【银河电新周然团队】4680大圆柱专题报告之一：4680冲击电芯格局~补贴退坡性价比为王降本增效

  2020年9月22日，马斯克在特斯拉电池日上发布了第三代4680电芯（前两位数字代表直径46mm，后两位代表高度80mm），相比2170直径增大两倍以上，容量是2170电芯的5倍，续航提升16%，功率提高6倍。大圆柱的优势体现在

  2020年-2022年，我们国家新能源汽车的补贴标准较上一年分别退坡10％/20％/30％。根据《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，2022年之后上牌的车辆或将不再享受补贴（在经济下降带来的压力下，工信部等部门正在研究继续延续补贴至2023年的方案）。

  动力电池成本占电动车成本约40%，动力电池降本对电动车降本贡献最大。后补贴时代，动力电池降本压力增大。锂离子电池成本持续下降。根据BloomerNEF数据，锂离子电池组价格从2014 年到2021年下降了77.6%，从2017年到2021年下降了40%，加权平均值达到132$/kWh。降本通过多方面入手，电池材料体系优化、电池工艺优化、电池封装方式、系统集成方式的改变，提高单位体积内的包含的能量的同时降造成本。电池成本下降主要来自于单位体积内的包含的能量的提升，根据工信部披露第一批次纯电动乘用车数据统计，从2017年到2021年提高了49%，相当于成本下降33%。

  白名单补贴政策助推方形占比提升。2015年3月，国家工信部发布了《汽车动力蓄电池行业规范条件》，进入推广目录的车企才可以获得补贴，国内企业深度受益。2017年宁德时代增长6倍成为国内电池装机量第一，带动方形电池出货量占比增加。LG、SKI等韩国软包有突出贡献的公司排除在白名单之外，导致其主推的软包路线在国内份额持续下滑。海外市场，2020年欧洲电动车渗透率提升，带动LG软包电池海外放量。

  资料来源：孚能科技招股书，《硅碳复合负极材料的制备及全电池工艺研究》王淑婷，中国银河证券研究院

  圆柱电池早期凭借其型号统一、标准化生产在动力市场站稳脚跟。2017年，由于性价比不占优势，圆柱电池转战电动工具、电动两轮车领域。2020年，国产特斯拉model 3等车型销量带动LG以及松下的圆柱电池在国内动力电池出货量提升，圆柱重返动力市场。2017年松下伴随特斯拉全球崛起，海外圆柱份额快速上升。

  特斯拉致力于从电芯设计、电芯工厂、正负极材料以及整车电池一体化五个方面来实现电池的降本增效。特斯拉预计这套综合方案可将电池整体成本下降56%。按照48万元/吨碳酸锂价格推算，以当前配套工业化水平，4680大圆柱系统综合成本已经降至0.90元/wh以下（2170圆柱约0.95元/wh），但与方形电池仍存在差距。未来随着材料工艺持续升级、生产节拍提速，4680成本将有望与方形电池持平或更低，进而扭转圆柱颓势。

  仅外观尺寸变化，4680每千瓦时的成本较2170降低14%。单个电芯电量随体积增大提升至5.48倍，外壳用料增加不到3倍。更少的电芯数量降低了组装时间，提升了成组效率，进一步带来成本优势。仅外形尺寸变化，单位体积内的包含的能量可以上升10%；换用硅碳负极，单位体积内的包含的能量上升20%至300wh/kg以上。

  资料来源：汽车电子设计，中国银河证券研究院（2170为对照组，2170-松下）

  随着制造流程简化、生产线效率提高、工艺提升，成本将减少18%。特斯拉设计从电极涂覆、卷绕、装配、化成等所有的环节下手，提高生产效率。整体而言，大圆柱电池能轻松实现连续不间断生产；制造工序少于软包和方形铝壳（大圆柱约10道工序）；生产在线天左右，方形和软包分别约10天和12天），提高了周转率，降低了库存率。

  干电极技术生产设备占地面积减少10倍，能耗减少10倍，成本降低10%-20%。湿法工艺需要先混合粉末和溶剂，涂覆到箔材上，然后放入干燥炉进行干燥，并回收溶剂。而干法工艺则省去了溶剂环节，但均匀度、粘结度更难控制（该技术尚在研发阶段）。

  Maxwell的干电极工艺采用PTFE（聚四氟乙烯）粘结剂与电极粉末混合，通过挤出机形成电极薄膜，随后利用压延机热压成型，省去溶剂、简化工序（涂布、烘干等），目前已进行四次优化工艺，但仍在实验阶段。

