摘要

圆柱电池成就特斯拉行业领先地位，4680圆柱电池量产在即。圆柱电池兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位。4680圆柱电池性能优异，具有高比能量、快充、高安全、低成本和长寿命等特性，适配中高端乘用车。特斯拉到年底有望实现4680圆柱电池6.8-10.2GWh年化产能，可装配9.0-13.7万辆Model Y。

46系大圆柱电池极具降本增效潜力，预计25年全球市场超200GWh。降本方面，预测4680圆柱电池生产和设备投资成本有望砍半；超高镍和硅碳负极实现降本比例达11%和6%；干法电极技术减少电池极片生产工序，实现降本增效；目前特斯拉已实现负极干法电极量产。增效方面，大圆柱全极耳方案减小内阻和增加热传导，可将快充时间降至15分钟内；46系大圆柱电池一致性高，成组时相互接触面积小，热失控阻隔性好，安全性高；圆柱结构适配超高镍正极/硅碳负极，提升电池能量密度。市场方面，特斯拉已实现4680圆柱电池批量试产，预计2025年其4680圆柱动力电池市场需求量将达到167.8GWh，装车数量接近150万辆，占特斯拉当年电动汽车销量的37.2%；预计2025年全球46系大圆柱电池装机规模将超过200GWh，市场规模超过千亿元。

46系大圆柱电池及上游材料企业有望率先受益。特斯拉2023年将迎来4680圆柱电池大规模量产，国内电池企业、材料企业相继跟随布局，将对相关大圆柱电池企业、材料的技术路线和竞争格局产生深远影响。未来在46系大圆柱电池制造，上游不可或缺的超高镍正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐LiFSI等领域具有技术领先、产品成熟度高、海外业务与产线布局等优势的企业有望率先受益。

投资建议：46系大圆柱电池方向，建议关注圆柱电池技术积累深厚，国内圆柱电池龙头企业；超高镍正极材料方向，建议关注超高镍产品技术积累深厚，韩国万吨级新产线投产的高镍三元龙头企业和上下游一体化布局、海外客户充足且已供货特斯拉的三元前驱体龙头企业；硅碳负极材料方向，建议关注硅碳负极龙头，正负极技术实力均领先、长期供货松下等头部圆柱制造商；新型锂盐LiFSI方向，建议关注率先布局LiFSI产业链、供货特斯拉且在海外已有布局的企业。

风险提示：新能源汽车下游需求不及预期；46系大圆柱电池降本不及预期；新型材料成本下降不及预期。

正 文

01过往历史：圆柱电池成就特斯拉行业领先地位，4680圆柱电池量产在即

1.1 起源：圆柱电池兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位动力电池专指为电动汽车辆提供动力的蓄电池，有圆柱、方形和软包三种封装形式。目前动力电池主要有锂离子电池、镍氢电池和铅酸电池，其中锂离子电池占比超过99%，具有高能量密度、高循环寿命、高倍率、自放电小等优势。锂离子电池是指以锂为能量载体的二次电池（充电电池），主要依靠锂离子在正极和负极之间移动实现充放电。不同类型锂离子电池的结构和充、放电原理基本相同，区别主要在正极材料。目前已经量产的动力电池按照封装工艺主要分为圆柱、方形和软包三种。动力电池按正极材料的不同分三元电池和磷酸铁锂电池。三元正极材料是指由镍、钴、锰（或者铝）组成的正极材料，一般指化学方程式为LiNixCoyZ1-x-yO2的材料。其中，当Z为Mn（锰）时，该三元正极材料为NCM，当Z为Al（铝）时，该三元正极材料为NCA。而111、523、622和811等型号则指的是NCM材料中Ni/Co/Mn的摩尔系数比例，比如622中的Ni：Co：Mn的比例为6：2：2，分子式为LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。

