新能源行业深度报告：4680大圆柱专题，极致设计、极致安全、极致制造-银河证券.pdf

www.chinastock.com.cn 证券研究 报告 请务必 阅读正 文最后的中国银河证券股份公司免责声明 [table_research] 行业 深度 研究报告 ● 电力设备及新能源 2022 年 9 月 8 日 [table_main] 公司深度报告模板 4680 大圆柱 专题 极致 设计 、 极致 安 全 、 极致 制造 电力设备及新能源 推荐 维持评级 核心观点 ⚫ 4680 大圆柱 的 诞生 背景 后补贴时代， 性价比为王， 4680 大 圆柱 电池 应 运而生 ， 通过 电芯设计、电芯工厂、正负极材料以及整车电池一体化 这 五 个方面 ， 4680 电池整体成本 可以 下降 56。 预计未来 大圆柱 将替代部分软包 和方形的市场份额。 ⚫ 4680 有 哪些 突 出 优势 1） 能量 密度 高 4680 容量是 2170 电芯 5 倍， 仅外形尺 寸变化，能量密度可以上升 10， 换用硅碳负极，能量密度上升 20至 300wh/kg 以上 ； 2） 安全 可靠 圆柱电池周边隔热能力更强。 4680 采取顶部水冷和侧面水冷 相结合的方式。无极耳 设计 进一步提高散热性 ； 3） 快充 优势 4680 电池不仅从材 料体系适配快充，同时改变结构提高充电倍率 ， 比如 采用 全极耳 设计 。 ⚫ 哪些 企业 入局 4680 特斯拉 进展 最快， 目前 已 装车 Model Y， 除 自供 外， 松 下 、 LG、 宁德 为 其 4680 的潜在供应商。 宝马 计划 2024-2025 年开始 大 批 量生产 搭 载 4680 的 电动车 。 亿纬锂能 在动力锂电池领域已布局 三元圆柱，进军 4680 有 技 术储备 ， 2021 年 宣布与 StoreDot 联合开发 4680 和 4695 两大圆柱电 池路线 ， 预计 2024 年 有望 量产。 此外， 参与方 还有 戴姆勒、苹果、 Lucid、 Rivian、 小鹏、蔚 来、一汽、江淮 、 比克、 蜂巢 等 ， 全球掀起 4680 热潮。 ⚫ 4680 市场 空间 有 多大 除 Model 3， 特斯拉 全部 车型 都 计划 采用 或 部分 采用 4680， 尤其 是 高性能版和长续航版以及 Cybertruck 和 Semi。 预计 2025 年 特斯拉 4680 车型销量 有望达到 121 万辆 ，对 应 电 池装机量约 178GWh，当年车辆渗透率 接近 30， 2022-2025 年特斯拉 4680 装机量 的 复合增速 高达 186。 叠加 宝马 等 放 量， 保守 预测 2025 年 4680 电池 装机量 将 超过 200GWh。 ⚫ 4680 引领 哪些 新 趋势 1） 超高镍 多元 正极 NCMA 四元材料 在提升镍含量的 同时兼顾了降本和材料稳定性 。 国内高镍正极竞争格局较为集中， CR5 达到 86.4， 当升科技 是 其中 的 佼佼者 ； 2） 硅碳 硅氧 负极 理论最高克容量可达 4200mAh/g，是石墨的 10 倍多， 目前量产克容量已超过 400mAh/g。 国内 实现硅基 负极量产及批量 供货的企业 有 杉 杉 股份 、 贝特瑞 ； 3） 单壁碳管 导电剂 碳纳米管 可以 缓解硅负极膨胀问题，改善循环性能 ， 减少 电解液损耗，提升寿命性能 。 单 壁碳纳米管性能更优。 天奈科技 正在 积极研发 相关 产品； 4） 制造 工艺 要求 提升 独创 干电池 涂布、 极片 极耳 切割 一体化 、 激光 焊接 以及 CTC 结合 一体化 压铸 方 面， 与传统圆柱 相比， 存在 较为明显的差异化方案。 ⚫ 风险 提示 4680 大圆柱电池技术突破进展不达预期的风险；电池相关产能扩产不 达预期的风险；采用 4680 电池的电动车销量不及预期的风险 等。 