过对各工厂产能投放进度汇总，我们预计22年底产能突破200万辆，25年底特斯拉总产能460万辆。销量：已有车型销量与相应工厂的生产计划和产能规划相匹配，预计Cybertruck和SemiTruck于2023年开始交付。由于2225产能限制销量，我们通过产能来预计销量，预计22232425年销量分别为136218297374万辆。
　　2）配套电池解决方案假设：根据电池日信息，特斯拉远期将计划形成三种电池解决方案，1）磷酸铁锂，针对中程续航以及对能量密度要求低的储能领域；2）镍锰（23镍，13锰），折中方案，用于中长程续航；3）高镍（100），针对长续航里程的乘用车、卡车、商用车。当前镍锰还处于概念阶段，我们预计方形铁锂会成为特斯拉中低续航乘用车型的标配，广泛用在ModleY和Model3的标准续航版上；三元21700目前是高续航乘用车的解决方案，未来伴随4680无极耳CTC成套解决方案的成熟以及相关产能配套落地，在ModelY和Model3的高续航车型上4680高镍硅碳将逐步替代21700三元石墨，卡车Cybertruck和商用客车SemiTruck预计23年推出，预计全部采用4680护航。
　　全球车企加速布局，25年装机预计达492GWh。目前电动车企客户对大圆柱电池的布局大致分以下几类，1）第一梯队处在量产的前夜，以特斯拉公司为代表，预计于2022年正式装车投放市场；2）第二梯队处在实质的立项研发阶段，预计于23年内左右量产装车，如宝马等，宝马明确计划2025年在其新一代电动平台NeueKlasse（NewClass）上新型圆柱电池；3）第三梯队是处在收集信息，市场调研以及可行性评估阶段。目前大部分的新能源车企处在第二和第三梯队。当前有很多大型的新能源车企在未来的510年已经敲定了经济型采用方壳或刀片磷酸铁锂电池，中高端采用高镍三元加硅负极大圆柱电池的布局。随着技术工艺进步及产业链配套成熟，特斯拉作为行业的标杆充分发挥示范效应，我们预计2025年4680电池占整体渗透率达30，2025年全球装机达492GWh。
　　2。3多家电池企业深度布局，2023有望迎来规模量产
　　日韩三巨头圆柱份额全球领先，特斯拉自制4680带动大圆柱趋势。根据EVTank数据，2021年全球圆柱电池市场主要被松下、LG和三星SDI三家占据，松下和LG主要系特斯拉新能车销量带动排名遥遥领先。特斯拉原计划22年底4680产能达100GWh，2022年第二季度已经在德州工厂开始向客户交付带有4680电池组的ModelY，头部电池厂商纷纷跟随加码4680电池阵营，包括松下、LG新能源、三星SDI、宁德时代、亿纬锂能、比克电池均已经深度布局4680电池，从投产规划来看，20222024年规模级的4680产线将陆续投产。
　　特斯拉领衔投产4680配套ModelY，远期规划成为电池汽车一体化巨头。22年2月，特斯拉宣布在美国加州试点工厂下线第100万个4680电池，开启大圆柱电池规模生产的新阶段。4月8日马斯克在德州超级工厂开工时发言，德州工厂生产的电池配套该车厂ModelY及未来其他车型，实际上4月首批装载4680电池组的ModelY在德州工厂实现交付。特斯拉将把德州超级工厂打造成世界上最大的电池工厂，按照此前规划，预计在2022年底达产100GWh，远期产能甚至可能达到200GWh250GWh。8月初特斯拉股东大会上，特斯拉透露因为某些新技术亟需攻破生产效率有待提高，今年年底才能实现量产，略慢于预期。长远来看，考虑到全球每年需要20TWh25TWh持续1015年的生产才能完成可再生能源过渡（合计300TWh电池产量），特斯拉计划在2030年预计达到3TWh（3000GWH）产能，成为车企电池一体化巨头。