圆柱动力电池的发展可以按照电池尺寸划分为三代产品。第一代18650圆柱动力电池（2008年）。以松下18650圆柱电池为主，初期采用钴酸锂（LCO） 石墨方案，供应特斯拉Roasder。之后松下将电池容量从2Ah提升至4Ah，化学体系改为镍钴铝（NCA） 石墨，开始在特斯拉Model S/X上规模化应用。第二代21700动力电池（2017年）。为进一步降本增效，2017年特斯拉与松下共同研发出21700圆柱电池，并应用于特斯拉Model 3，该电池采用镍钴铝（NCA） 硅碳方案，能量比18650提升50%，系统成本下降8%（从185美元/kWh下降至170美元/kWh）。第三代4680动力电池（2019年）。2019年，特斯拉申请4680大圆柱电池专利。2020年9月，特斯拉率先发布无极耳、硅负极、无钴4680电池，材料体系为镍锰（NMx） 硅碳方案，预计单体能量比21700提升5倍，整车续航里程提升16%、功率提升6倍，度电成本降低14%，从10%充电至80%仅需15分钟，而21700电池充电池至70%需要25分钟。特斯拉标准航版装车690个4680电池，使用21700需要4416个，通过减少电池数量，BMS监控系统、冷却系统成本均可下降。2022年5月，特斯拉宣布拟正式向普通用户交付4680电池版Model Y，同时也要求松下加快开发和供应4680电池。特斯拉以圆柱电池起家，助推圆柱动力电池装机量保持高速增长势态。从全球来看，全球圆柱动力电池绝大多数应用于特斯拉，在2020年以前，全球圆柱动力电池装机量增速与特斯拉汽车产量变化趋势近似。2020年特斯拉上海工厂建成投产后，引入宁德时代方形磷酸铁锂电池，导致圆柱电池装机量增速小于特斯拉整体汽车产量增速。2018年，圆柱电池依托特斯拉汽车的畅销实现快速放量，增速达到104%。2021年特斯拉产能进一步扩大，全球圆柱动力电池装机量约58GWh，主要来自于松下、LGES。从国内来看，2017-2019年，国内圆柱动力电池承压，主要系补贴退坡导致乘用车车企加速淘汰、车规级电池产能稀缺、方形电池企业市场集中度上升挤压圆柱电池市场所致。2020年，国内圆柱动力电池销量回暖，主要系特斯拉国产车投产放量，LGES南京基地配套特斯拉量产21700圆柱电池；2022H1，圆柱动力电池装机量约为4.43GWh，同比下降17%，主要系LGES配套特斯拉Model Y/3的数量下降所致。

1.2 性能：4680圆柱电池性能优异，大规模量产在即4680圆柱电池具有高比能量、快充、高安全、低成本和长寿命等特性，适配中高端乘用车。圆柱动力电池通过三元正极材料升镍降钴，石墨负极掺氧化亚硅，单体电池能量密度持续领先。圆柱电池逐步从钴酸锂发展为镍钴铝/镍钴锰，再到无钴正极（NMx），负极硅碳负极应用逐渐成熟，电池能量密度逐年稳步提升至300Wh/kg，在三种封装工艺中单体能量密度持续领先。依据UC San Diego数据，目前特斯拉量产的4680圆柱电池采用高镍三元正极 人造石墨负极，单体能量密度达到244Wh/kg。

快充：依托4680圆柱电池全极耳设计，提高导电和导热面积，可实现4C-6C大电流充电，明显高于方形和软包电池。高安全：4680圆柱电池一致性高，减少过充、过放和局部过热危险；圆弧结构有利于电池间隔热，热失控阻隔性好。低成本：依托干法电极工艺和超高镍正极材料、硅碳负极材料等新型材料，4680圆柱电池成本实现大幅度降低。长寿命：4680电池设计寿命约2000次，单体电池一致性较好，电池系统层面整体寿命相对较长，满足乘用车用电需求。

超高镍和硅碳负极实现双降本，适配4680圆柱电池。参考亿纬锂能发布公告数据，结合各单价假设条件，初步得到以NCM811/Gr时，电池正极材料和负极材料成本分别为0.271、0.060元/Wh，当更换为超高镍Ni90正极和硅碳负极Gr-SiOx时，正极材料和负极材料成本分别降低为0.242、0.057元/Wh，分别降低11%、6%。假定其他条件不变时，正负极材料成本下降导致电池原材料成本由原来的0.521元/Wh下降到0.489元/Wh，降幅6%。超高镍正极和硅碳负极适配4680圆柱电池，且实现更低成本。正极适配方面，9系超高镍正极镍含量比8系更高，活性高，更容易和电解液发生副反应，圆柱电池电解液用量少，且壳体本身耐压能力强，对产气有较高的承受能力；负极适配方面，硅碳负极膨胀系数较高，圆柱电池耐压承受能力强，选用硅碳负极能有效提升电池能量密度。正极降本方面，一是材料本身成本低，9系高镍正极中钴含量低，后续价格比8系成本低；二是能量密度更高，9系镍含量比8系更高，导致能量密度更高，所以单Wh电池的正极材料用量减少。负极降本方面，随着硅碳负极工艺技术不断成熟，生产成本不断下降。