重点公司盈利预测与估值 股票代码 股票名称 EPS PE 投资评级 2021A 2022E 2023E 2021A 2022E 2023E 300014.SZ 亿纬锂能 1.53 1.76 3.31 62.1 54.0 28.7 推荐 300073.SZ 当升科技 2.15 3.21 4.53 36.1 24.2 17.1 推荐 835185.BJ 贝特瑞 2.97 3.17 4.56 19.7 18.5 12.9 推荐 688116.SH 天奈科技 1.27 2.41 4.69 95.4 50.3 25.8 推荐 资料来源 wind，中国银河 证券研究院（ 股 价 选用 2022 年 9 月 8 日 收盘价 ） 首席分 析师 周然 （ 8610） 8092 7636  zhouranchinastock.com.cn 分析师登记编码 S0130514020001 电力设备及新能源指数表现 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0 2 1 - 1 2 2 2 - 0 2 2 2 - 0 4 2 2 - 0 6 2 2 - 0 8 电力及新能源设备 沪深 300 资料来源 wind，中国银河证券研究院 相关研究 1、 【银河电新周然】电新行业 _2022 年中期 投资策略政策暖风徐徐来，技术革新创未 来 _220630 2、 【银河电新周然团队】电力设备及新能 源行业 _2022 年投资策略 _“ 双碳 ” 大周期开 启，新能 源独领 风 骚 _211215 行 业研 究报 告 /电力设备及新能 源行业 请务必阅读 正文最后 的中国银河 证券 股 份公司免责声明。 1 目 录 一、 4680 冲击电芯格局 . 2 （一）补贴退坡性价比为王， 4680 降本增效 . 2 （二）安全要求 日益提高， 4680 热管理升级 . 8 （三）快充成未来趋势， 4680 高倍率优势明显 . 12 （四）大势所趋，特斯拉等头部企业争相入局 15 二、 4680 引领技术 变革 . 19 （一）正极超高镍多元 19 1、适配度高，加快布局 19 2、生产工艺升级 21 （二）负极硅基材料 24 1、硅基负极蓄势待发 24 2、硅碳硅氧各具优势 27 3、改性方法纳米化、碳复合、预锂化 29 4、产业化布局提速 33 （三）其他材料未来趋势 34 1、导电剂单壁碳管 34 2、新型锂盐 LIFSI . 38 3、复合铜箔 PET . 39 4、大尺寸 钢 制电池壳 43 三、 4680 提升工艺要求 . 44 （一） 4680 电池结构及 流程工艺 . 44 （二） 4680 生产工艺的 差异化 . 45 1. 独创干电极涂布 . 45 2. 极片极耳切割一体化 . 47 3. 激光焊接难度升级 . 48 4. CTC 结合一体化压铸 . 50 四、推荐标的 57 （一）亿纬锂能 57 （二）当升科技 58 （三）贝特瑞 59 （四）天奈科技 60 五、风险提示 61 六、附录 61 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 2 一、 4680 冲击电芯格局 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 高性价比、高安全性以 及快充性能 潜力 等方面 ，预计 未来将替 代 部分软包和方形的市场份 额。 图 1 特斯拉 4680 锂电池 资料来源 特斯拉电池日， 中国银河证券研究院 （一）补贴退坡性价比为王， 4680 降本增效 2020 年 -2022 年， 我 国 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（在经济下行压力下，工信部等部门正在研究继续 延续补贴至 2023 年 的方案）。 图 2 近年新能源 汽 车补贴政策标 准（万元） 0 1 2 3 4 5 6 7 20 13 20 14 20 15 20 16 20 17 20 18 20 19 20 20 20 21 20 22 20 23 80≤R ＜ 100 100≤R ＜ 150 150≤R ＜ 200 200≤R ＜ 250 250≤R ＜ 300 300≤R ＜ 400 400≤R （ 资料 来源 中华人民共和国财政部， 中国银河证券研究院 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 能量密度的同时降低制造成本。 电池成本下降主要来源于能量 密 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 3 度的提升，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。 