【中睿行业分享】4680大圆柱,虽迟但到

杨珂   2023-03-09 本文章4551阅读

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第一部分:锂电池三种封装形式介绍


1、 回溯:方形电池占据全球锂电池主流

在讲4680大圆柱之前,有必要介绍锂电池的三种封装形式:方形、圆柱、软包,顾名思义,可以直观的从外观上看出其中区别。 而从性能的对比上看,三者又各有所长所短:

1) 方形电池:最大的优势就是成组效率最高(20201月数据,系统成组效率:方形70%>圆柱65%>软包60%);最大的劣势是安全性、一致性差。

2) 圆柱电池:最大的优势就是生产效率最高(主流型号每分钟在200左右,方形10-20,软包更低)、一致性高;相对劣势是成组效率比方形低、能量密度比软包低。

3) 软包电池:最大的优势就是能量密度和安全性最高;最大的劣势就是制造工艺要求高、一致性差,成本最高。


正是基于三种封装形式的各自性能差异,电池厂(包括整车厂)都有自己的路线选择,以电池厂为例:像国内的宁德、比亚迪、中航等主要是方形;亿纬方形、圆柱都有布局;孚能主打软包。国外的LG软包出身,目前也重点布局了圆柱;松下主打圆柱;三星SDI主要是方形。



目前从份额占比来看:方形占大头;而回溯历史份额来看:国内国外还有所不同,并且在各个阶段也有所差异。12017年之前我国与海外三种类型电池市场份额变化趋势相同,方形60%以上、软包10%左右,剩余的圆柱。22017年之后:国内和海外就表现出完全不同的变化趋势。 其中,国内:2017-2019年随着宁德和比亚迪的崛起,带动方形电池占比提升,2019年达到近85%2020年随着国产特斯拉的放量,圆柱电池占比有所回升,反观软包则持续受到挤压。  国外:2017-2019年松下伴随特斯拉全球崛起,圆柱占比从28%提升至51%2020年欧洲电动车渗透率快速提升,LG软包放量(欧洲市场更青睐软包),但到了21年,出现电池安全召回事情,叠加大众开始选择方形电池,软包遇冷。



2、 展望:46大圆柱是产业趋势,看好市占率提升

Q:为什么看好大圆柱?——A:一是看好特斯拉们;二是大圆柱确实有一些突出的性能优势

Ø  1)特斯拉是全球电动车的领导者,也一直是圆柱电池应用的领导者

如今的特斯拉毋庸置疑是全球电动车的领导者,尤其在技术创新上更是全球新能源车的“风向标”,因此对其技术创新应尤为重视,从而把握其中确定性的产业趋势。

就电池而言,十年以前,市场上没有一款十全十美的动力电池,发展初期的特斯拉为其第一代车Roadster选择电池方案时,即是在比较中选择了安全性、一致性好的18650圆柱电池,从而正式开启了圆柱电池应用于纯电动车的时代

创新不息,降本不止,2017年,特斯拉开始将其电池由18650切换至21700,率先应用于新车型M3中(后来的爆款车型)21700相较于18650在单电芯和系统方面性能均有明显提高,在 2019-2020年也是迅速取代18650成为占比最高的圆柱电池。【注:1865018指圆柱直径,65指高度,0指圆柱;217004680类同】



创新不息,降本不止,在21700陪伴特斯拉走过成功的4年后,2020年底,特斯拉发布新一代电池46804680大圆柱相较于21700,在规格、成本、安全、使用寿命等方面又实现了全新的突破:续航里程提升16%,充放电功率提升6 倍、容量提升5倍,度电成本可以下降14%



在特斯拉的极力推动下,随着46大圆柱的产能爬坡,预计也会在较短的年限内完成渗透(类比21700替代18650的速度)。

创新不息,降本不止,单独看4680是一项重大创新,而打包“4680+CTC+一体化压铸更是一项极限制造的系统创新,1+1+13在整车内卷加剧的情况下,成本将是车企竞争力的关键,而特斯拉通过“4680+CTC+一体化压铸一套组合拳的技术创新,实现了极致降本。从这个层面去理解,就更不得感慨特斯拉的厉害,也不难理解特斯拉大力推4680大圆柱的必要性

Ø  在特斯拉的“鲶鱼效应”下,其他车厂、电池厂陆续跟进

1)车企:

·  宝马是46大圆柱的积极推进者。宝马将从2025年起在新世代车型中使用46大圆柱电芯(包括469546120两种不同型号)。目前宝马已经给宁德、亿纬、远景各自定点40GWh46大圆柱订单

·  通用汽车希望在未来的电动车型中从软包电池转向大圆形电池

·  蔚来汽车:23年2月,据消息人士称蔚来计划在合肥新建电池工厂,规划产能40GWh,将投产自研的46系列大圆柱电池

·  此外,包括保时捷、江淮、东风岚图等多家主流车企也在跟进大圆柱电池,对大圆柱上车表达了强烈的意愿



2)电池厂端:

·  国内外主流企业均在布局。国内有宁德、亿纬、远景动力、比克、国轩;国外有LG、松下、三星SDI等多家头部电池企业均已经规划布局、扩产46大圆柱


·  另外,比亚迪也在2022年8月公布了一款全新六棱柱电池专利,其高度在60-150mm之间,壳体内接圆直径在15-60mm之间,而4680也在该范围内。市场人士认为,比亚迪也是为后期进入大圆柱领域做46系列三元高镍电池做准备