4680圆柱电池一致性高、热失控阻隔性好。圆柱电池是以卷绕工艺进行制造，通过加快转速来提高生产效率，而软包和方壳的叠片工艺的效率提高受限。在卷绕过程中，为保证电池具有高一致性，需要对卷绕张力进行控制。目前松下等国外企业对圆柱电池卷绕张力的控制较好，大批量生产的圆柱电池产品一致性高，良率能达到97%~99.0%，可以避免由于电池一致性差导致的过充、过放和局部过热等危险。

2.3 市场：预计25年46系大圆柱动力电池需求量将超过200GWh从产能投产及规划预测来看，2022-2024年特斯拉、松下、LGES、三星SDI、亿纬锂能、宁德时代等企业4680产线将陆续投产。最早实现量产的是特斯拉，到今年年底初步实现约10GWh产能，其次是松下，预计明年3月份初步实现10GWh 4680圆柱电池产能并逐步放量。LGES、三星SDI、亿纬锂能加快构建46系大圆柱电池产线，规划产线均为10GWh左右，宁德时代预计到2024年建成12GWh的46系大圆柱电池新产线并实现量产。

除了特斯拉，多家车企看好46系圆柱电池市场应用。宝马、Rimac、蔚来、江淮等车企均在大力布局46系大圆柱，其中宝马在9-10月分别与亿纬锂能、宁德时代、远景动力达成46系大圆柱电池供货协议，总规规模超110GWh，按照每辆车100kWh计算，满产装车量达到110万辆。

25年全球46系大圆柱装机规模将突破200GWh，市场规模超过千亿。特斯拉德州工厂已开始向客户交付带4680电池组的Model Y。截至2022年Q3，预计年底能够达到6.8-10.2GWh。按照特斯拉、宝马等车企46系大圆柱电池需求规划，预估2025年46系大圆柱电池装机量将达到207.8GWh，全球动力电池装机量市占率将达到14.0%。假设导2025年三元动力电池单价降至0.5元/Wh，推测46系大圆柱电池市场规模将超过1000亿元。

03产业链机遇：46系大圆柱电池及上游关键材料企业有望率先受益

46系大圆柱电池降本增效明显，市场前景广阔，对电池产业链影响较大，我们重点关注锂电池制造、超高镍正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐LiFSI等新产线、新工艺环节。特斯拉作为新能源车企标杆，最早于2020年提出4680大圆柱解决方案并自建电池制造产能。伴随特斯拉得州工厂搭载4680圆柱电池的首批Model Y交付，2023年46系大圆柱电池将迎来大规模量产，国内外车企、电池企业、材料企业均相继跟随布局，46系大圆柱电池将对电池、材料的技术路线和竞争格局产生深远影响，未来在超高镍三元正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐LiFSI等领域具有技术储备以及量产能力的上下游企业有望率先受益。3.1 46系大圆柱电池：特斯拉领衔研发生产，头部电池厂商纷纷加码跟随从技术层面看，46系大圆柱电池均以超高镍 硅碳为主要正/负极材料。特斯拉正极选用9系高镍NCM正极，后续目标是发展二元无钴正极材料，即镍锰正极（NMx）；LGES选用9系四元高镍NCMA；松下和三星SDI均选用NCA；宁德时代、亿纬锂能、SKI均选用高镍NCM，未来将用到9系。负极材料用掺12％-15％氧化亚硅的硅碳负极，容量达550mAh/g。

3.2 超高镍正极材料：高镍正极材料快速发展，超高镍产品有望批量供货高镍化是三元正极材料发展方向。三元材料由镍、钴、锰（或铝）三种金属组成，其中镍是电极反应中关键的活性物质，在充放电中参与氧化还原反应。提高三元材料整体能量密度关键就在于提升镍含量。为了实现正极降本增效，不断减少钴含量，增加镍含量。高镍三元继续超高镍化，从NCM8系、NCA8系继续向NCM9系、NCA9系、NCMA、无钴化发展。从技术层面看，NCMA（镍钴锰铝）四元材料有利于提升循环寿命。NCMA是基于目前两大主流三元高镍材料NCM与NCA混合而成，通过在NCM三元材料中掺杂Al粒子得到，本质是用Al替代Co，提升材料稳定性和降低材料成本。韩国Un-Hyuck Kim团队使用1C电流在25℃1000次充放电循环后，NCMA75电池的放电容量保持率达到95.0%，而NCM77与NCA82的放电容量则分别下降至原先的87.9%、79.6%。NCMA的循环性能明显优于比容量相似的NCM和NCA。

