锂电新技术：大圆柱虽迟但到，产业链或乘风起！
研究报告内容摘要
大圆柱产业趋势明确：特斯拉率先提出，宝马跟进，电池厂宁德、亿纬、LG、松下等全面响应。
从当前时间点看，动力电池形状技术路线方形是主流。18-19年全球方形电池占比达57%，20年略有下降，21、22年未有全球数据，我们根据头部电池厂市占率预计方形占比超60%（宁德+比亚迪+三星+中航等)。从性能看，方形成组效率最高，软包单体能量密度最高，圆柱生 产效率和一致性最高。往未来看，我们认为大圆柱是大势所趋：
特斯拉在20年电池日首次提出4680电池，并规划自产电池。特斯拉2008年开始采用18650电池，后升级为2170，到2020年发布了4680电池。4680 与 2170 电池相比，单体带电量提升 5 倍，减少结构件等非活性物质占用体积，整体续航里程提升 16%，无极耳（全极 耳）设计大幅提升了电池功率，带来更快充电速度。
车企和电池厂全面布局、响应。车企方面宝马、保时捷、江淮、东风岚图等多家主流车企积极布局，电池厂方面宁德时代、亿纬 锂能、LG新能源、松下电池、三星SDI、远景动力、比克电池、国轩高科、蜂巢能源等多家头部企业积极响应。
大圆柱火热的背后是高安全性和高经济性驱动，我们预计23/25年全球大圆柱电池出货33/280GWh，在动力电池渗透率4.0%/19%。圆柱的形状热扩散性能较好，因此可以搭配高镍、硅负极等高性能材料。生产效率可以做到非常高，制造成本会大幅下降。亿纬锂能董事长表示大圆柱电池（46系列圆柱电池）制造效率可提升30%， 宝马基于当前市场环境的预判，第六代电池相较于第五代产品，成本可降低多达50%。
大圆柱电池有望带动锂电主材体系升级，圆柱辅材国产替代加速。主材升级包括正极高镍化，负极硅基化，碳管三代化+单壁化，结构件等强度要求提升。大圆柱的优势是不易热失控，高镍三元优势是能量密度高，劣势是成本高+热稳定性差，大圆柱搭配高镍三元是优劣势互补， 故大圆柱的应用加速会促进正极高镍化。
圆柱天生更适合用硅负极，其各向同性的特点使得圆柱电池更耐膨胀（硅负极最大问题是膨胀），此外特斯拉4680电池明确表 示使用硅，我们预计25年全球硅基负极市场空间有望达300亿，21-25年复合增速136%。
方形是动力电池的主流，主要系国内以宁德为首的均选择的是方形路 线。18-19年全球方形电池占比达57%，20年略有下降，21、22年 未有全球数据，我们根据头部电池厂市占率预计方形占比超60%（宁德时代+比亚迪+三星+中航等)。
方形成组效率最高。根据2020年1月数据，行业内圆柱电芯的模组成组效率约为87%，系统成组效率约为65%；软包电芯模组成 组效率约为85%，系统成组效率约为60%；方形电芯的模组成组效率约为89%，系统成组效率约为70%。
软包单体能量密度最高。软包电池单体能量密度在常见三种锂电池封装形式中，最容易做高。
圆柱生产效率和标准化程度最高。圆柱电芯由于其自身结构特点，也由于其型号的标准化，圆柱电芯生产的自动化水平，在3种主 要电芯形式中为最高。这就使得高度一致性成为可能，成品率相应得到提高。
从2008年开始，特斯拉一直将18650圆柱电池作为主流产品，然 而在规格提升至21700之后，产品持续5年时间很难进行迭代，直 到2020年，特斯拉发布了4680全极耳电池之后，产品从规格、性 能、成本、安全、使用寿命等方面实现了全新的突破。
2020年，特斯拉在电池日上推出4680电池。4680 大圆柱路线与 2170 电池相比，单体带电量提升 5 倍，减少结构件等非活性物质 占用体积，整体续航里程提升 16%，无极耳（全极耳）设计大幅 提升了电池功率，带来更快充电速度。
特斯拉认为 46 mm 以后整车的续航开始下降，同时降本的边际效益变得非常低，因此 46 mm 是圆柱电池高度最优解。从材料方 面看，直径46mm较2170每Wh所需电池壳数量及面积减少，因为电池直径增加降低了比表面积；从生产工艺看，pack空间利用 率提升、生产组装时间减少、对BMS的要求更低，因为电池单体数量减少，18650需要7000+个电芯，2170圆柱需要4400+个 电芯，而新型电池4680仅需950个电芯。对于电芯高度，目前业界还没有定论，主要因各家底盘设计而异。比如宝马采用的是 4695 方案。
大圆柱电池的高安全性从技术上是可以做得到的，它可以避免热扩散，这是一个最基本的前提。大圆柱因为安全性高，可以使用 高镍、硅负极、碳纳米管、高端铜箔等前沿材料，使得其性能要明显优于现有电池材料体系。
大圆柱电池的生产效率可以做到非常高，制造成本会大幅下降。亿纬锂能董事长表示大圆柱电池（46系列圆柱电池）制造效率可 提升30%，宝马基于当前市场环境的预判，第六代电池相较于第五代产品，成本可降低多达50%。此外，大圆柱电池也非常适合整车的集成设计，在CTP、CTC等方面拥有优势。
相较于2170 圆柱电池，大圆柱4680电池的容量及输出功率更高，对安全以及电流输出装置要求更为严格，需要的零件也更多， 其产品结构更为复杂，对制造工艺要求也更高，对生产设备的要求也不一样。
科达利宣布具备大圆柱4680电池结构件的生产能力，将根据客户的实际需求为客户提供相应的配套。
我们预计宁德时代单GWh电芯结构件价值量在3000万元+，考虑到大圆柱电池结构的升级、对强度要求的提升，我们预计单
GWh价值量有所提升。
目前锂电池常用的外壳材料主要分为三种，分别为钢材、铝材、铝塑膜。圆柱形锂电池多采用具有较强物理稳定性的钢材材料作 为外壳材质，为了防止电池正极活性材料对钢壳的氧化，生产企业通常采用镀镍的方式来保护钢壳的铁基体。根据镀镍环节所处 顺序的不同，圆柱电池钢壳可分为预镀镍钢壳和后镀镍钢：后镀镍：用冷轧钢板（简单一点就是铁），冲制成钢壳之后再去做电 镀；预镀镍：是一种在电池壳冲压之前对基础钢材进行镀镍，再通过高温回火处理从而让钢层和镍层之间相互扩散渗透形成镍铁 合金层的技术工艺。预镀镍较后镀镍钢壳镀层更均匀，加工性能更优，做成的电芯一致性更强，是目前圆柱电池主流工艺。