图 3 锂离子电池组 的能量密度及 成本 0 40 80 120 160 200 0 100 200 300 400 500 600 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 2 0 1 9 2 0 2 0 2 0 2 1 全球锂电池成本（ / k Wh ） 能量密度（ Wh / k g ） 资料来源 BloomberNEF，中国银河证券研究院 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能获得补贴，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 等韩国软包龙 头企业 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。 表 1 不同封装方式电芯性对比 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 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 4 图 4 不同封装类型的电池占比变化 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8 2 0 1 9 2 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 方形 软包 圆柱 宁德时代方形电池补 贴受益，装机量翻 6 倍，成为国内第一 特斯拉国产车 型配套圆柱带 动圆柱放量 日韩软包无补贴，份 额持续下滑 圆柱受挤压转战电动 工具、两轮车 圆柱标准化优势进 军动力领域 松下伴随特斯 拉全球崛起 欧洲电动车渗透率提 升， LG 软包电池放量 中 国 海 外 资料来源 GGII， 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 。 图 5 特斯拉 4680 降本方案 资料来源特斯拉电池日，中国银河证券研究院 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 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 5 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。 1、 电芯设计 仅外形尺寸变化， 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，能量密 度 可以上升 10； 换用硅碳负极，能量密度 上升 20至 300wh/kg 以上。 图 6 1865/2170/4680 电池 实物 图 资料来源特斯拉官网，中国银河证券研究院 表 2 2170/4680 电池性能对比 2170 4680 4680 材料体 系 石墨 高镍 石墨 高镍 硅碳 高镍 单个电芯性能 容量 /Ah 5 27.5 30 电压 /V 3.6 3.6 3.6 能量 /wh 18 99（ 450） 108（ 500） 重量 /g 70 350（ 400） 350（ 400） 体积 /L 0.024 0.133（ 448.4） 0.133（ 448.4） 能量 重量 密度 /wh/kg 257 283（ 10.0） 309（ 20.0） 能量体积密度 /wh/L 743 745（ 0.3） 813（ 9.4） 电芯成组性能 成组类型 4 个模组 无模组 无模组 电芯数量 4416 960 960 电芯面积 /mm2 1.53 1.59 1.59 模组面积 /mm2 2.71 2.57（ -5.0） 2.57（ -5.0） 电芯占比 56 62（ 9.7） 62（ 9.7） 电 芯 总容 量 /kwh 82 95（ 15.9） 104（ 26.4） 系统质量 /kg 474 438（ -7.6） 438（ -7.6） 系统能 量密度 /wh/kg 173 217（ 25.4） 237（ 36.8） 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 ） 2、电芯工厂 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 各 个环节下手，提高生产效率。整体而言，大圆柱 电池可以实 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）；生产在线时间短 （大圆柱约 7 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。 