特斯拉4680大圆柱电池：锂电行业将重新洗牌？

来源| SEVEN研究摘要

有人认为4680可能颠覆现有的电池技术路线，也有人认为，4680只是一个噱头，量产遥遥无期。

2020年9月，特斯拉电池日提出了“4680”新型电池，这是一种直径为46毫米、高度为80毫米的圆柱形电池。

根据特斯拉的展望，与2170相比，4680的能源将增加5倍，里程将增加16%，成本将降低14%。

目前，市场对4680的前景存在显著分歧：看涨人士认为，4680可能会颠覆现有的电池技术路线，或许会迎来圆柱形电池的第二春；那些不乐观的人认为4680只是一个噱头，量产还远不能确定。

图片：特斯拉4680大型圆柱形电池概念

来源：特斯拉电池日

本报告主要回答了三个问题：

1.4680大气缸的优点是什么？未来市场的哪一部分将被取代？

2.4680的量产速度是多少？

3.产业链的受益者是什么？

核心结论是，大型气缸具有高安全性和低成本的双重优势。从整车公司和电池工厂规划来看，受益于大圆筒电池、高镍三元电池、硅基负极、单壁碳管、LiFSi+结构元件的产业链，预计2023年至2024年的产量。

4680路线优势

大圆筒的优势体现在其高安全性和低成本，未来有望取代一些三元软袋和三元正方形的份额。

1.安全：“气缸”的优点-它是最有可能解决热失控的解决方案

电池组中热量的不受控制的扩散是一个主要的安全问题。

目前，大量小容量电池被用于串联和并联的动力电池，以满足高能量的要求。因此，汽车动力电池系统的安全问题不再仅仅是单个电池的问题，而是电池组的安全问题。

近年来发生的动力电池事故，都是由于电池组中的单个电池单元在热失控后产生大量热量，导致周围的电池单元发热，导致热失控并扩散。

图：影响热失控蔓延的因素汇总

资料来源：“离子电池热失控扩散研究综述”，作者：芮新宇

气缸不太可能导致热失控传播的两个原因是：

1） 低单位容量，单个电池由于热失控而释放的能量很小，与方形和软包装相比，不太容易扩散。从单个单位来看，安全等级为：小圆筒>大圆筒>软袋>方形。

图：不同形状三元电池的单个容量比较

来源：多家公司的官方网站，4680个电池按2170的5倍计算。

2） 圆柱体的弯曲表面在一定程度上限制了电池之间的热传递；

方形和软袋的传热问题在理论上是无法解决的。

方形和软包装电池由于其平坦的表面，在形成模块后通常与平坦的表面紧密接触，从而导致显著的热传递。

由于圆柱形电池的曲面，即使在完全接触的情况下，它仍然有很大的间隙，这在一定程度上限制了电池之间的热传递。

目前，热管理主要用于抑制电池之间的热失控传播。圆柱形电池的设计对热失控保护有一定的阈值，因此在模块层面有更多的容错空间。

2.成本低：“气缸”的优势-降低个体成本，而“大”的优势则降低BMS的难度

1） 生产效率高→ 低单位成本

圆柱体：它是最早商业化的锂电池，生产最成熟，这体现在比方形和软包装更高的组装效率。例如，亿纬新的1865/2170生产线基本在200PPM，而国内生产线在150PPM以上；34个大气缸，例如由宁德制造的用于两轮车的气缸，大约100PPM。4680目前的量产效率尚不清楚，但气缸的特性决定了它的生产速度。即使大圆筒比小圆筒低，它仍然会比方形和软袋的堆叠快得多。

方形和软袋：200Ah以内的方形为10-12PPM，200Ah以上的大方形为10PPM。软袋的生产效率较低。

以80KWh的单车为例，2170个气缸需要约4400个单元，250Ah平方米的单机容量需要约300个单元。因此，完成整车圆柱形电池的生产大约需要20分钟，而方形电池需要30分钟。而且气瓶生产线的爬坡速度也比广场快，比如气瓶生产设备可以在3个月内调试成功，而广场需要4-5个月。

2） 圆柱体变大→ 降低BMS难度

上述两点气缸的最大优点是安全性高、单位成本低，但特斯拉是唯一一家大规模使用1865/2170的主流车企。

由于圆柱形电池的单个容量较小，为了达到一定的功率性能，电池的总量不可避免地巨大。例如，18650需要7000多台，2170需要4000多台，这对电池系统的连接和热管理技术提出了极高的要求。

因此，圆柱形电池路线让许多汽车犹豫不决。但在4680时代，所需的电池数量减少到960个，电池数量的减少意味着PACK期间空间利用率的提高，所需BMS也大大简化。

3） 成本展望

预计24-25年后，大缸将成熟，单WH成本为0.45-0.5元，三元方成本为0.5-0.55元，三元软袋成本为0.55元、LFP方成本为0.3-0.4元。目前，单个WH三元正方形的成本为0.6元以上，LFP正方形的成本则为0.5元以上。