高镍产品具有较高的提高技术壁垒，技术深厚的正极材料企业具备发展潜力。正极材料技术主要体现在材料的配方设计、关键设备的选型、工艺细节设计。高镍三元正极材料对前驱体制备、烧结工艺和过程控制以及生产环境的要求苛刻，同时还对核心生产设备的各项性能和产线设计的细节要求同样较高。同时，高镍三元正极产品具有较高的客户粘性。由于高镍三元正极材料对安全性能的苛刻要求，高镍三元正极材料厂商需要满足的客户认证要求远高于普通三元正极材料。从市场层面看，高镍三元正极材料市场集中度较高，CR3约70%。龙头企业扩产加速，高镍化有望助力具备技术储备的企业进一步提高市占率。在高镍正极需求大幅增加的背景下，具有量产能力且通过客户认证的容百科技、天津巴莫、贝特瑞、振华新材加速扩产高镍正极。2021年高镍三元正极材料出货量前三分别为容百科技、天津巴莫和贝特瑞，CR3达到70%，市场集中度较高。预计2025年国内高镍三元渗透率提升至51%，21-25年CAGR达到41%。

从供应链层面看，各家企业均在大力布局高镍正极材料。容百科技、当升科技、华友钴业均在大力布局高镍正极材料，成为进入特斯拉4680电池供应链的有力竞争者。容百科技（688005）主要优势是产品种类齐全，NCM811系列占据市场主导地位，专利优势明显，在韩国建设工厂，享受美国《通胀消减法案》补贴政策可能性较大。当升科技（300073）主要优势是拥有多家海外客户布局，8系、9系产品均已实现批量销售，主要面向海外市场，已运用在4680圆柱上，Ni95产品已完成国际客户验证，超高镍产品Ni98正在开展客户认证工作。华友钴业（603799）凭借全产链一体化布局，实现钴、镍自供，子公司天津巴莫也实现高镍产品批量销售，国外客户众多，包括LGES南京工厂、ATL、三星SDI、SK on等。贝特瑞（835185）高镍三元正极材料成功打入松下供应链，海外客户还包括SK on、三星SDI等。中纬股份（300919）是三元前驱体龙头企业，海外客户众多，包括特斯拉、LGES、L&F、三星SDI等企业。

从市场层面看，商业化硅碳负极适配圆柱电池，电池量产推动硅碳负极需求快速增长。由于方形电池和软包电池对膨胀非常敏感，而4680大圆柱具有受力均匀、自动化程度高、膨胀容忍度高、制造自动化程度高等优势，硅碳负极搭配能量密度较高的高镍三元正极应用于圆柱电池优势更加突出。4680大圆柱电池以及长续航快充车型放量，有望推动硅碳负极材料快速增长。目前国内贝特瑞和杉杉股份有批量产品出货。贝特瑞年年产能为0.6万吨，正在扩产4万吨，产品销往LGES和三星SDI，LGES电池进一步供货特斯拉汽车。宁德时代、国轩高科、星恒电源等电池厂商均将硅碳负极明确列为高比容量电池发展方向。

从供应链层面看，4680电池量产在即，圆柱动力电池需求有望提升。特斯拉于2020年推出的4680大圆柱电池于2022年开始逐步投产，多家电池生产企业也纷纷开始布局大圆柱动力电池，4680圆柱动力电池的量产有望进一步催化带动硅碳负极需求提升。4680大圆柱电池以及长续航快充车型的规模化量产，叠加硅碳负极产业链扩产提速，将推动硅碳负极材料进入快速增长阶段。

从国外业务拓展层面看，贝特瑞、杉杉股份、璞泰来和国轩高科均有境外营收。贝特瑞主营锂离子电池负极材料、正极材料等，2018-2021年境外营收年均增速达到36.9%。杉杉股份主营钴酸锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、镍钴铝三元材料、人造石墨、硅碳负极等，2018-2021年境外营收年均增速达到31.3%。璞泰来主营负极材料、涂布机、涂覆隔膜、铝塑膜、纳米氧化铝粉等产品，2018-2021年境外营收年均增长80.7%，其中负极材料海外业务占比约30%。国轩高科主营动力锂电池和输配电设备业务，海外业务体量总体不高，但增速较快，2018-2021年境外营收年均增长119.7%。