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 6 图 7 工厂层面从电极涂覆、卷绕、装配、 化成提高效率 资料来源 特斯拉电池 日，中国银河证券研究院 2.1 涂覆工艺 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）。 图 8 湿 法 涂覆工艺 资料来源 L.A.Romn-Ramrez， Understanding the effect of coating-drying operating variables on electrode physical and electrochemical properties of lithium-ion batteries， 中国银河 证 券研究院 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。 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 7 图 9 Maxwell 干电极工艺 资料来源 Maxwell，中国银 河证券研究院 干电 池 电极 具备 以下四个优点 1） 能量密度高 大于 300Wh/kg，并 存在 500Wh/kg 的 实现 路径； 2） 延长电池寿命 改善电池耐久性，电池寿命翻倍； 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 。 2.2 卷绕 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， 卷绕工艺可以实 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。 2.3 装配 通过连续流水装配提高效 率 。 特 斯 拉设计一条产线产能为 20GWh，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。 2.4 化成 通过提高化成效率，化成 投资成本减少 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，显 著提升化成设备的成本效益和密度。 3、硅基负极 负极材料采用 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 进行加工，而是从涂层设计和电极设计入 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 8 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。 4、高 镍 正极 镍可兼顾价格与能量密度， 正极 材 料采 用高 镍三元， 进一步优化生产环节后， 成本降低 12。 5、整 车一 体 化 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，可以节省 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，系统能量密度提升 25。 图 10 Model 3 中 2170 的四模组装配 资料 来 源 electrek，中国银河证券研究院 图 11特斯拉 CTC 无模组装配 资料来源特斯拉官网，中国银河 证券研究院 （二）安全要求 日益提高， 4680 热管理升级 2021 年，我国新能源汽车保有量已达 784 万辆，占我国汽车总保有量的 2.6。市场监 管总局已建立新能源汽车事故报告制度。截止 2021 年 底 ，累计召回新 能 源汽车 229 次 ，涉及 198 万辆，安全问题成为新能源汽 车的达 摩克利斯之剑。 目前动力电池采 用量较 多的 小容 量电池进行串并联成组，以满足高能量的要求。近年发 生 的动 力电池事故，均是由于电池组中的某一个电池单体热失控后产 生大量热，导致周围电 池单体受热 ，进而产生热失控蔓延。所以， 导致电池组热失控的三个核心因素单体 释放能 量、周边电芯隔热能力、 单位散热 能力。 