　　松下与特斯拉在圆柱电池上合作历史悠久，有望首批量产4680供应。松下与特斯拉的合作以2010年入股特斯拉为起点，2012年开始量产18650并为特斯拉ModelS配套，2017年下半年特斯拉与松下合资建设的内华达州Gigafactory投产，生产圆柱21700电池配套Model3，该款电池帮助特斯拉实现产品能量密度的大幅提升和成本的降低，松下再和特斯拉相互协作推进电池技术革新的同时，产销量大幅提升，至今为止，松下21700累计产量已经接近18650。下一代技术路线上，松下计划通过正极无钴化、硅碳负极和大尺寸推动电池能量密度提升，与特斯拉的4680在工艺和材料方面匹配度极高，事实上，目前松下和特斯拉在4680上已经展开紧密合作，2022年5月，松下完成了原型开发，开始试生产线的运行。在批量生产之前，它已经向特斯拉发送了4680圆柱电池的样品。产能建设方面，松下宣布将在其位于日本西部的和歌山工厂投资800亿日元（约7亿美元）新建两条生产线来生产4680电池，年产量10GWh，每年可以为15万辆汽车提供动力电池，该部分产能优先供给特斯拉，预计2024年3月之前实现量产，此外在美国本土目前与特斯拉共同投资建设的内华达州电池工厂的年产能是39GWh，主要生产21700电池，计划投资约40亿美元在美国堪萨斯州建立其第二家电动汽车电池工厂，预计将在该工厂为特斯拉生产4680电池。松下远期计划到2028年将其动力电池产能从目前的50GWh年提升23倍。
　　亿纬锂能圆柱电池多年积累，规划20GWh46系圆柱产能。亿纬锂能在圆柱电池领域有超过20年的生产经验，从18650到21700再到46800，方形磷酸铁锂和4680大圆柱电池是公司未来发展的核心。当前亿纬锂能已通过中试线完成了大圆柱系统产品的试生产布局了4680与4695两大型号，8月2日亿纬首件搭载自主研发46系列大圆柱电池的系统产品在研究院中试线成功下线。目前亿纬锂能的46系列大圆柱电池已取得国内外多家知名客户的定点或签订框架合作协议，主要客户即将完成产品整体验证，全过程验证预计于2023年至2024年陆续完成，9月9日公告定点情况，公司将为德国宝马集团NeueKlasse系列车型提供大圆柱锂离子电芯，成为宝马将于2025年上市的新系列电动汽车电池在欧洲的主要供应商。亿纬锂能此前曾公开表示，预计2023年产能释放20GWh，2024年达到40GWh，公司近期在建产能为湖北省荆门市建设20GWh46系电池产线（拟投资44亿元）。
　　比克电池深耕圆柱电池，积极拥抱大圆柱。比克电池深耕圆柱电池17年，在19年确定把圆柱电池做大作为中高端电动车电池解决方案，2020年初开始向高端客户推介。比克的46系列产品覆盖80120mm，能量密度覆盖270285Whkg，1080的快充最慢20min。其中4680大圆柱电池预计2022年规模量产，预计未来几年将产能扩充至80GWh。
　　2。4焊接和干发电极是关键技术，良率和高能量密度体系储备奠定竞争优势
　　从表面上看大圆柱电芯制造的各道工序，无论是相比于传统的小圆柱电芯，还是其他形态的电芯，都变得了更加简洁和高效，但实际上大圆柱电池几乎对部分工序都提出了更高的技术要求，机遇和挑战是一体两面的。焊接工艺的规模化和一致性是核心难点。工艺上变化较大且要求较高的就是焊接技术，包括电阻焊、激光焊、超声焊等，目前4680生产工艺相对壁垒较高的就是激光焊接，4680相比21700在焊接数量和难度都大大提升，激光焊接要保证铜箔、铝箔跟集流盘的激光焊的完整性、电池内部的均匀性和致密性，同时要保证没有金属残渣残留在电池内部，大圆柱电池在某种意义上是随着焊接技术的逐渐成熟而应运而生的，焊接质量的好坏直接决定电芯的内阻自放电、密封性能，从而决定了电池包的性能。
