2020年9月特斯拉（TSLA.US）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：
4680大圓柱的優(yōu)勢在哪里？未來替代的是哪部分市場？
4680量產結節(jié)奏如何？
產業(yè)鏈哪些標的受益？
核心結論為大圓柱兼?zhèn)浒踩愿?成本低的雙重優(yōu)勢，從車企和電池廠規(guī)劃看，放量預計在2023-2024年，受益產業(yè)鏈有大圓柱電池+高鎳三元+硅基負極+單壁碳管+LiFSi+結構件。
一 4680路線優(yōu)勢
大圓柱的優(yōu)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(yōu)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。
目前動力電池采用量較多的小容量電池進行串并聯成組，以滿足高能量的要求。因此汽車動力電池系統(tǒng)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(fā)生的動力電池事故，均是由于電池組中的某一個電池單體熱失控后產生大量熱，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，相較于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、軟包電池由于具有平直的表面，組成模組后常常是平面緊密接觸的狀態(tài)，傳熱明顯（特征主要為“側向加熱”）。
圓柱電池由于其弧形表面，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，本身具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(yōu)勢——降低單體成本，“大”的優(yōu)勢——降低BMS難度
1）生產效率高→單體成本低
圓柱：是最早商業(yè)化的鋰電池，生產最為成熟，體現在裝配效率高于方形和軟包，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（同心圓卷繞）決定了其生產速度，即使大圓柱低于小圓柱，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于方形，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(yōu)勢安全性高+單體成本低，但大規(guī)模使用1865/2170的主流車企僅有特斯拉一家。
主要由于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(tǒng)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（此處基于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+。
二 何時落地？
1、車企態(tài)度
目前態(tài)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年后；寶馬預計24年SOP。
1）特斯拉
時間規(guī)劃：21Q3交流會表示將于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(guī)劃：不會把4680鎳基用于所用車，主要在長續(xù)航的車輛中使用；標續(xù)版的車用LFP（非4680）。4680將首先用于Model Y；其他可能搭載的車型有cybertruck、semi等。
Model 3由于尺寸問題，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占比假設：根據特斯拉二季報交流，馬斯克規(guī)劃未來特斯拉車型中1/3~2/3將使用LFP。我們假設22年及以后LFP版MODEL Y：國內占比50%；美國及歐洲銷量占比約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年后逐步轉向4680，24年4680完全替代2170（Model 3除外）。海外進展將快于國內。
帶電量假設：Model Y標續(xù)版帶電量約75度，按照4680帶來16%續(xù)航提升計算，長續(xù)航帶電量約87度電；電動皮卡200度電；Model 3平均80度電。
銷量：基于上述假設，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(xù)航版）將使用4680電池，對應裝機9GWh。23年進入大規(guī)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%，此后進入穩(wěn)定期。由于4680用于帶電量高的車型，因此裝機的滲透率要高于銷量的滲透率，預計22-24年滲透率為6%、34%、50%。
2）寶馬
時間規(guī)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(guī)劃：目前計劃應用于寶馬大、中、小三個車型平臺，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(12.51, 0.28, 2.29%)，同樣是明年實現生產；億緯鋰能（除特斯拉外，大圓柱產能規(guī)劃最大的電池廠）、LG化學預計在23年之后開始放量。
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（以色列一家專注于快充的初創(chuàng)公司，對硅負極有獨到理解）聯合開發(fā)，布局的是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(guī)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(fā)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(guī)模生產電池之前完成試產。計劃最早在 2023 年實現量產。
三 哪些產業(yè)鏈上的標的將受益？
1、電池公司
【寧德時代（300750.SZ）】（規(guī)劃12GWh）、【億緯鋰能（300014.SZ）】（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(yè)鏈調研發(fā)現，4680進展和高性能材料緊密相關如硅負極、單壁碳管等，故我們推薦幾個高性能材料產業(yè)鏈：
高鎳：【華友鈷業(yè)（603799.SH）】、【中偉股份（300919.SZ）】。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(fā)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（688779.SH）】、【當升科技（300073.SZ）】、【容百科技（688005.SH）】。
硅基負極：【中國寶安（000009.SZ）】（貝特瑞）。我們預計2170電池硅添加量為5%，4680里添加量為10%，目前硅基負極單價22萬元/噸，單噸凈利潤在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】。硅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%毛利率下單噸凈利潤在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(wěn)定性、電化學穩(wěn)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%，預計單噸凈利潤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，結構更加復雜，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(yè)鏈彈性測算
本文轉自微信公號“長橋海豚投研”，作者：長橋海豚君；