表 3 影响不同封装电池组热失控的核心因素对比 封装类型 方形 软包 圆柱 2170 圆柱 4680 单体尺寸 mm 250*66*112 508*84*14.7 R21*70 R46*80 单体能量 单体容量 Ah 280 120 4.8 24 单体能量 kwh 1.0440 0.4380 0.01776 0.0888 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 9 周边电芯隔热能力 周边电芯接触面积 m2 0.0560 0.0853 0 0 度电需要隔热面积 m2 0.0314 0.0976 0 0 散热能力 单体水冷面积 m2 1.0440 0.0747 0.00077 0.00228 每度电水冷面积 m2 0.0158 0.0170 0.0430 0.0260 资料来源 Surper 锂电池，中国银河证券研究院 圆 柱 单 体能量 低，单体释放的能量小， 相较 于方 形和 软包 来说不易引起热蔓延。从单体 层面看安全性排序小圆柱 ＞大 圆 柱 ＞软包＞方形。从尺寸上来看， 4680 目前的比例是一个 比较完美的临界点。 在高度上可 能还会继续 做大，但在直径上做大，散热将会是问题。 图 12 方形、圆柱、软包电池大小排列示意图 资料来源 ATL 官网，中国银河证券研究院 圆柱电池 周边隔热 能力更强。 相比方形电池和软包电池电芯间的紧密连接， 4680 的圆柱 弧形表面 ， 能够一定程度上限制电池之间的热传递。 4680 采取顶 部水冷 和侧面水冷相结合的方 式。 顶部采 用一块 完整 水冷 板，侧面采用导热 发泡胶进行导热，在圆柱原有的侧面 水冷上 进一步提高冷却效率。 4680 每度电水冷面积是方 形的 1.64 倍，是软包的 1.53 倍。 图 13 方形电池底部液冷方案 资料来源 电 动 生活， 中国银河证券研究院 图 14 软包电池底部液冷方案 资料来源 上海车展， 中国银河证券研究院 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 10 图 15 圆柱电池侧面液冷方案 资料来源汽车工程师之家，中国银河证 券研究院 图 16 圆柱电池顶部 侧面液冷方案 资料来源第一电动，中国银河证券研究院 无极耳进 一步提高 散热性。 特斯拉 4680 电芯采用全极耳 /无极耳方案，即去掉 从各层引 出连接到一起的金属极 耳，直接将电池两端改 用导电材料，使其直接传输电流。虽然电池变 得更大，但电流路径更短，从 250 毫米缩 减至 50 毫米，电流传导面积更大，阻抗大大减小， 使得大电流充 放电的温升更小 。 4680 大幅提高电芯的散热面积，传热更均匀，对安全性 更加 敏感的三元 材料更具吸引力。 图 17 单极耳与全极耳原 理示意 图与结 构示 意图 资料来源高工锂电，特斯拉官网，中国银河证券研究院 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 11 图 18 单极耳与全极耳温度分布对比 资料来源 LA Shen， Optimal cell tab design and cooling strategy for cylindrical lithium-ion batteries， 中国银河证券研究院 图 19 大圆柱电池卷芯结构 资料来源 锂想生活 ， 中国银河证券研究院 图 20 大圆柱 电池 的 结构 -无 极 耳 资料来源 比克 电 池 官网 ， 特斯拉电池日 ， 中国银河证券研究院 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 12 （三） 快充成 未来趋势 ， 4680 高倍率优势明显 补能焦虑不断提升的当下，电动 汽车高速快充是发展的趋 势之一。 高速快 充的落 地需要 桩、车、电池三方联动， 整个产业链协同共进。 充电桩 方面， 快充标准奠定基础 。国内 2021 年 9 月落地的 ChaoJI 充电标准最高可支持 1500V 充电电压和 600A 充电电流。目前被国际上广泛接受的电动汽车直流充 电技术标准， 无论是 日本 CHAdemo、欧洲 CCS 还是中国 GB/T， 均已 确立 450kW 以上的 充 电功率目标。 表 4 快充功率及时间 参数 21Q1 未来 电 流 （ A） 250 500 电压（ V） 400 800 400 800 最大充电功率（ kW） 100 200 200 300-500 30-80 SOC 所需时间 （ min） 30 15 15 6-10 资料来源电动知未来，中国银河证券研究院 车企方面，国内热销车型普遍停留在电压平台 400-600V、 充电倍率 2C 以下。 特斯拉 Model 3 电压平台为 400V，理论充电倍率约为 1.85C，为行业较高水平 。 比亚迪汉 EV 最大 充电系 统电压为 569.6V，可实现 25 分钟 30-80 SOC 的充电速度。