　　干电极匀浆过程中活性材料的团聚现象仍是大圆柱规模量产的一大挑战。前段干电极技术是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，提升生产效率，节省成本。当前特斯拉在突破干电极技术方面遇到一定障碍，干电极技术的突破将成为4680降本、量产的关键。良率是制约行业量产的关键瓶颈，有高能量电化学体系积累的电池厂具备优势。良率是衡量制造业规模量产的关键参数，通常锂电池制造需要达到95以上的良率量产才具备经济性，目前特斯拉在加州弗里蒙特工厂试制备的4680电芯的良品率已经从最开始的20左右逐步攀升至92，国内布局4680的电池企业目前还处于B样阶段，良率在50附近，焊接的高壁垒、生产一致性难度提高等导致国内电池厂的良率卡壳，未来还需要国内电池企业和设备厂商共同推进。此外4680未来主要搭配高镍和硅基负极材料体系，要求电池企业在新型材料有技术储备，制造工艺配合材料体系，发挥出4680的竞争优势。综合来看，未来率先良品率达标并可实现高能量密度体系量产的企业将成为4680技术革命的充分受益者。3高镍硅基成长空间打开，相关辅材、结构件充分受益
　　3。1硅基负极：受益4680有望指数增长，爆发前夜多领域企业加速布局
　　伴随新能源汽车对续航能力要求的提高，负极向着高比容量的硅基负极方向发展。高端石墨负极克容量已经达到365mAhg，基本接近石墨的理论比容量372mAhg，硅的理论比容量为4200mAhg，使用硅基负极材料的锂电池在能量密度、续航能力等方面具有显著的比较优势，此外硅还具有脱锂电位相对较低（0。4V）、环境友好、资源丰富等特点，被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。目前主要通过与石墨负极材料复合使用，主流掺杂比例在56，复合后的可逆容量为370～420mAhg，根据《高能量密度锂离子电池硅基负极材料研究》（陆浩，2019），高镍三元811（200mAhg）叠加硅基负极（800mAhg）相比纯石墨（372mAhg）电池能量密度从272Whkg提升至302Whkg，提升幅度11。
　　热膨胀限制硅材料负极发展，SiO和SiC是主流路径。硅材料在实际应用过程中存在较多问题，主要在于硅的体积膨胀问题。硅在满嵌锂后体积膨胀为320（碳材料只有16），巨大的体积膨胀会延伸出容量衰减、导电性能差、循环性能差等问题，目前有多维度的纳米化硅、氧化亚硅材料、硅的碳包覆、硅金属合金以及配套硅负极使用的新型导电添加剂、新型电解液和新型粘接剂、补锂剂等解决方案，未来最有希望实现较大规模应用的发展方向主要是是氧化亚硅（SiOC）和纳米化硅碳（SiC），硅碳通过纳米化成小颗粒更好的释放膨胀压力，氧化亚硅减小硅颗粒度增加缓冲层减少膨胀影响。硅基负极生产工艺复杂，标准化程度低。较石墨负极材料而言，硅基负极材料制备工艺复杂，目前没有统一的标准化工艺。硅碳负极材料是将纳米硅与基体材料通过造粒工艺形成前驱体，然后经表面处理、烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成的负极材料。硅氧负极材料是将纯硅和二氧化硅合成一氧化硅，形成硅氧负极材料前驱体，然后经粉碎、分级、表面处理、烧结、筛分、除磁等工序制备而成的负极材料。
　　新能源车动力电池高景气驱动，硅基负极有望呈现指数级增长。4680大圆柱电池以及长续航快充车型的规模化量产，叠加硅基负极产业链扩产提速，将推动硅基负极材料进入爆发式增长通道。有望在动力电池领域开辟出指数级增长通道。我们预计2025年硅基负极（复合后）需求量达37。26万吨，市场规模达330亿元，2125年需求量CAGR达97，纯硅（不掺杂，SiOx，NanoSi）25年需求量达4。