目前LiFSI 作为添加剂用量提高。目前只有一线电池企业、电解液龙头企业拥有LiFSI作为添加剂和锂盐的多种配方，而二线企业大多仅有作为添加剂的配方。LiFSI作为电解液锂盐有两种应用方式：1）可用作常用电解质LiPF6的添加剂；2）作为新型电解质替代LiPF6，目前还处于实验室阶段。目前LiFSI主要作为三元电池LiPF6的添加剂使用，添加量在1%-18%不等。电解液中添加LiFSI的锂离子动力电池的使用寿命、夏季或冬季的续航里程与充放电功率、整体安全性均得到有效提升。根据多氟多公开资料，以4680电池为例，其中LiFSI的添加量或将是普通三元电池的5倍，从3%提升到15%。龙头企业把握核心技术工艺，专利布局提高行业门槛。LiFSI的纯度对产品性能影响较大，电池级LiFSI生产工艺难度较高。目前LiFSI的合成主要采用氯磺酸法，中间产物双氟磺酰亚胺HClSI的收率（主产物占所有产物的比例大小）对产品品质的把控至关重要。纯度控制以及对敏感中间物HClSI的温度把控决定了合成LiFSI较高的技术壁垒。从市场层面看，2021年全球LiFSI需求量为0.68吨，预测到2025年全球LiFSI需求量将达到7.7万吨，年复合增长率达到83%。高镍三元对LiFSI的需求较为刚性，我们预计4680电池中使用量有望进一步提升。国内头部电解液厂商包括天赐材料、多氟多、新宙邦、永太科技等，其中天赐材料产能2020年产能最高占比达到32%。

从供应链层面看，当前国内龙头厂家纷纷开始加速布局LiFSI。2021年下半年，国内龙头厂商加速布局LiFSI。电解液龙头天赐材料于2021年6月公告年产6.2万吨电解质基础材料项目的计划，包括年产6万吨/年的双氟磺酰亚胺（HFSI），该产品是新型锂盐LiFSI的中间体，约可用于生产5.7万吨LiFSI；锂盐龙头多氟多2021年7月宣布拟投资年产4万吨LiFSI项目。其他投建LiFSI产能企业包括时代思康、永太科技、新宙邦、康鹏科技、研一（江山）、中立集团、宏氟锂业等，到2025年预计总产能超过24.5万吨。

从业务拓展层面看，天赐材料、多氟多、新宙邦、永太科技均有境外营收。天赐材料主营锂离子电池电解液和正极材料磷酸铁锂等，2018-2021年境外营收年均增速达到24.5%。多氟多主营无水氟化铝、高分子冰晶石、六氟磷酸锂、新型锂盐、电子级氢氟酸等，2018-2021年境外营收年均增速达到12.8%。新宙邦主营锂离子电池电解液、电解液添加剂、新型锂盐等产品，2018-2021年境外营收年均增长24.2%。永太科技主营医药类化学品、农药类、锂电及其他材料类，2018-2021年境外营收年均下降2.0%。

当前天赐材料、新宙邦、瑞泰新材外产能布局进展较快。欧美地区快速增长的市场吸引着我国电解液企业出海意愿，头部电解液企业纷纷布局欧美地区，抢占电解液市场。目前进展较快的有天赐材料、新宙邦和瑞泰新材，均为国内电解液行业头部企业，海外布局国家包括捷克、波兰、荷兰等欧洲地区。

04投资建议特斯拉4680圆柱电池量产在即，随着46系大圆柱电池实现降本增效进程加快，预计25年全球需求量超过200GWh。特斯拉已实现4680圆柱批量试产，年化产能已达到3.4GWh，预计2025年4680圆柱动力电池市场需求将达到167.8GWh，占特斯拉装机量总量的37.2%，达到150万辆。从全球来看，2025年46系大圆柱电池市场规模将突破200GWh。46系大圆柱市场逐步打开，46系大圆柱电池及上游不可或缺的超高镍正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐LiFSI 3大关键原材料有望率先受益。超高镍正极材料和硅碳负极材料能够保证46系大圆柱电池实现降本增效的重要原材料；LiFSI能有效提升超高镍正极46系大圆柱电池的安全性。

04风险提示1、新能源汽车下游需求不及预期。受疫情和局部地区冲突影响，未来全球宏观经济和市场存在需求下滑风险，将影响新能源汽车产销量，进而对46系大圆柱电池行业的发展产生不利影响。2、46系大圆柱电池降本不及预期。目前生产成本和良率是限制4680电芯大规模量产的关键因素，若未来特斯拉、松下等厂商生产降本遇到瓶颈，将显著拖慢4680电芯的量产化节奏，从而影响相关电池盈利和上游材料供给。3、新型材料成本下降不及预期。在性能角度，46系大圆柱电池更加适配超高镍、硅碳负极、新型锂盐LiFSI等新材料体系，但目前这些材料还处于产业化初期，产品单价较高。未来量产后若成本下降不及预期，相比传统材料性价比优势不明显。