4680 大圆柱电池产业趋势明确。
特斯拉引领电池行业标准化，4680 电池有望于 2023 年产业化。2020 年 9 月，特斯 拉电池日发布了 4680 大圆柱电池，其直径为 46mm，高度为 80mm，性能相比传统 圆柱电池进一步提升：1）单体电芯容量约 98Wh，约是 2170 的 5 倍，单体电池能 量密度达 300kWh/kg。2）续航里程提升 16%。3）每 kWh 成本下降 14%。4）输出 功率提升 6 倍，根据 2022 年 7 月用户实测数据，搭载 4680 电池的 Model Y 车型从 0 充到 97%电量用时 52 分钟。
46mm 是综合考虑成本和续航的最优结果，直径可调整。电芯直径变大能够提高电 池包能量密度并降低单瓦时成本： 1）直径增大情况下外壳增重不明显，活性物质占比提高，能量密度提升，续航里程 增加。2）电池包所用电芯数量减少，壳体用量变少，BMS 管理难度降低，叠加能 量密度提升，带来单瓦时成本的降低。 另一方面，1）直径变大对于成本优化的边际效益在降低。2）圆柱电池间的排列存 在空隙，考虑到空间利用率，当单体电池直径超过一定水平，整体电池包能力密度 及续航里程反而会下降。
4680 电池采用全极耳设计，大大减少电池内阻、改善发热问题。传统圆柱电池将正 负极铜箔、铝箔、隔膜叠加起来进行卷绕，为了引出电极，在铜箔、铝箔两端分别 焊接的导引线就叫做极耳。小圆柱电池在正负极两端各有一个极耳，两个极耳就是 电池进行充放电时的接触点，其导电路径为极片卷绕的长度，18650 电池卷绕长度 为 800mm，电阻约为 20mΩ，2170 电池卷绕长度为 1000mm，电阻约为 23mΩ。 4680 电池的全极耳技术把整个集流体都作为极耳，通过集流体的纵向传输，电子流 通路径缩短为 80mm（4680 电池的高度），电阻降至 2 mΩ。电阻的降低大大改善了 发热问题，内阻消耗由 2W 降到了 0.2W，输出功率相比 2170 电池提升约 6 倍。 如上所述，散热性能的提升体现在两个方面：1）电池内阻降低，欧姆热减少。2） 圆柱电池多通过轴向进行散热，传统圆柱电池两端的极耳就是散热通道，4680 的全 极耳设计拓宽了散热通道，散热面积的增大改善了散热效果。
大圆柱电池产业趋势明确，2023 年有望规模化量产。特斯拉最早于 2020 年 9 月的 特斯拉电池日发布 4680 电池并规划 2022 年产能达到 100GWh，之后由于新技术应 用过程遇到挑战，量产进度有所延后，2023 年有望实现规模化量产。从产能进度来 看，国外特斯拉、松下、LG、三星布局领先，国内亿纬锂能、比克等厂商亦有积极 布局。具体来看： 特斯拉：4680 电池工厂分别位于美国内华达州、加州、美国德州。截至 2022 年底， 加州弗里蒙特试点工厂的 4680 电池周产量达到了 100 万块，目标是 10GWh 产能。 2023 年 1 月宣布投资 36 亿美元，在内华达州建立 100GWh 的 4680 电池工厂。
预计德州奥斯汀工厂年底周产量将可以满足超过 1000 辆汽车。 松下：计划在日本和歌山新建两条 4680 电池产线，预计年产能 10GWh，公司已于 2022 年 5 月底完成电池原型开发，于 2023 年 4 月开始试生产，有望于 2023 年起为 特斯拉供应 4680 电池。 LG：于韩国 Ochang 工厂新建 4680 电池产线，年产能达 9GWh，预计于 2023 年下 半年投产并供给特斯拉使用。 三星 SDI：于韩国天安工厂建设了供特斯拉使用的 4680 电池测试产线，年产能略低 于 1GWh，试生产完成后，量产线将安排在马来西亚，预计产能 8-12GWh，最快于 2023 年量产。除了针对特斯拉开发 4680 电池外，三星也在开发 4695 和 46120 电 池。 亿纬锂能：2021年11月公告于湖北荆门投建4680大圆柱电池产线，年产能20GWh， 有望于 2023 年底逐步投产。此外，公司 2022 年 3 月公告称将在匈牙利布局新型圆柱电池。 此外，宁德时代、比克电池也有望在 2023-2024 年实现 4680 电池的量产。
2025 年前后全球大圆柱电池产能约 270GWh。特斯拉、松下等海外厂商有望于 2023 年内实现量产，预计国内厂商量产进度略晚于海外，除亿纬锂能外，宁德时代、远 景动力、比克电池等亦有较为明确的量产规划。根据各厂商的产能规划，2025 年前 后全球大圆柱电池产能约 270GWh。若按 1GWh 大圆柱电池对应预镀镍钢壳需求量 为 1000 吨测算，270GWh 大圆柱电池产能对应预镀镍钢壳需求约 270 万吨。