84万吨，市场规模达95亿元，2125年需求量CAGR达151，关键假设如下：1）硅基负极渗透率：我们预计硅基负极将在4680大圆柱电池上大规模应用，预计其在动力电池负极材料中渗透率趋势同4680大圆柱电池在动力电池中渗透率，2025年达18；2）硅基负极单耗：硅基负极比容量高于人造石墨负极，相同容量的电池包所需硅基材料更少，假设2021年硅基材料单耗为1220吨GWh，未来随硅基材料掺杂率上升，单耗呈下降趋势下降；3）非动力领域硅基负极应用：根据GGII数据，2021年出货量1。1万吨，且主要应用在高端3C数码、电动工具，假设在非动力领域以15的速度增长；4）硅基负极单价：当前实际使用的是将硅基材料和碳基材料混合后的硅基负极（混合后），所以理论上硅基负极的定价（仅材料端）取决于纯硅价格、石墨价格以及硅基材料掺杂率，根据鑫椤资讯数据，当前按照5掺杂得到的硅负极材料，国内价格13。5万元吨（含税价），假设21年售价为13。5万元吨，综合考虑掺杂率提升及量产降本对硅基负极价格的影响，假设未来售价每年降幅10。5）硅基负极掺杂率：当前主流掺杂比例为5，4680大圆柱电池拔高电池安全性能上限、辅材体系的升级等拔高硅基负极掺杂率，我们预计2025年总体掺杂率达13；6）纯硅负极价格：根据凯金能源招股说明书，2021上半年不含税销售单价为30。3万元吨，我们假设2021年单价为30万元吨，未来售价每年降幅10。
　　目前国内有效产能规模较小，多领域企业争相布局。国内目前硅基负极产能达1。52万吨，远期规划近20万吨，当前具备量产并得到客户验证的有贝特瑞、杉杉股份、凯金能源、硅宝科技等少数几家。国内硅基负极电池产业化正在稳步推进，目前布局企业主要有这几类：一是现有石墨类负极企业，如贝特瑞、璞泰来等；二是科研院校创始团队，如天目先导、壹金新能源等；三是电池企业，如宁德时代、国轩高科等；四是化工企业跨界或硅材料企业切入，如石大胜华、硅宝科技等，未来具备技术和产能优势的企业将具备较强竞争优势。
　　3。2高镍三元：与4680相得益彰安全性能提升，长期成长空间打开
　　4680补足高镍体系安全短板，打开高镍三元发展空间。三元材料中的钴材料起到稳定结构的作用，不参与电化学反应，降低钴占比提升镍占比可以实现在提升电池能量密度的同时还可以降低成本，但与此带来的问题是高镍三元材料的不稳定性，事实上安全性问题己成为制约三元特别是高镍三元锂离子电池在电动汽车领域应用的主要障碍。4680大圆柱电池的封装结构具有较高热安全性和机械性能，大大降低了高镍三元应用的风险，为高镍三元保驾护航，我们预计4680将打开三元长期成长空间，高镍三元在续航里程要求高的中高端电动车市场将成为主流。
　　高镍三元渗透率稳步提升，竞争格局相对常规三元较优。受益于欧美新能源市场的起量以及海外车企对高镍电池的青睐，国内高镍材料的需求量快速提升，2021年国内以811及NCA为代表的高镍三元材料市场渗透率稳步提升，全年渗透率由2020年的22提升至2022上半年的42。具体到竞争格局，2022上半年容百科技、天津巴莫、贝特瑞是占据高镍市场的前三位，在产能规模和客户结构方面领先优势明显，贵州振华、广东邦普、长远锂科等企业在今年同样开始发力，比起整体三元材料，高镍部分的市场集中度较高，2022上半年CR5集中度达到了82，三元仅59，主要受高镍材料技术门槛较高以及产品差异化的影响，预计在在技术、产能和客户有领先优势的企业市占率将稳步提升。
　　3。3导电剂碳纳米管：补足4680体系短板，替代传统导电剂趋势确立