  干电池电极具备以下四个优点：1）单位体积内的包含的能量高：大于300Wh/kg，并存在500Wh/kg的实现路径；2）延长电池使用寿命：改善电池耐久性，电池使用寿命翻倍；3）节省成本：产能密度增加16倍，与湿电极技术相比，成本降低 10%-20%；4）与行业趋势（无溶剂，无钴化，下一代材料，固态电池）的高匹配度&保护环境。

  由于有极耳，电池生产就需要不停地启动和停止。而4680为全极耳，卷绕工艺能轻松实现连续高速不间断生产，达到300ppm的高速制造，而方形铝壳一般仅为10-20ppm。

  通过连续流水装配提高效率。特斯拉设计一条产线GWh，每条线的产量增加七倍。特斯拉与Grohmann和Hibar机器设计团队垂直整合，将装配环节集成到一台机器上，删减了中间不必要的运输步骤。

  通过提高化成效率，化成投资所需成本减少86%，占地面积减少75%。化成指对电池充放电并检测电池的质量，典型化成对单节电池充放电，而特斯拉同时对上千节电池充放电，明显提升化成设备的成本效益和密度。

  负极材料采取使用硅基材料，每千瓦时1.2美元，成本降低5%，里程提高20%。石墨负极潜力挖掘完全，已接近理论容量372mAh/g。硅基负极理论最高克容量可达4200mAh/g，是石墨的10倍多，具有大幅度提高克容量潜力，目前量产克容量已超过400mAh/g。

  由于硅本身的特性，在充满锂离子时体积会膨胀四倍，压力会导致硅粒子绝缘，最终损失电池容量。目前工业使用的硅多是经过高度加工的，例如氧化硅、碳化硅等，并且较为昂贵。特斯拉使用原始硅作为负极材料，不对硅本身来加工，而是从涂层设计和电极设计入手，使用弹性离子导电聚合物涂层稳定表面，并通过高弹性粘合剂形成的坚固网络将硅材料集成到电极上。

  镍可兼顾价格与单位体积内的包含的能量，正极材料采取使用高镍三元，逐步优化生产环节后，成本降低12%。

  Model 3的长续航版电池包由4个模块串联组成，大模块（黄色）包含25个串联电池块，小模块（绿色）包含23个串联电池块，每个电池块由46个2170电芯并联构成，共计4416个电芯。4680采用CTC技术，无模组装配，配合一体化压铸技术，能节约370个零部件，为车身减重10%，将电池单位成本降低7%。4680电芯面积模组占比提高，电芯总容量提高15.9%，续航能力提升16%，系统单位体积内的包含的能量提升25%。

  本文摘自报告：《【银河电新周然团队】4680大圆柱专题：极致设计、极致安全、极致制造》

  工商管理学硕士。2010年11月加盟银河证券研究部，先后从事电力、环保、燃气、电力设备及新能源行业分析师工作，目前担任电新团队负责人以及大能源组组长。2020年、2019年获金融界量化评选最佳分析师第2名；2019年、2016年新财富最佳分析师第9名；2014年卖方分析师水晶球奖第4名；2013年团队获新财富第5名，水晶球奖第5名；2012年新财富第6名。曾任职于美国汇思讯（Christensen）的亚利桑纳州总部及北京分部，从事金融咨询（IR）和市场营销的客户主任工作。

  北京大学光华管理学院工商管理硕士，社会学与经济学双学士。2022年7月加入银河证券，目前担任电力设备与新能源行业分析师助理。曾任职于中国联通，从事5G行业营销。

  北京大学理学本硕。2022年8月加盟银河证券研究部，目前担任电力设备与新能源行业分析师助理。曾任职于网易有道、字节跳动，从事互联网教育产品的研发工作。

  未来6-12个月，行业指数（或分析师团队所覆盖公司组成的行业指数）相对于基准指数（交易所指数或市场中主要的指数）

  推荐：指未来6-12个月，公司股票价格超越分析师（或分析师团队）所覆盖股票平均回报20%及以上。

  谨慎推荐：指未来6-12个月，公司股票价格超越分析师（或分析师团队）所覆盖股票平均回报10%－20%。

  中性：指未来6-12个月，公司股票价格与分析师（或分析师团队）所覆盖股票平均回报相当。

  回避：指未来6-12个月，公司股票价格低于分析师（或分析师团队）所覆盖股票平均回报10%及以上。

  声明：本文由入驻搜狐公众平台的作者撰写，除搜狐官方账号外，观点仅代表作者本人，不代表搜狐立场。