它什么时候降落？

1.车企态度

目前，特斯拉和宝马的态度都很明确。特斯拉的进展预计将更快，预计22年后实现装载，23年后实现启动量；宝马预计24小时SOP。

1） 特斯拉

时间计划：第21季度交流会表示，美国工厂将在2022年初实现4680次装载。据预测，中国在至少23年内只会达到4680人。

车型规划：4680镍基不会用于所有车辆，主要用于长续航的车辆；车辆LFP的延续版本。4680将首先用于Y型；可能配备的其他型号包括Cybertruck、Semis等。

由于尺寸问题，一些工程师认为Model 3不适合组装4680。因此，我们假设Model 3三元版本仍然使用2170。

销售预测：

LFP比例假设：根据特斯拉第二季度报告沟通，马斯克计划在未来特斯拉车型的1/3-2/3中使用LFP。我们假设在2022年及以后，LFP版本的Model Y将占据国内市场的50%；

美国和欧洲的销售量约占三分之一。

2170和假设4680：参考2170到18650的替换速度，假设2170将是22年后的主要替换，23年后逐渐转移到4680，4680将在24年内完全替换2170。海外的进展将比国内更快。

充电容量假设：Model Y标准版的充电容量约为75度，这是根据4680带来的16%的电池寿命增长计算得出的。长期充电容量约为87度；200千瓦时电力的电动皮卡；Model 3的平均电量为80千瓦时。

销售：基于上述假设，我们预计，如果在明年年初成功安装，2022年全年将有10万辆Model Y汽车使用4680电池，相当于9GWh的装机容量。在第23年，预计将进入大规模生产期，中国总计59万辆，美国5+辆，欧洲42+辆，相当于73GWh。预计未来24年将完成4680至2170的全面换代，中国总计122万辆，美国30+辆，欧洲67+辆，25辆，相当于148GWh。

渗透率：从2022年开始，进入加速渗透率期。预计2022年至2024年，特斯拉4680销量的渗透率将分别为7%、27%、45%，然后进入稳定期。由于4680用于电动化程度较高的车辆，因此装机渗透率高于销量渗透率。预计2024年的渗透率将分别为6%、34%和50%。

2） 宝马

时间计划：宝马4695三元大缸预计将以100-120GWh的价格公开招标，周期为7年，SOP时间为2024年。

车型规划：目前计划应用于宝马大、中、小三个车型平台，均为CTC产品。

2.电池工厂的进展

目前进展最快的是特斯拉自产电池，预计明年将实现量产；其次是松下，该公司也将在明年实现生产；亿纬锂能（300014，股吧）和LG化学预计将在23年后开始升温。

特斯拉：自行生产的4680电池目前正在弗里蒙特工厂进行试生产，测试顺利。量产基地位于得克萨斯州，计划到2022年底产能将达到100GWh。目前，特斯拉4680电池的中试生产线产量已从去年的20%提高到70%-80%。

亿纬锂能：与StoreDot联合开发，布局由4680和4695两个大型圆柱形电池组成，已生产出成品。目前公布的产能为20GWh，预计22H1开工，23年后投产；预计24年后产能将达到40GWH。

宁德时代（300750，股吧）：4680计划8条线路，共计12GWh。

松下：2021 1月新闻：计划在大阪工厂投资一条试验线，预计2022年开始生产。2021 9月消息：4680电池的研发目前正在进行中，松下暗示将增加该领域的投资。2021 10月，计划于2022年3月在日本开始试生产4680块电池。

LG化学：2021 3月消息：LG化学的4680电池试生产线已经开工建设，组装和电镀设备已经安装，目标是在松下大规模生产电池之前完成试生产。计划最早在2023年实现大规模生产。

哪些产业链目标将受益？

1.电池公司

、。

2.物资公司

核心逻辑是，我们认为4680电池的推出旨在追求更高的能量密度，并从技术角度寻求降低单个WH的成本。基于产业链研究发现，4680电池的进步与硅负极、单壁碳纳米管等高性能材料密切相关。因此，我们推荐几个高性能材料产业链：

高镍：。市场关注LFP对NCM的全面替代，而实际的4680进一步推动了高镍和超高镍的发展。在这一过程中，看好高镍一体化的领先建设壁垒等问题。

硅基负极：。我们估计2170电池的硅添加量为5%，4680电池的添加量为10%。目前，硅基负极的单价为22万元/吨，每吨净利润为6.5万元。这相当于2170个电池每GWh的利润为406万元，4680个电池的利润为813万元。

碳纳米管：。硅基负极的导电性较差，这增加了碳纳米管的使用。它们是单壁碳纳米管。假设初始粉末价格为900万元/吨，负极添加比例为0.1%，按60%的毛利率计算，每吨净利润为450万元，对应的单次GWh利润为563万元。

LiFSI:LiFSI具有更好的热稳定性、电化学稳定性和更高的电导率，提高了电池性能。目前，LiFSI的价格超过每吨40万。假设电解液添加比例为5%，预计每吨净利润为10万元，相当于每GWh利润600万元。

结构构件：。结构部件的体积/容量从2170增加到4680，增加了五倍，4680外壳的底部有防爆阀，使结构更加复杂。如果添加了一个上限，则该值将更大。此外，新产品还将有更好的初始利润率。

图：4680产业链弹性计算

报告来源：天风证券研究所

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标签：特斯拉宝马Model 3Model Y发现

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