　　导电剂可提升电子导电率，是提高正负极的导电性的必要手段。导电剂可以增加活性物质之间的导电接触，提升电子在电极中的传输速率，从而提升锂电池的倍率性能和改善循环寿命。锂电池正极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，他们通常是半导体或者绝缘体，导电型较差，必须加入导电剂改善导电型能；负极石墨材料的导电型稍好，但在多次充放电中石墨材料的膨胀收缩使石墨颗粒间的接触减少，间隙增大，甚至脱离集电极，部分失去活性无法参与电极反应，所以也需要加入导电剂保持循环过程中的负极材料导电型稳定。锂电池目前常用的导电剂主要包括炭黑类、导电石墨类、VGCF（气相生长碳纤维）、碳纳米管以及石墨烯等。其中，炭黑类、导电石墨类和VGCF属于传统的导电剂，碳纳米管和石墨烯属于新型导电剂材料，不同类型导电剂由于空间结构、产品形貌、接触面积不同，其导电性能和对锂电池能量密度、倍率性能、寿命性能和高低温性能影响不同。石墨烯通常和纯碳纳米管复合成石墨烯复合导电浆料用于磷酸铁锂动力电池，镍钴锰三元动力电池上则直接使用碳纳米管。
　　碳纳米管相比炭黑性能优势显著。1）延长锂电池循环寿命：碳纳米管作为空心管状结构，能够提升极片的吸液性，从而降低电池使用过程中的电解液损耗，从而提升其寿命性能；2）提升能量密度：同等效果目标下，碳纳米管的用量仅为传统导电剂的1612，碳纳米管导电剂添加量最低可达0。5左右，并能降低PVDF粘接剂的用量，从而提高正极活性物质的占比，进而提升锂电池能量密度，等效提升能量密度；3）提升锂电池倍率，改善快充性能：碳纳米管具有更优的导电性能，由于碳纳米管形貌为一维管状结构，长径比和比表面积大，作为导电剂能与活性物质形成线接触并能固定正极材料，相较于炭黑导电性能更优，能有效提升锂电池倍率性能，提升充放电效率，改善快充性能。4）高温性能更优：由于碳纳米管有着优异的导热性能，能够将电池中的热量较好传导出来，提升电池的高温性能。
　　补足高镍硅基体系导电性能及倍率短板，高能量体系内加速替代炭黑。高镍硅基是动力电池突破能量密度瓶颈的主线，由于高镍三元正极材料及硅基负极材料的导电性能相对较差（硅基负极导电型弱于天然及人造石墨）且倍率较低，为尽可能降低对动力电池能量密度和循环寿命的影响，需要添加导电性更为优异的碳纳米管导电剂来提升导电性能、改善循环寿命、提升倍率。目前碳纳米管导电浆料在硅基负极中表现出良好的性能：1）碳纳米管高的机械强度能够提高硅基负极材料结构的稳定性，在外力的作用下结构不易破坏，降低硅材料膨胀带来的危害；2）碳纳米管优异的导电性能，可弥补硅基负极导电性差的不足；3）碳纳米管极大的比表面积可以有效的缓解硅基负极在锂离子脱嵌过程中硅材料结构的坍塌。综合来看，CNT有望在高能量电池材料体系中加速对传统炭黑导电剂的替代。
　　CNT需求4年3倍，龙头充分受益。国内2021年CNT浆料出货量为7。80万吨，同比增长62，1621年CAGR达42，主要受益于：1）动力电池市场的高速增长；2）三元高能量密度材料体系占比的提升（三元动力锂电池新型导电剂主要以碳纳米管为主）；未来伴随电动车快充性能需求提升以及高镍硅碳占比提升拉动，根据GGII预测，多壁碳纳米管浆料2025年出货量有望达32万吨，2125年CAGR达42。国内碳纳米管厂商主要由天奈科技、集越纳米、德方纳米等，天奈科技对比同业具备技术和产能优势，2021年出货量市占率达43是行业绝对龙头，有望充分受益行业增长趋势。
　　单壁碳纳米管相比多壁碳纳米管使用效用事半功倍，有望成为下一代导电剂。目前，国内碳纳米管厂主要的竞争点是制备长径比（更大）、纯度（更高），现阶段市场上的碳纳米管基本为多壁碳纳米管，而单壁碳纳米管因为直径更小、长径比更大，理化性能更优、导电性能更好、添加量更少，对能量密度和循环寿命提升效果更为明显。根据OCSiAl数据，低于0。1的TUBALL单壁碳纳米管添加量即可提供更高的能量密度，多壁碳纳米管或炭黑添加量是其550倍。在目前电动汽车电池包中，仅100g的TUBALL单壁碳纳米管就可代替5kg的导电炭黑。