如果新能源 汽车可以 搭 载 800V 电压 平台，充电倍率可轻松实现 2.2C-6C，充电 速度则大幅提升。 保时捷 Taycan 是 第一款量 产的 800V 架构电动车，同 一个超快充阵营的欧美企业 Ionity 也有 800V 的 产品 规 划。与此同时，比亚迪、广汽埃安、华为、极氪、极星、小鹏、岚图、理想等都在打造高压 平台，各大车企基于 800V 高压技术方案的新车 将在 2022 年之后 陆续上市。 图 21 800V 快 充 技术布局情况 资料来源汽车电子设计，中国银河证券研究院 电池方面，快充能力取决于锂离子的脱嵌和迁 移速率。 在高充 电 倍率下， 锂离子脱嵌和 迁移的速率加快，部分锂离子来不及 进入正负极形成副产物， 导致活性物质损 失，加速电池 寿 命衰减。 与此同时， 析锂现象容 易加剧，所产生的锂 枝晶一 旦刺穿 隔膜， 将导 致电池内部短路， 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 13 造成起火等安全风险。 快充对电池热管理能力要求高。 大电流高电压更容易产生大量热，对 电池低阻抗、强散热要求更高。 图 22 电 池 充电工作 原理 资料来源 EV 世纪，中国银河 证券研究院 电池企业、车企 在快充 技术研 发 上各显身手 。 中国多家头部动力电池企业包括宁德时 代、孚能科技、蜂巢能源、欣旺达等，都在积极研发创新，也包括部分车企。 表 5 快充电池技术进展 企业 倍率 充电 时间 快充技术 正极 负极 其他 电池 企业 蜂巢能源 4C 20-80 SOC 充电 10 分钟 前驱体定向生长 负极表面改性 超 导 电解液 宁 德 时代 - 80 SOC 充电 15 分钟 超电子网 各 向 同性石墨 快离子环、超 导电解液、高 孔隙隔膜、多梯度极片 车企 广汽埃 安 6C 30-80 SOC 充电 8 分钟 石墨烯 混合 包覆改性技术 涂覆陶瓷隔膜、高功率电解液、 降低电芯内阻、双层液冷 保时捷 - 80 SOC 充电 15 分钟 硅负极 - 资料来源各公司 新闻，中国银河证 券研究院 蜂 巢 能源 正极 采用前驱体定向 生长精准控制技 术，通 过 控制前驱 体合成参数，一次粒径 放射状生长，打造离子迁移 “ 高速公路 ” ，提高离子传导速度。负极表面改性技术 ，采用液 相包覆 技 术在石墨表面包覆无定形碳，降低阻抗，提升了锂离子通道 工作效率。采用含硫添 加剂 /锂盐添加剂 等低阻抗添加 剂体系电解液，降低正负极 界面成膜阻抗，从而提高电解 液导 电 率。 宁德时代 的策 略是 正极领域采用超电子网充分纳米化的材料表面，搭建了四通八达的电 子网络，使得正极材料对充电信号的响应速度和锂离子脱出速率得到大幅度 提升；负极导入 各向 同性技术，使锂离子 可 360 度 嵌入石墨通 道，显著提升充 电速度，同时修 饰多孔 包 覆层 的阳 极材料表面，提供丰富的锂离子交换所需要的活性位点，极大 地提高锂离子电荷交换速 度和锂离子的嵌入 速率；引入拥有 超 强运输能力的超导电解液，提升锂离子在液相和界面的 传输 速度，通过调控极片多孔结 构的梯度分布 ，实现上层高 孔隙率结构、下层高压实密 度结 构等。 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 14 图 23 宁德时代快充技术 资料来源宁德时代官网，中国银河证券研究院 广汽埃安 石墨烯电池的镍钴锰酸锂三元正极材料与石墨烯 混合制成形成一个近 似球面的 三维结构， 搭建高 效立 体导 电网络 ，从而提升电荷 传递效率。负极 采用特 有 软碳硬碳 石墨烯 包覆改性技术。同时采用涂覆陶瓷隔膜和新型高功率电 解液，提高电池的倍率性能和热稳定 性 ，使得电芯可进 行 高倍 率持续充电。 图 24 广汽埃安快充技 术 资料来源广汽埃安官网，中国 银河证券研 究院 保时捷 正 在 研发硅负极取代传统 石 墨负极的高性能电池， 以获得更高能量密度和快充性 能。 以上技术多 从材料端提 高快充能力， 4680 电 池不仅从材 料体 系 适配快充，同时改变结构 提高 充电倍率。适配硅基负极 ，可 获得 更高的能量密度和倍率性能； 电解液中 添加新型 锂 盐 ，提高电解液窗口，可提高充放 电电压。 采用全极耳 /无 极耳方 案 ，阻抗更小（单极耳的 阻 抗很难降低下来）， 电极倍率可提高 4-5 倍，更容易实现快充功能。