4680大圆柱电池将带来哪些设备投资机会？
2023年1月，特斯拉宣布将投资36亿美元扩建内华州超级工厂，其中包含年产能100GWh的4680电池工厂，适配轻量车的同时也将用于储能领域。伴随全极耳在模切、揉平、焊接等工艺难点的解决，4680电池有望在2023年迎来量产元年，据各公司披露进展情况统计，我们预计2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，按照每GWh约2亿元的设备投资额测算，2025年对应新增设备市场空间约508亿元。当前时点为4680大圆柱电池量产前夕，应当重视工艺变化带来的锂电设备增量投资机会，建议关注激光焊接设备龙头【联赢激光】、极耳切割设备龙头【海目星】、4680后段设备龙头【杭可科技】、4680卷绕/组装等核心设备供应商【先导智能】、超声波焊接设备龙头【骄成超声】等。
特斯拉4680进展超预期，今年或为量产元年。
1、现产能进展：德州超级工厂共布局4条4680电池生产线，一条已投产，其余三条正安装调试；22年底加州特里蒙特工厂周产达86.8万个电芯，对应约1000ModelY；2、产能规划：2023年1月，特斯拉宣布将投资36亿美元扩建内华州超级工厂，其中包含年产能100GWh的4680电池工厂，适配150万辆轻型车，同期扩产的Semi工厂也有望适配，此外，马斯克表示4680电池将应用于储能领域。
主要电池厂商4680电池生产进展
4680电池为新一代圆柱电池，具有高能量密度、高输出功率、高续航里程、低成本等优势。锂离子电池结构主要分为圆柱、方形和软包三种。4680电池是特斯拉推出的直径为46mm，高度为80mm的新一代圆柱电池，相比于此前应用较多的2170圆柱电池，其增大尺寸的同时能量密度提升5倍、输出功率提升6倍、续航里程提升16%、而成本降低14%。4680电池系统采用无模组设计，约由960个电芯组成，能量密度为215wh/kg；而传统2170电池系统由4个模组、4400多个电池组成，能量密度为170wh/kg。
相比2170电池，4680电池能量密度提升5倍、输出功率提升6倍、续航里程+16%
2170电池与4680电池主要参数对比
单极耳结构难匹配4680电池的大尺寸与长电芯，无极耳技术解决了电子远距离传输、极耳过电位的难题。4680电池的尺寸更大、电芯更长，若采用传统极耳结构，1、极片存在较大长度的未涂布区域，进而减小活性物质的量、降低电池能量密度；2、更大容量电池需要更宽的极耳，卷绕时极耳更容易弯曲进而引起电极性能劣化；3、充放电时电流在集流体上的传输路径较长，导致内阻高、倍率性能和功率密度降低。
“无极耳”技术将电极一端使用导电涂层进行覆盖来替代单一极耳，使其与电池壳体直接接触，以便电子能够直接在集流体和电池壳体间传导。
优势为：
1、电子移动路径缩短5-20%，内阻减小5-20倍；
2、显著降低了电子偏移和过电位现象，提升了电池寿命；
3、导电涂层和电池壳体的接触面积达100%，分散了发热区域。
单极耳与全极耳结构示意图
全极耳技术能够均匀电流密度、降低热损耗
与传统单极耳相比，全极耳制造工艺主要变化包括全极耳制作、连接等环节。
1、电芯在进行极片涂布时，集流体边缘需预留空箔区；
2、经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割处理成多个极耳；
3、沿电芯的轴线方向将正极多极耳和负极多极耳揉平；
4、将揉平后的电芯端面与正负极集流盘焊接，形成圆柱电池全极耳导电结构。
全极耳结构对于激光切割的速度、精度要求更高。普通电芯的极耳模切采用激光间歇式、等间距地切掉正、负极极片上的大部分极耳，仅留下一小部分作为电池的极耳；或采用间歇式涂布的方式，在极片上进行等间距的焊接极耳。对于全极耳电芯来说，需将集流体边缘的空箔区切割处理成多个极耳，且极耳之间的间距极小，对于激光切割的速度、精度等提出了更高的要求，推动相关设备迭代升级。
4680电池新增工艺示意图
全极耳新增揉平工艺，超声揉平生产效率大幅提升。
全极耳电芯卷绕后通常端部不平整且有较多毛刺，外侧容易出现翻边，相对于电芯的中轴存在一定程度的外偏，为避免电芯入壳时对电池外壳的内侧壁造成刮伤，需对电芯端部进行揉平处理。目前揉平方式有机械揉平与超声揉平，相对于机械揉平，超声揉平可以将生产效率提高10倍。
激光焊接从点焊变为面焊，设备价值量增加约一倍。
相比传统电池单极耳使用脉冲激光器进行点焊，4680圆柱电池的全极耳结构采用连续激光器进行面焊，焊接工序增加，且焊接数量是2170电池电极的5倍以上，焊接设备价值量增加1-2倍；此外，全极耳焊接为激流盘与卷芯断面的焊接，集流盘易发生偏移，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者造成虚焊。
揉平原理与效果对比图
2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，对应新增设备市场空间约508亿元。4680大圆柱电池由特斯拉引领，国内外企业加速布局，据各公司披露进展情况统计，我们预计2025年4680大圆柱电池产能规划合计约419GWh，按照每GWh约2亿元的设备投资额测算，2025年对应新增设备市场空间约508亿元，其中激光模切、极耳揉平、激光焊接设备市场空间分别约51亿元、36亿元、58亿元。
投资建议：4680大圆柱电池量产在即，关注工艺变化带来的锂电设备增量投资机会，建议关注激光焊接设备龙头【联赢激光】、极耳切割设备龙头【海目星】、4680后段设备龙头【杭可科技】、4680卷绕/组装等核心设备供应商【先导智能】、超声波焊接设备龙头【骄成超声】等。