1）解决硅基材料负极循环寿命差的问题，从而提升硅材料掺杂率上限，最终带来电池能量密度的提升：单壁碳纳米管具有高附着力，对硅基材料膨胀的忍受程度强，可延长硅负极循环寿命4倍，相比其他传统导电剂更适用于硅基负极材料中，在加入低剂量的情况下即可在材料内部形成发达网络的能力，覆盖硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接，大幅提升负极硅材料掺杂率的理论上限，为硅负极提高能量密度保驾护航。目前单壁碳纳米管可以制造出内部含有20SiO的硅基负极，使其比容量提高至600mAhg，循环次数达到1500。此外，OCSiAl研发团队测试结果验证，可以将负极中的SiO含量提高到90；2）在正极中有做导电剂提高关键参数：单壁碳纳米管的性能优于其他导电剂，在锂离子电池中提供放电功率、能量密度、附着力安全等方面的性能，其对性能的提升大幅领先传统的导电添加剂炭黑或多壁碳纳米管。
　　3。4电解液LiFSI：高镍三元领域，有望替代传统六氟磷酸锂
　　电解液是锂电池重要主材，目前LiPF6是常用的电解质。电解液是锂电池四大主材之一，电解液在锂离子电池正、负极之间起到传导锂离子的作用，是锂离子电池的血液，对锂离子电池的能量密度、比容量、工作温度范围、循环寿命和安全性能等起到重要作用。电解液也由溶剂、电解质锂盐和添加剂按一定比例配置而成。锂盐决定了电解液的基本理化性能，是电解液成分中对锂离子电池特性影响最重要的成分。根据性能要求不同，锂盐可以采用单一种类锂盐、混合锂盐或把另一种锂盐作为添加剂。目前考虑到成本、安全性等因素，LiPF6凭借其较高的电化学可靠性、室温范围工作要求以及产业化规模效应带来的价格优势，成为目前最为常用的电解质锂盐。
　　LiFSI混合LiPF6全方位提升电池的极端温度性能、充放电性能、循环寿命和安全性能。LiPF6目前存在低温放电和高温性能差的情况，LiFSI与LiPF6相比，具有更好的热稳定性、电化学稳定性，以及更高的电导率，若将LiFSI作为电解质与LiPF6配比加入到电解质中，能够显著改善循环寿命，提升电动车在夏冬的续航与充放电功率，并改善新能源汽车在极端条件下的安全性。1）更好的低温放电和高温性能保持能力。锂离子动力电池电解液的低温和高温性能是影响新能源电动汽车在极端温度下性能的重要因素，决定着锂离子动力电池及新能源电动汽车在低温或高温条件下的性能表现。添加有LiFSI的电解液可有效提升新能源电池在极端温度条件下的适应能力，从而提升新能源电动汽车的高温或低温环境中的动力表现与续航能力，增加了新能源电动汽车的应用场景。
　　2）更长的循环寿命。LiFSI具有非常稳定的化学性质，并且能与正极和负极形成稳定的SEI膜（首次充放电时在电极材料与电解液之间形成的膜），减少了电极与电解液之间副反应发生的可能性，从而有利的保障了正极和负极的循环稳定性。添加有LiFSI的电解液在充放电过程中对电池材料的损耗较少，可以增加锂离子动力电池的充放电次数，提升新能源电动汽车动力电池的使用寿命。
　　3）更高倍率放电性能。大电流高倍率放电是锂离子动力电池的重要性能指标，影响着电池的瞬时输出功率，进而影响新能源电动汽车的瞬时动力输出性能。加入LiFSI的电解液具有更高的电导率和更低的粘度，因此在高倍率放电时，LiFSI混合电解液电池的放电容量相比于LiPF6单一电解液更高。在动力电池电解液中添加L
　　4）更高的安全性能。安全性能是锂离子动力电池最重要的指标之一，锂离子动力电池在短路、高温等条件下容易引发电池热失控，从而引起电池的燃烧、爆炸等安全事故。LiFSI混合电解液的阻抗更低，在遇到特殊情况下产生的热量较少，不容易产生爆炸。LiPF6热稳定较差，在高温下易发生分解产生PF5气体，而添加有LiFSI的电解液热稳定性更强，同时也会抑制气体的产生，可以减弱在高温条件下发生化学反应的强度，显著改善电池的安全性能，从而提升新能源电动汽车整体安全性能。