下游车企需求方面，特斯拉为 4680 电池的主要推动者，根据 2023 年特斯拉得克萨 斯州超级工厂举办的投资者日活动，除乘用车外，cybertruck 也有望搭载 4680 电 池；宝马于 2022 年 5 月宣布推出 Neue Klasse 纯电平台，该平台将生产宝马旗下所 有的电动车型，宝马计划在该平台上使用新型圆柱电池，宁德时代、亿纬锂能等有 望为其供给 46 系列大圆柱电池。 根据测算，假设 2025 年特斯拉乘用车销量 386 万辆，cybertruck 销量 50 万辆，得 到 2025 年 4680 电池装车需求约 167.96GWh；假设 2025 年宝马 BEV 销量 60 万辆， PHEV 销量 35 万辆，得到 2025 年 4695 电池装车需求约 48.16GWh。预计 2025 年 特斯拉与宝马对大圆柱电池的需求合计约 216.12GWh。 除了先发布局 46 系大圆柱电池的特斯拉和宝马外，预计于 2023Q2 上市的江淮钇为 3 将是国内首款搭载 46 系大圆柱电池的车型，此外，根据国家知识产权局统计， 2022 年蔚来、小鹏汽车分别申请了圆柱电池专利，预计后续有望在大圆柱电池上有 相关应用。
在全球新能源汽车竞争格局的不断演变下，近年来全球圆柱动力电池的占比呈下滑 趋势，2018 年为 29%，2022H1 下滑至 14.5%。究其原因： 圆柱电池的需求大头来自海外，由于消费电子的巨大需求使得 18650 电池具备成熟 且规模化的生产线，电池一致性高、制造成本低，因此特斯拉在最初造车时便选择 18650 的圆柱电池路径。而国内电池厂商早期生产的主要是方形电池，国内新能源 汽车发展初期主要是油改电，车企普遍外采电池、直接使用电池厂商提供的 BMS 系 统，因此在方形电池路线不断深耕。 在既定电池路线下，随着国内新能源汽车产业链的快速发展，国内新能源汽车及锂 电池厂商的全球份额持续提升，导致了圆柱电池的全球份额持续下滑。 46 系大圆柱电池将进一步打开圆柱电池的降本成本空间，目前多家国内外新能源汽 车厂商及锂电池厂商共同推进大圆柱电池的研发及使用，长期来看圆柱电池在全球 的市场份额有望有所回升。按照 2025 年大圆柱电池 270GWh 的需求进行测算，则 圆柱电池占全球动力电池的份额约 21.37%，为合理水平。
电池壳体作为锂电池的重要组成材料，起到固定内部电化学系统和全密封的作用， 根据封装形式的不同，锂电池可以分为圆柱电池、方形电池和软包电池。圆柱电池 多采用具有较强结构强度及物理稳定性的钢材作为外壳，而为了防止正极活性材料 对于钢壳的氧化，厂商通过在钢基带上镀镍来保护钢壳的铁基体。根据镀镍工序的 不同，圆柱电池钢壳又可分为后镀镍钢壳和预镀镍钢壳。 预镀镍钢壳性能更优，制造工艺的难点在于退火及电镀。从工艺流程来看，预镀镍 是在电池冲壳之前对钢基带进行镀镍处理，再通过高温退火处理让镍层和刚层相互 扩散渗透，进而形成镍铁合金层。后镀镍则是用冷轧钢板冲制成钢壳后再进行电镀 镍处理。制造预镀镍钢壳的工艺难度较高，其难点主要在于连续退火及电镀工艺， 包括设备和电镀液的配方。而预镀镍的性能优势主要体现在：1）镀层更均匀。2） 镍层与铁层结合效果好，镀层不易开裂。3）焊接性能优异，适配自动化产线。4） 可提升冲压后电池壳的一致性、耐腐蚀性、气密性等关键指标。5）更加环保。4680 大圆柱电池的各项性能提升，对材料性能的要求更高，预镀镍钢壳是壳体材料升级 的必然方向。
通过对比预镀镍钢壳与后镀镍钢壳制成的锂电池的初始电压及放置一段时间后的 电压降的正态分布，可发现预镀镍钢壳制作的锂电池在初始电压及电压降方面的一 致性优于后镀镍钢壳制作的锂电池。
大圆柱电池产业化趋势明确，预镀镍国产替代空间广阔。截至 2022 年底，预镀镍产 能基本被海外垄断，全球产能约 20 万吨，日本新日铁、东洋钢板、韩国 TCC、欧 洲塔塔为主要供应商。国内方面，东方电热（全资子公司东方九天）自 2014 年起深 耕预镀镍市场，拥有完整的产线经验，其产品性能逐步达到海外厂商标准。随着大 圆柱电池的量产，预镀镍需求预计将大幅增长，而海外厂商对于预镀镍产能扩张的 意愿较低，为预镀镍的国产替代提供了机会。 从各项性能指标来看，东方九天预镀镍产品的物理性能十分接近日本新日铁，力学 性能的好坏主要表现在冲制方面，公司预镀镍材料的冲制性能已通过下游结构件厂 商的验证。
