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锂电行业深度系列十二：大圆柱电池技术新发展，量产推动材料需求共振

核心内容

大圆柱电池，特别是46系电池，正在成为锂电行业的重要发展方向。其设计兼顾性能与经济性，预计将在2023年实现大规模量产，并在2026年全球需求有望达到238GWh，年均复合增速达119%。该电池技术在设计与工艺实现方面有显著升级，包括全极耳技术、干电极工艺、CTC设计等，同时推动电化学体系优化，如高镍正极、硅负极、LiFSI等新型材料的应用。

主要观点

• 技术优势：大圆柱电池具备高能量密度、强快充、高安全、长寿命等特性，同时具有较低的BMS控制难度和成本优势。
• 尺寸设计：46mm直径被认为是当前工艺水平下兼顾性能与经济性的优选方案，而高度则可根据客户需求灵活调整。
• 市场应用：大圆柱电池率先在动力市场应用，特斯拉、宝马、蔚来等车企已布局，同时在储能市场亦有广阔前景，尤其在户储领域。
• 材料升级：高镍正极、硅负极、LiFSI等新型材料需求快速增长，推动电化学体系优化与迭代。
• 产业链布局：头部电池企业如宁德时代、亿纬锂能、松下等正加速产能建设，同时相关材料企业如容百科技、当升科技、天奈科技等亦积极布局。

关键信息

电池技术发展

• 圆柱电池自1991年由索尼公司发明，早期用于消费电子，特斯拉将其引入电动车领域。
• 2020年特斯拉发布4680大圆柱电池，其单体容量较21700电池提升5倍，成本降低14%。
• 46系电池采用全极耳设计，缩短电子传输路径，提高倍率性能，增强热稳定性。
• 干电极技术简化工艺、降低成本，同时兼容负极补锂工艺，优化首效问题。

市场应用与需求预测

• 2023年全球大圆柱电池市场需求为22.7GWh，其中储能/动力分别为0.3/22.4GWh；2026年预计需求达238GWh。
• 2023年全球新能源车销量预计为1383万辆，动力电池装机量为704GWh，预计2025年动力电池装机量达1156GWh。
• 2023年全球新型储能新增装机规模为133GWh，预计2026年将达810GWh，年均复合增速达82%。

产能与布局

• 特斯拉计划将大圆柱电池年产能提升至100GWh，松下预计2024年大规模量产，年产能超40GWh。
• 亿纬锂能规划大圆柱电池产能超80GWh，其中荆门基地预计2023年下半年向国内车企供货。
• 其他企业如宁德时代、中创新航、鹏辉能源、比克电池等也在积极布局大圆柱电池产能。

材料体系优化

• 正极材料：大圆柱电池更适配高镍/超高镍材料（如NCM811、NCA等），推动高镍材料需求增长。
• 负极材料：硅基负极具有高比容量，但存在体积膨胀、首次效率低等问题，企业通过掺硅、改进结构件等手段优化其性能。
• 电解液：LiFSI新型锂盐因高导电性、稳定性等优势，有望逐步提升在电解液中的使用比例。
• 结构件：预镀镍技术提升电池壳体性能，龙头厂商有望提升市场份额。
• 导电剂：单壁碳纳米管（SWCNT）更适配高镍与硅基负极体系，有助于提升倍率性能和循环寿命。
• 补锂剂：有助于提升电池能量密度和改善首圈效率，是未来技术提升的重要方向。

投资建议

关注在大圆柱电池产业链布局领先的电池与材料企业，包括：

• 电池企业：宁德时代、亿纬锂能、中创新航、鹏辉能源
• 材料企业：容百科技、当升科技、华友钴业、天奈科技、德方纳米、厦钨新能、璞泰来、天赐材料、新宙邦、当升科技等

风险提示

• 需求不及预期
• 行业竞争格局恶化
• 产品验证不及预期

公司盈利预测及投资评级（2023.6.25）

图表与数据目录

• 图1：报告框架图
• 图2：圆柱电池发展历程
• 图3：全球动力电池形状占比
• 图4：圆柱电池续航性能与成本变化
• 图5：全极耳示意图
• 图6：全极耳设计产热更均匀
• 图7：干电极与湿法电极容量循环周次对比
• 图8：干电极与湿法电极容量循环周次及库伦效率对比
• 图9：21700电池与4680电池生产工艺对比
• 图10：特斯拉大圆柱电池CTC设计
• 图11：全球新型储能新增装机规模
• 图12：2021年全球电化学储能各场景装机功率占比
• 图13：2023年5月全国各地代理电价峰谷价差
• 图14：2022年全球户用储能新增装机分布情况
• 图15：德国电价指数KWK-Preis
• 图16：美国主要州际交易所电力加权平均价格
• 图17：部分电池企业大圆柱电池产能规划
• 图18：全球大圆柱电池产能布局情况
• 图19：大圆柱电池产业链示意图
• 图20：大圆柱电池结构爆炸图
• 图21：比克电池大圆柱电池顶盖结构示意图
• 图22：亿纬锂能大圆柱电池结构示意图
• 图23：比克电池大圆柱电池顶盖结构示意图
• 图24：预镀镍钢基带与后镀镍钢壳生产流程
• 图25：预镀镍钢基带与后镀镍钢壳性能对比
• 图26：单壁碳纳米管提升NCM811电池倍率性能
• 图27：单壁碳纳米管提升搭载硅基负极电池循环寿命
• 图28：补锂剂作用机理图

表格目录

• 表1：不同封装形态电池特点
• 表2：全球及主要国家或地区新能源车销量情况
• 表3：全球及主要国家或地区动力电池装机量
• 表4：储能电池细分应用领域介绍
• 表5：部分省份强制配储政策
• 表6：全球新型储能市场装机情况
• 表7：部分车企大圆柱电池应用情况
• 表8：部分电池企业在动力大圆柱电池布局情况
• 表9：部分电池企业在储能大圆柱电池应用展望
• 表10：全球大圆柱电池需求量
• 表11：部分正极或前驱体企业高镍产品布局情况
• 表12：不同负极材料性能情况
• 表13：部分负极企业硅负极布局情况
• 表14：不同锂盐性能对比
• 表15：部分企业LiFSI产能规划
• 表16：部分企业大圆柱结构件产品布局进展
• 表17：全球预镀镍需求测算
• 表18：部分镀镍钢带生产企业情况
• 表19：预镀镍钢带性能对比
• 表20：各企业单壁碳纳米管粉体性能情况
• 表21：正极补锂剂主要产品
• 表22：部分企业补锂剂布局情况
• 表23：产业链部分公司盈利预测及估值