Ø  2)特斯拉们为什么大力发展46大圆柱?——本质:大圆柱具有一些突出的性能优势

   做圆柱电池的好处(圆柱电池相较于方形、软包的优势)

在文章的最开头部分,我们已经比较过圆柱、方形和软包3种封装形式的优劣,其中圆柱电池绝对优势就是生产效率和一致性最高,进而能带来产能的快速效应和成本的摊薄;其次,相对优势上,比方形更高的安全性,比软包更高的成组效率等,这些优势都是特斯拉们簇拥圆柱电池的理由。

   把圆柱电池做大的好处(46大圆柱相较于21/18圆柱的优势)

为什么是46?——这是特斯拉经过数据论证,得出46 mm 是续航提升和降本的最优解。 而对于高度,目前业界并没有定论,像宝马46大圆柱有高度90120的两个型号。



把电芯变大最直接的好处就是降低电池包BMS难度,单车带电量70多度的车18650需要7000+个、2170需要4000+个,庞大的数量对电池系统的连接和热管理提出极高要求,这也是之前较少有车企选择圆柱路线的主要原因之一,但如果是4680单体数量下降到1000个以下,BMS大大简化。

当然,除去上面所讲的两点(做圆柱电池的好处、把圆柱电池做大的好处),4680突出的性能优势还表现在1)工艺创新;2)材料体系创新:

1)大电芯2大核心工艺创新:全极耳、干电极

全极耳降低内阻、减小发热、提高快充速度。 传统锂电池多单极耳,4680创新性提出全极耳,全极耳明显缩短电子流通路径(传统800-1000mm4680只有80mm),进而降低内阻(传统>20mΩ46802mΩ),降低发热量(传统上升60度,4680最多上升20度),能够适用更大电流快充;同时全极耳下电池内部温度分布更加均匀,热稳定性更好。



干电极降本增效、提升电池能量密度。目前正负极主要采用湿法涂覆工艺,而特斯拉提出的在4680运用的干电极能够降本10-20%+,生产速度提升至之前的7倍,能量密度提升5倍,寿命增加1倍。(难度大,第一代4680做了妥协)

2)大电芯材料体系创新

具体包括主材和辅材两个方面,以实现更高的能量密度、快充速度、安全性等:

主材聚焦于产品升级迭代:包括正极高镍化,负极硅基化,电解液新型锂盐LiFSi添加量上升,结构件强度要求提升等。

辅材聚焦于新材料导入:包括芳纶涂覆、碳管三代化+单壁化等。

       

      最终,在上述这些系统性的选择和创新下,46大圆柱得以表现出突出的性能优势,4680相较于21700在性能上又实现了全新的突破续航里程提升16%,充放电功率提升6 倍、容量提升5倍,度电成本可以下降14%




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第二部分:46大圆柱产业发展走到哪个阶段?


特斯拉20209月提出4680,彼时目标是2022年实现年产能100GWh,如今两年多过去,从后视镜看,4680实际量产情况是不及预期的。 虽迟但到,202346大圆柱将真正迎来放量元年:特斯拉22年底加州工厂产线周产能已爬坡至86.8万颗,能配套1000Model Y,对应年产能约4GWh;此外,特斯拉也表示4680已经熬过了量产的最困难时期,并拟在内华达州扩产100GWh4680年产能。



此外,给特斯拉配套的松下、LG也即将出货,国内进展最快的亿纬预计下半年也会开始出货。从特斯拉以及电池厂的进度来看,2346大圆柱产量将首次突破双位数,作为一种从0→1的新技术,兑现1即将迈入从1→10/100的快速增长阶段,产业趋势的确定性已是100%


23年开始放量,24年大规模放量,将突破100GWh,往后看23-25年整个46大圆柱电池出货量都将保持翻倍式的增长,在整个成长赛道都是屈指可数的高景气细分

 


此外,46大圆柱电池除了用在市场认知的电动车、皮卡等动力领域,还有望应用于储能领域,且已有其他公司规划了储能大电芯,如此大圆柱的天花板不再局限于动力,而是动力+储能

 

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第三部分:如何看待46大圆柱下的投资机会


主要聚焦于设备、材料和电池厂环节,寻找“有量价提升”、“业务从01突破”、“确定性兼顾弹性”的标的:



【写在最后】从去年到今年,透过钠离子电池、PET复合铜箔、HJT/钙钛矿、电镀铜等等,可以明显感受到市场对新技术环节的热衷,对于这些从0→1(或从0→0.1)的新技术,股价在短时间内就可实现较大涨幅,弹性巨大,但是不确定性也与生俱来,更需要我们去伪存真,研究和投资的难度加大。而站在2023年,显然4680大圆柱能与前面那些从01的新技术有所区别,产业发展阶段上:4680是从0→1用两年的时间兑现123年开始是从1→10/100高速增长的新阶段,产业趋势已是100%,确定性上是明显增加的,在确定性不断向上+兼顾赔率的基础上,值得重视。

 





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中睿合银

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