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特斯拉引领4680趋势，关注材料+结构件投资机会总结

核心内容

特斯拉在2020年电池日上推出4680大圆柱电池，提出了一整套从材料到工艺制造的解决方案，包括4680大圆柱+无极耳+CTC三位一体技术。该技术路线在性能、成本和安全性方面均有显著提升，预计2022年初步装车，2023年规模量产，2025年全球渗透率将超过30%，装机量预计达492GWh。4680电池相比21700电芯，容量提升5倍，功率提升6倍，整车续航提升16%，成本降低14%，在单GWh投资成本方面降低7%。

主要观点

1. 4680技术优势：

   • 单颗电芯容量提升5倍，功率提升6倍。
   • 在整车层面提升续航16%，降低成本14%，投资成本降低7%。
   • 无极耳技术缩短电流路径，提升导电性能，增强安全性。
   • CTC技术提升能量密度，降低结构件成本，减少整车零部件数量。

2. 4680与高镍硅基材料相辅相成：

   • 高镍三元正极材料具有成本和性能优势，无钴化进一步降低成本。
   • 硅基负极材料提升续航20%，但存在体积膨胀问题，需通过包覆技术解决。
   • 导电剂碳纳米管提升电极导电性和机械性能，逐步替代传统导电剂。
   • LiFSI电解液有望替代六氟磷酸锂，成为高镍三元电池的主要锂盐。

3. 全球车企布局：

   • 特斯拉作为4680的引领者，预计2022年装机量为7GWh，2023年达37GWh，2025年达202GWh。
   • 宝马、大众、蔚来等车企也已布局4680技术，部分计划2025年量产。

4. 产业链受益环节：

   • 电池环节：亿纬锂能、宁德时代等具备技术储备和量产能力的企业将受益。
   • 高镍正极：容百科技、当升科技、中伟股份、格林美等具备技术优势。
   • 硅基负极：贝特瑞、杉杉股份等具备量产能力，石大胜华、硅宝科技等化工企业积极布局。
   • 碳纳米管：天奈科技等具备技术、产能和客户优势。
   • 电解液：天赐材料、多氟多等率先布局LiFSI。
   • 结构件：科达利、斯莱克等具备圆柱结构件工艺积累及易拉罐式生产技术。

关键信息

• 4680电池性能：相比21700电池，单体能量密度提升，成本下降，安全性增强。
• 4680电池应用：预计2022年在Model Y上装车，2023年实现规模量产。
• 技术突破：无极耳、干法电极、CTC等技术提升电池性能和降低制造成本。
• 市场前景：2025年全球4680电池装机量预计达492GWh，渗透率超30%。
• 成本预测：4680+高镍硅基电池成本有望下降56%，综合成本降至0.43元/Wh。

行业趋势

• 4680电池将成为高端长续航车型的主流技术路线。
• 高镍三元+硅基负极体系是动力电池的确定性趋势。
• 干法电极技术显著降低能耗和投资成本。
• CTC技术作为加强版CTP，提升整车续航和降低制造成本。

风险提示

• 全球电动车销量不及预期。
• 4680电池良率提升不及预期。
• 新型材料成本下降不及预期。

行业评级

• 看好（维持）

投资建议

1. 电池环节：亿纬锂能、宁德时代。
2. 高镍正极环节：容百科技、当升科技、中伟股份、格林美。
3. 硅基负极环节：贝特瑞、杉杉股份、石大胜华、硅宝科技。
4. 碳纳米管环节：天奈科技。
5. 电解液环节：天赐材料、多氟多。
6. 结构件环节：科达利、斯莱克。