　　LiFSI可以稳定高活泼性金属镍，提高高镍三元电池的安全性。高镍三元电池是高能量体系的主要解决方法也是未来发展趋势，但由于镍离子的高化学活性，存在产气、破换固体电解质面膜（SEI膜）、反应后改变电池物理形态等问题，安全性是高镍三元最大的应用瓶颈，添加有LiFSI的新能源电池电解液可以使活性极强的镍电极材料保持稳定，改善三元电池性能，可提升三元电池的热稳定性、电化学稳定性及电导率，改善高低温适用范围、循环寿命，提高电池高功率放电性能以及安全性。LiFSI目前可作为三元电池中的主盐或作为辅盐搭配常用电解质LiPF6使用。
　　3。5结构件：大圆柱提高竞争壁垒，龙头强者恒强
　　结构件是锂电池重要组成部分。锂电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和精密结构件等组成，其中精密结构件主要为铝钢壳、盖板、连接片和安全结构件等，是锂电池及锂电池组的主要构成材料之一。动力锂电池精密结构件具有高尺寸精度、高表面质量、高性能要求等特性，作为锂电池外壳，起到传输能量、承载电解液、保护安全性、固定支承电池、外观装饰等作用，并根据应用环境的不同具备可连接性、抗震性、散热性、防腐蚀性、防干扰性、抗静电性等特定功能。精密结构件的生产须经过精密模具设计及制造、精密冲压、精密拉伸和注塑成型等主要工艺和流程。
　　受国内外特斯拉搭载4680圆柱电池的车型拉动，预计海外市场25年圆柱占比达40，国内供应链部分从方向转向圆柱，预计25年圆柱占比达30，根据宁德时代2017年数据，假设结构件成本4。5，下降幅度同宁德时代锂电池销售单价降幅，测得2020年圆柱结构单Wh成本为0。036元Wh，伴随未来电池大型化带来结构件耗用量下降，假设圆柱结构单Wh成本每年降幅2，最终测得2025年全球圆柱动力电池结构件市场规模达157亿元，2025年CAGR达67。
　　科达利：深耕结构件数十载，产能客户遍布全球。科达利主要生产方形及圆柱形动力电池精密结构件，2007年起，公司就与新能源汽车厂商和动力电池厂商开展研发，拥有高精密度、高一致性的生产工艺，以及先进的冲压加工、拉伸加工、注塑加工和模具制造技术，目前已经在国内各地区、德国、瑞典、匈牙利等建立了全球十二大生产基地，客户覆盖知名电池厂如CATL、LG等，根据科达利公告，目前公司具备大圆柱电池4680电池结构件的生产能力，且已获国内外大客户定点，预计会在2022下半年量产，其主要供给欧美客户。凭借全球领先的工艺积累和全球的销售网络，有望充分受益圆柱结构占比提升。
　　斯莱克：电池与易拉罐的生产异曲同工，跨界应用有望颠覆原有生产线。特斯拉电池日宣布积极引进类似易拉罐生产似的高效率生产线，以实现大圆柱对产线生产效率、稳定性和一致性的要求，相应的，国内易拉罐设备龙头斯莱克正积极推进易拉罐制造技术在电池壳生产商的应用，斯莱克专注于高速易拉罐量产设备，技术成熟，其易拉罐生产工艺要求目前高于电池壳生产工艺，在转向电池壳生产工艺过程中没有实质性的技术障碍，可以延伸应用于圆柱形电池壳生产制造。当前，斯莱克的圆柱形电池壳自动化生产线已经进入批量化试生产阶段，子公司有生产21700、18650圆柱形钢壳、3X系列圆柱形铝壳等产品，成品生产线具有成型、清洗、检验、包装等功能，其DWI生产工艺与现有国内市场上使用的设备不同，生产出的电池钢壳一致性更好，生产线效率更高，使用的人员更少。公司在4680用到的预镀镍钢壳、后镀镍钢壳、铝壳、不锈钢壳等都有技术准备储备，有望成功切入4680锂电产设备结构件业链。
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　　精选报告来源：【未来智库】。系统发生错误