以色列初创电池企业 StoreDot 官宣，已经生产出首款 4680 圆柱 形电池，电池充满电 只需要十分钟。 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 15 （四） 大势所 趋， 特斯拉 等 头部 企业 争相 入 局 1、电池厂商 方 形 电池宁德时代一家独大。 CATL、比亚迪、中航锂电基本上都是以 方形为主。 表 6 国内方形电池装机量占比 资料来源真锂 研究，中国银河 证券研究院 在主 流动 力电 池生 产商中， 孚能科技是唯一一家坚持三元软 包路线的企业 。旗下动力 电 池主 要供 应戴姆勒。 表 7 国内软包电池装机量占比 资料来源真锂研究，中国银河证券研究院 国产特斯拉装机带动 2021 年 LG 化学的圆 柱电 池占比达 68。中国最早 做圆柱电池的 企 业以小作坊 的形式居多， 目前除国 轩 高科排名第 二以外，其他中国企业如力神、银隆、比克 等份额较小。 LG、松下、比克、亿纬都在积极布局 4680 电池。 预 计未来几年，在特斯拉 4680 大圆柱效应带动下，更 多车 企或将愿意尝试应用该类产品。 表 8 国内圆柱电池装机量占比 资 料 来源真锂研究，中国银河证券研究院 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 16 4680 电池将在 2022-2024 年集中量产。 目前进展最快的特斯拉已于 2021 年 9 月试生 产，计划 2022 年量产。其 他厂商多在 22H1 开始试生产， 2023 年开始量 产， 2024 年实现大 批量 供货。 表 9 各电池厂商的 4680 规划 资料来源汽车电子设计，中国银河 证券研究院 特 斯 拉 公司 在 召开 的 电话会议上披露 ， 2021 年特斯拉 4680 电池的试点产线良率 已由 去 年的 20提升 至 70-80，全球各工厂都在 2022 年开始生 产 1）美 国加州 弗里 蒙特工厂 兼开发基 地 1 月份已生产 100 万块电池，对应 1000 辆车 ， 目标产能 10GWh，配套车型为 Model Y。 二季度 干电极流程实现 电能输送的完全自动化，大量释放了产能，改善了产量。 3 月以来每个月 环比 增速 均 达到 约 35； 2） 美国德 州 工厂 设 备已装备进产 线， 二季度生产 出第一批 4680 电芯，三季度开始量产， 计划在 2022 年底前 ， 该 工厂 4680 周产量超 过 加州工 厂 ； 3）德国柏林 目前 已 生产出第一辆 用于测试 的 配备 4680 电池的 Model Y。 此外 ， 松 下、 LG、宁德 为特斯拉 4680 的潜在供应商 。 2021 年 8 月， 宁 德 时代（ 300750.SZ） 与上海市人民政 府 签订 合作框架协议 ，计划在上 海临港建 设工厂 生产 4680 电池，已 有中试产线， 目前规划 8 条线，共 12GWh。 公司 目前 已 获 宝马 圆柱 电池 定点。 图 25 亿纬锂能 46XX 电池 资料来源 亿 纬 锂能官 ，中国银河证券研究院 图 26 松下 4680 电池 资料来源 松下官网 ， 中 国 银河 证券 研究院 亿纬锂能（ 300014.SZ） 在动力锂电池领域已布局了三元圆柱，进军 4680 有一定技术储 备。下游客户方面，公司在 2018 年获得戴姆勒九年长单， 2020 年拿下宝马方形 电池订单， 宝马、戴姆勒均有应用 4680 趋势。 2021 年 4 月，公司宣布与 StoreDot 联合开发 4680 和 行业研究 报 告 /电力 设 备及新能 源行业 请务必 阅读正文最 后 的中国银河证券股份公司 免责声明。 17 4695 两大圆柱电池路线 。 StoreDot 为以色列一家专注于 快充的 初创公 司， 对硅负极有独到理 解 ，被戴姆勒 6,000 万美金 投 资 。 2021 年 9 月， StoreDot 宣布已经 生 产出 第一 款 4680 电 芯， 仅需 10 分钟就能充满。 11 月，亿纬宣布 将在荆门高 新区投资建 设 20GWh 乘用车用大圆柱电 池生 产线，预计 22H1 开始建设， 2023 年达产， 2024 年产能将达到 40GWh。 松下 2022 年 6 月， Electrek 报道，松下已 向特斯拉交付 4680 电池 样品，公司此 前已在 日 本 建立一条 4680 电池试产线，助力其在 5 月开启大规模原型生产。松 下计划在下一个财年 （从 3 月算起），在日本和歌山厂投入 量产 4680 电