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有人認為4680可能會顛覆現有電池技術路線，也有人認為4680只是噱頭，量產遙遙無期。
2020年9月特斯拉電池日提出“4680”新型電池，即直徑46mm，高80mm的圓柱電池。
根據特斯拉展望：4680將在2170的基礎上能量(容量)提升5倍，里程提高16%，成本下降14%。
目前市場對4680的前景分歧較大：看好的人認為4680可能會顛覆現有電池技術路線，或許迎來圓柱電池的第二春;不看好的人認為4680只是噱頭，量產遙遙無期。
圖：特斯拉4680大圓柱電池構想
資料來源：特斯拉電池日
本篇報告主要回答三個問題：
1、4680大圓柱的優勢在哪裡?未來替代的是哪部分市場?
2、4680量產結節奏如何?
3、產業鏈哪些標的受益?
核心結論為大圓柱兼備安全性高+成本低的雙重優勢，從車企和電池廠規劃看，放量預計在2023-2024年，受益產業鏈有大圓柱電池+高鎳三元+矽基負極+單壁碳管+LiFSi+結構件。
01 4680路線優勢
大圓柱的優勢體現在安全性高+成本低，預計未來將替代部分三元軟包和三元方形的份額。
1、安全性：“圓柱”的優勢——是最有可能解決熱失控的方案
電池組內的熱失控蔓延是安全問題的主要關注點。
目前動力電池採用量較多的小容量電池進行串並聯成組，以滿足高能量的要求。因此汽車動力電池系統的安全問題就不再僅僅是電池單體，而是電池成組安全問題。
近年發生的動力電池事故，均是由於電池組中的某一個電池單體熱失控後產生大量熱，導致周圍電池單體受熱，進而產生熱失控蔓延。
圖：熱失控蔓延影響因素總結
資料來源：《離子電池熱失控蔓延問題研究綜述》芮新宇
圓柱不易引起熱失控蔓延的2個原因：
1)單體容量低，單個電池熱失控釋放的能量小，相較於方形和軟包來說不易引起蔓延。從單體層面看安全性排序：小圓柱>大圓柱>軟包>方形。
圖：不同形狀三元電池單體容量對比
資料來源：各公司官網，其中4680電池按2170的5倍推算。
2)圓柱的弧形表面一定程度上限制電池之間熱傳遞;而方形和軟包的傳熱問題理論上是無解的。
方形、軟包電池由於具有平直的表面，組成模組後常常是平面緊密接觸的狀態，傳熱明顯(特徵主要為“側向加熱”)。
圓柱電池由於其弧形表面，即使在充分接觸的情況下仍存在較大間隙，一定程度上限制了電池之間的熱量的傳遞。
目前主要通過熱管理(大部分車企使用液冷)的手段，抑制熱失控在電池之間的蔓延。其中圓柱電芯的設計，本身俱備一定的熱失控防護的閾值，因此模組層面有更多的容錯空間(推測這也是特斯拉堅持圓柱路線的原因之一)。
2、成本低：“圓柱”的優勢——降低單體成本，“大”的優勢——降低BMS難度
1)生產效率高→單體成本低
圓柱：是最早商業化的鋰電池，生產最為成熟，體現在裝配效率高於方形和軟包，例如億緯新線1865/2170基本是200PPM(200個電池/min)，國產線在150PPM以上;34大圓柱，例如寧德給兩輪車做的，約100PPM。4680現在的量產效率未知，但圓柱的特性(同心圓捲繞)決定了其生產速度，即使大圓柱低於小圓柱，但也會比方形和軟包的疊片快很多。
方形和軟包：200Ah以內的方形10-12PPM、200Ah以上的大方形10PPM以內。軟包的生產效率則更低一些。
以單車80KWh為例，2170圓柱需要4400個左右，單體容量250Ah方形需要300個左右，因此完成整車圓柱電池的生產大約需要20min，而方形則需要30min(按上限10PPM測算)。且圓柱的產線爬坡速度也要快於方形，例如圓柱生產設備3個月可以調試成功，方形則需要4-5個月。
2)圓柱變大→降低BMS難度
以上講了2點圓柱的最大優勢安全性高+單體成本低，但大規模使用1865/2170的主流車企僅有特斯拉一家。
主要由於圓柱電池單體容量較小，要達到一定的動力性能，電池的總量必然巨大，例如18650需要7000+個、2170需要4000+個，對電池系統的連接和熱管理技術提出極高要求。
因此，圓柱電池路線讓不少車企望而卻步。但4680時代，需要的電池單體數量下降為960個，更少的單體數量意味著PACK時空間利用率提高，且需要的BMS大大簡化(此處基於大圓柱散熱問題被無極耳技術解決)。
3)成本展望
預計大圓柱在24-25年達到成熟，屆時大圓柱單wh成本在0.45-0.5元，三元方形在0.5-0.55元，三元軟包在0.55元，LFP方形在0.3-0.4元，而目前單wh三元方形的成本在0.6元+，LFP方形成本在0.5元+。
02 何時落地？
1、車企態度
目前態度明確是特斯拉和寶馬兩家。特斯拉進度要更快些，預計22年可實現裝車，起量預計在23年後;寶馬預計24年SOP。
1)特斯拉
時間規劃：21Q3交流會表示將於22年初美國工廠實現4680裝車。預測國內至少在23年才會上4680。
車型規劃：不會把4680鎳基用於所用車，主要在長續航的車輛中使用;標續版的車用LFP(非4680)。4680將首先用於Model Y;其他可能搭載的車型有cybertruck、semi等。