图表目录

• 图1：圆柱电池实物图
• 图2：圆柱电池内部构成
• 图3：放电过程：锂离子从负极移动到正极
• 图4：充电过程：锂离子从正极移动到负极
• 图5：5号、7号、18650、2170和4680电池形态对比
• 图6：拆解后的21700和18650极片
• 图7：2017-2021年国内三种类型装机量与同比
• 图8：2016-2021年国内动力电池封装占比
• 图9：2016-2021E海外动力电池封装占比
• 图10：2017-2021E年全球动力电池封装占比
• 图11：特斯拉电池尺寸变革历史
• 图12：4680电池性能优势
• 图13：46mm为性能和成本权衡下的相对平衡点
• 图14：仅外形改变带来的成本降低
• 图15：常规圆柱电池正负极交汇处的极耳
• 图16：4680电池无极耳解决方案
• 图17：去模组结构降低成本的同时为电芯腾出更多空间
• 图18：CTC技术提高能量密度降低结构件成本
• 图19：特斯拉柏林工厂4680 Model Y的结构设计
• 图20：4680 Model Y的前排座椅和中央扶手直接坐在电池上盖上
• 图21：硅是地壳中最丰富的元素之一
• 图22：硅材料当充满锂时会膨胀挤压粒子使其绝缘失去容量
• 图23：通过在原始冶金硅上包覆的手段大幅降低硅材料成本
• 图24：引入硅基负极将提升电动车20%的续航里程
• 图25：镍金属作为正极材料兼具成本和性能优势
• 图26：无钴化&新型涂层和掺杂剂降低正极成本
• 图27：传统湿法电极制造工艺设备投资大
• 图28：干法电极制造工艺大幅降低能耗
• 图29：特斯拉从第一性原理出发简化生产工艺流程
• 图30：干法电极制造工艺大幅度降低投资成本和能耗
• 图31：特斯拉五位一体的降本方案
• 图32：CTC技术提高能量密度降低结构件成本
• 图33：圆柱电池的热安全性能和机械安全性能突出
• 图34：亿纬锂能4680电芯级测试结果：开阀后定向泄压
• 图35：亿纬锂能4680模组级穿刺测试结果：有明火、无扩散
• 图36：亿纬锂能4680系统级过充测试结果：只冒烟、无明火
• 图37：大圆柱电池与高压快充的匹配性
• 图38：4680+高镍硅基与大方型+铁锂综合对比图
• 图39：从电化学体系分析动力电池技术路线：高镍三元+硅基是确定性趋势
• 图40：宁德时代电池结构技术路线
• 图41：特斯拉CTC结构
• 图42：2022年3月特斯拉柏林工厂投产现场
• 图43：特斯拉德州超级工厂
• 图44：特斯拉远期计划形成方形铁锂+锰铁锂+高镍三种解决方案
• 图45：车企布局大圆柱平台情况
• 图46：2021年全球圆柱电池市场竞争格局
• 图47：2020年我国动力圆柱市场竞争格局
• 图48：特斯拉庆祝2022年1月第100万只4680电芯投产
• 图49：特斯拉电池产能规划
• 图50：特斯拉认为长期来看实现全球过渡到需要20TWh电池的年产能
• 图51：松下17年开始量产21700圆柱电池至今产量已经接近有10年历史的18650
• 图52：松下确定下一代电池路线为4680大圆柱
• 图53：松下在锂电池材料领域的领先解决方案
• 图54：松下圆柱电池技术路线：通过正极无钴化、硅碳负极和大尺寸化推动电芯容量提升
• 图55：亿纬锂能圆柱电池制造经验丰富
• 图56：亿纬锂能4680电池产品
• 图57：比克电池大圆柱电芯发展历程
• 图58：比克电池46系列产品
• 图59：比克电池26系列产品
• 图60：大圆柱电池关键工序：集流盘的激光焊接
• 图61：大圆柱电池生产工序及工艺挑战点
• 图62：负极材料分类
• 图63：贝特瑞硅碳负极生产流程
• 图64：翔丰华硅碳负极生产流程
• 图65：2014-2021国内硅基负极材料市场规模及同比
• 图66：2015-2021我国负极出货量结构
• 图67：三元电池高镍化去钴是发展趋势
• 图68：2019-2022H1我国三元材料市场型号结构占比
• 图69：2022H1国内高镍三元市场竞争格局
• 图70：2022H1国内三元材料市场竞争格局
• 图71：碳纳米管应用于锂电池中带来的性能提升
• 图72：硅基负极的体积膨胀的失效机理
• 图73：2017-2025E我国动力锂电池用导电剂渗透率
• 图74：2021年CNT浆料价格大幅上涨
• 图75：2014-2025E年国内碳纳米管导电浆料出货量及同比
• 图76：2021年我国碳纳米导电浆料市场竞争格局
• 图77：单壁碳纳米管
• 图78：多壁碳纳米管
• 图79：掺杂0.05%质量比单壁碳纳米管时导电材料内部结构
• 图80：掺杂0.1%质量比单壁碳纳米管时导电材料内部结构
• 图81：单壁碳纳米管相比传统添加剂的优势
• 图82：电解液的基本功能是在正负极之间传递锂离子同时对电子绝缘
• 图83：电解液构成及分类
• 图84：锂电池内部构造示意图
• 图85：锂电池成本结构
• 图86：电池结构件核心部件：顶盖、壳体
• 图87：锂电池精密结构件生产流程
• 图88：2021年我国锂电池结构件市场分技术类型占比
• 图89：2021年我国锂电池结构件主要企业市场份额
• 图90：斯莱克基础盖宽卷料系统

表格目录

• 表1：特斯拉自制三种尺寸圆柱电池参数比较
• 表2：传统圆柱电芯生产工艺流程
• 表3：亿纬锂能4680安全性测试结果说明
• 表4：电池封装体系与电化学材料体系的匹配
• 表5：8系三元+硅基负极动力电池成本拆分及对比
• 表6：特斯拉各工厂汽车年底名义产能
• 表7：特斯拉用4680电池需求测算
• 表8：部分车企4680布局
• 表9：部分已布局4680车企的原有电池供应链配套
• 表10：2022E-2025E全球4680圆柱需求测算