长江证券：浅析4680圆柱的产业影响

在2020年9月特斯拉的电池日中，特斯拉首次提出了4680圆柱电池的构想，直观来说，4680（46mm*90mm）是2170（21mm*70mm）圆柱电池的升级，与2170相比，4680的电芯容量是其5倍（4680容量在20-25Ah、2170在4.6-5.0Ah），能够提高相应车型16%的续航里程（即能量密度更高），同时有望提高生产效率，根据特斯拉的估算，4680方案将比2170方案实现14%的成本下降。

圆柱电池的技术路线过去几年相对弱势，除特斯拉外的主流车企几乎均选择方形或软包的方案，原因即是在于单体容量的制约，会导致其成本下降潜力受限，且单车电池数量过多难以控制。因而4680方案的出现，对圆柱而言是积极的边际变化，在高能量密度方案的竞争中，圆柱相较于软包、方形的优势在于：

1）对高能量密度材料的兼容性更好，因高能量密度材料如高镍、硅碳存在膨胀、产气等问题，单体体积更小且曲面受力均匀的圆柱方案更容易使用。目前圆柱电池的正极可以使用8系、9系材料，负极可以使用硅碳；方形可以量产8系三元，9系三元及硅碳仍处于导入期；软包则是8系三元仍处于导入期。

2）生产效率与部分材料单耗的节约，圆柱由于产品标准化，生产效率是高于方形和软包的；同时，考虑空间利用率上的差异，圆柱在电解液、隔膜的用量上相对于方形、软包更少，因而阶段性的会具备一定的成本优势。

3）对于CTP、CTC等封装工艺的使用更早，圆柱电池采用钢壳方案，本身具备结构强度，因而可以应用CTP、CTC等创新的封装工艺，特斯拉展示的structure battery，已经在尝试CTC的封装思路。不过方形的封装结构也具备CTC的能力，宁德时代已经在加速推进；而软包受制于铝塑膜的强度，更多是向轻模组的方向发展。

不过，圆柱电池包括4680，也存在其产品力的缺点，主要包括：

1）散热和倍率问题，以及无极耳的产业化进度。体积增大所面临最大的问题即是散热和倍率性能的降低，特斯拉在这方面的改进思路是采用无极耳的方案。传统圆柱电池通常采用单极耳设计，极耳细长且电流传到距离增加，因而内阻较高、容易造成局部过热，且增加了极耳成本及焊接等工序。“无极耳方案”是指电极一端涂覆导电材料，直接与壳体或专门设计的盖板进行连接，电流直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导，由于没有集中的出口，无极耳方案内阻更小，且可以弱化局部过热的现象。不过，无极耳方案的导入也并非易事，主要是在导电胶使用的可靠性和工艺难度方面。

2）产品性能和技术迭代潜力方面，圆柱电池是存在时间很长的技术路线，但在动力电池产业化的过程中，除松下外的电池巨头大多选择方形和软包作为方向，主要还是考虑到综合性能和技术潜力的差异。例如方形电池在循环寿命、倍率性能等方面要优于圆柱电池，且电芯容量明显大于圆柱，伴随高能量密度材料导入和产品一致性的优化，方形

电池的能量密度逐步追赶、综合性能优势体现，且成本差距缩小，将逐步占据优势。

从产业化进展上看，1）特斯拉积极推进4680方案，其预期第一款搭载4680的车型将于2022年初生产，同时特斯拉的弗里蒙特产线的4680良率也于三季度提升至80%左右。2）宝马、戴姆勒均有涉及大圆柱方向的布局，美国新兴造车Lucid、Rivian早期即采用圆柱方案。3）LG化学在技术路线的规划调整较大，从此前以软包为主，调整为2025年实现430GWh产能，其中圆柱产能达到120GWh。4）松下则在配套特斯拉的方案上进度领先，目前已接近技术验证的最后阶段，后续将加大资本开支推进产业化。5）此外，三星SDI也有大圆柱布局，亿纬锂能同样有乘用车大圆柱的产能规划。

落地到产业链影响来看，4680以及圆柱电池的边际变化，将带来部分材料、设备环节的积极变化，包括：1）高能量密度材料的导入，例如三星SDI圆柱电池将采取镍91方案，LG化学的圆柱电池将采用NCMA方案，松下、三星SDI的圆柱此前已导入了硅碳负极，因而相关标的有望受益。2）结构件方面将采用预镀镍钢壳工艺，有望提高了产品的抗腐蚀性、一致性和安全性，同时对加工设备、模具以及拉伸工艺的要求也更严格。3）设备方面，由于极耳焊接、切割工艺的变化，将有利于激光焊接、切割设备。

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