Model 3由於尺寸問題，被部分工程師認為不適合裝配4680，因此我們假設Model 3三元版仍使用2170。
銷量預測：
LFP佔比假設：根據特斯拉二季報交流，馬斯克規劃未來特斯拉車型中1/3~2/3將使用LFP。我們假設22年及以後LFP版MODEL Y：國內佔比50%;美國及歐洲銷量佔比約1/3。
2170&4680假設：參照2170對18650的替代速度，因此假設22年以2170為主，23年後逐步轉向4680，24年4680完全替代2170(Model 3除外)。海外進展將快於國內。
帶電量假設：Model Y標續版帶電量約75度，按照4680帶來16%續航提升計算，長續航帶電量約87度電;電動皮卡200度電;Model 3平均80度電。
銷量：基於上述假設，我們預計如果明年年初實現順利裝車，22年全年10萬輛Model Y(在美國銷售的長續航版)將使用4680電池，對應裝機9GWh。23年進入大規模放量期，預計國內5+美國42+歐洲12共59萬輛，對應73GWh。預計24年將完成4680對2170的全面替代(Model 3)除外，預計國內30+美國67+歐洲25共122萬輛，對應148GWh。
滲透率：從22年開始進入加速滲透期，預計22-24年4680在特斯拉銷量的滲透率為7%、27%、45%，此後進入穩定期。由於4680用於帶電量高的車型，因此裝機的滲透率要高於銷量的滲透率，預計22-24年滲透率為6%、34%、50%。
2)寶馬
時間規劃：寶馬4695三元大圓柱預計開標100-120GWh，7年周期，SOP時間2024年。
車型規劃：目前計劃應用於寶馬大、中、小三個車型平台，均為CTC產品(可以理解成只有一個pack的CTP)。
2、電池廠進展
目前進展最快的是特斯拉自產電芯，預計明年實現量產;其次為松下，同樣是明年實現生產;億緯鋰能(除特斯拉外，大圓柱產能規劃最大的電池廠)、LG化學預計在23年之後開始放量。
特斯拉：自產4680電芯目前在弗雷蒙德工廠試生產，且測試順利。量產基地在德州，計劃在22年底產能達100GWh(特斯拉口徑偏樂觀)。目前特斯拉4680電池的試點產線良率已由去年的20%提升至70%-80%(批量生產良率要在90%以上)。
億緯鋰能：與StoreDot(以色列一家專注於快充的初創公司，對矽負極有獨到理解)聯合開發，佈局的是4680和4695兩個大圓柱電池，目前成品已出。目前已經公告的產能為20GWh，預計22H1開始建設，23年達產;預計24年產能將達到40GWH(新聞口徑)。
寧德時代：4680規劃8條線，共12GWh。
松下：21年1月消息：計劃在大阪工廠投資一條試驗線，預計2022 年開始投產。21年9月消息：4680型電池的研發目前正在進行中，松下暗示將在這方面加大投入。21年10月消息：計劃22年3月在日本開始試生產4680電池。
LG化學：21年3月消息：LG化學的4680電芯試生產線已經開始建設，組裝和電鍍設備已經安裝完畢，目標是在松下大規模生產電池之前完成試產。計劃最早在2023 年實現量產。
03 哪些產業鏈上的標的將受益?
1、電池公司
【寧德時代】(規劃12GWh)、【億緯鋰能】(已公告20GWh，22H1開始建設，4680進展走在前列)。
2、材料公司
核心邏輯是我們認為4680電池的推出是追求更高的能量密度(圓柱電池疊加高能量密度相比軟包、方形要安全)，從技術層面尋求單wh成本的下降，結合產業鏈調研發現，4680進展和高性能材料緊密相關如矽負極、單壁碳管等，故我們推薦幾個高性能材料產業鏈：
高鎳：【華友鈷業】、【中偉股份】。市場擔心LFP對NCM的全面替代，而實際4680進一步推動高鎳、超高鎳的發展，在這個過程中看好高鎳一體化的龍頭構建壁壘，其他關注【長遠鋰科】、【當昇科技】、【容百科技】。
矽基負極：【中國寶安】(貝特瑞)。我們預計2170電池矽添加量為5%，4680裡添加量為10%，目前矽基負極單價22萬元/噸，單噸淨利潤在6.5萬元，則對應2170單GWh盈利為406萬元，4680為813萬元。
碳納米管：【天奈科技】。矽基負極本身導電性能差，因此會增加碳納米管的使用，且為單壁碳納米管，假設初期粉體價格在900萬元/噸(現在多壁碳管價格在50萬元/噸左右)，在負極添加比例為0.1%，60%毛利率下單噸淨利潤在450萬元，對應單GWh盈利在563萬元。
LiFSI：【天賜材料】。LiFSI具有較好的熱穩定性、電化學穩定性、更高電導率，提升電池性能。目前LiFSI價格超過40萬/噸，假設在電解液的添加比例5%，預計單噸淨利潤10萬元，對應單GWh盈利600萬元。
結構件：【科達利】。2170到4680結構件體積/容量增大了5倍，4680的殼體底部有防爆閥，結構更加複雜，新增蓋帽部分(2170公司不做蓋帽)，故價值量會更大。此外，新產品在初期利潤率也會更佳。
圖：4680產業鏈彈性測算
報告來源：天風證券研究所
本文編選自“SEVEN調研紀要”；智通財經編輯：玉景。
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