前言:
2020年9月特斯拉电池日提出“4680”新型电池,即直径46mm,高80mm的圆柱电池。
根据特斯拉展望:4680将在2170的基础上能量(容量)提升5倍,里程提高16%,成本下降14%。
目前市场对4680的前景分歧较大:看好的人认为4680可能会颠覆现有电池技术路线,或许迎来圆柱电池的第二春;不看好的人认为4680只是噱头,量产遥遥无期。
图:特斯拉4680大圆柱电池构想
本篇报告主要回答三个问题:
1)4680大圆柱的优势在哪里?未来替代的是哪部分市场?
2)4680量产结节奏如何?
3)产业链哪些标的受益?
核心结论为大圆柱兼备安全性高+成本低的双重优势,从车企和电池厂规划看,放量预计在2023-2024年,受益产业链有大圆柱电池+高镍三元+硅基负极+单壁碳管+LiFSi+结构件。
一、为什么看好4680大圆柱路线,未来替代的是哪部分市场?
大圆柱的优势体现在安全性高+成本低,预计未来将替代部分三元软包和三元方形的份额。
优势1安全性:“圆柱”的优势——是最有可能解决热失控的方案
电池组内的热失控蔓延是安全问题的主要关注点。目前动力电池采用量较多的小容量电池进行串并联成组,以满足高能量的要求。因此汽车动力电池系统的安全问题就不再仅仅是电池单体,而是电池成组安全问题。近年发生的动力电池事故,均是由于电池组中的某一个电池单体热失控后产生大量热,导致周围电池单体受热,进而产生热失控蔓延。
图:热失控蔓延影响因素总结
圆柱不易引起热失控蔓延的2个原因:
1)单体容量低,单个电池热失控释放的能量小,相较于方形和软包来说不易引起蔓延。从单体层面看安全性排序:小圆柱>大圆柱>软包>方形。
图:不同形状三元电池单体容量对比
资料来源:各公司官网,其中4680电池按2170的5倍推算。
2)圆柱的弧形表面一定程度上限制电池之间热传递;而方形和软包的传热问题理论上是无解的。
● 方形、软包电池由于具有平直的表面,组成模组后常常是平面紧密接触的状态,传热明显(特征主要为“侧向加热”)。
● 圆柱电池由于其弧形表面,即使在充分接触的情况下仍存在较大间隙,一定程度上限制了电池之间的热量的传递。
目前主要通过热管理(大部分车企使用液冷)的手段,抑制热失控在电池之间的蔓延。其中圆柱电芯的设计,本身具备一定的热失控防护的阈值,因此模组层面有更多的容错空间(推测这也是特斯拉坚持圆柱路线的原因之一)。
优势2成本低:“圆柱”的优势——降低单体成本,“大”的优势——降低BMS难度
1)生产效率高→单体成本低
● 圆柱:是最早商业化的锂电池,生产最为成熟,体现在装配效率高于方形和软包,例如亿纬新线1865/2170基本是200PPM(200个电池/min),国产线在150PPM以上;34大圆柱,例如宁德给两轮车做的,约100PPM。4680现在的量产效率未知,但圆柱的特性(同心圆卷绕)决定了其生产速度,即使大圆柱低于小圆柱,但也会比方形和软包的叠片快很多。
● 方形和软包:200Ah以内的方形10-12PPM、200Ah以上的大方形10PPM以内。软包的生产效率则更低一些。
● 以单车80KWh为例,2170圆柱需要4400个左右,单体容量250Ah方形需要300个左右,因此完成整车圆柱电池的生产大约需要20min,而方形则需要30min(按上限10PPM测算)。且圆柱的产线爬坡速度也要快于方形,例如圆柱生产设备3个月可以调试成功,方形则需要4-5个月。
2)圆柱变大→降低BMS难度
以上讲了2点圆柱的最大优势安全性高+单体成本低,但大规模使用1865/2170的主流车企仅有特斯拉一家:主要由于圆柱电池单体容量较小,要达到一定的动力性能,电池的总量必然巨大,例如18650需要7000+个、2170需要4000+个,对电池系统的连接和热管理技术提出极高要求。因此,圆柱电池路线让不少车企望而却步。但4680时代,需要的电池单体数量下降为960个,更少的单体数量意味着PACK时空间利用率提高,且需要的BMS大大简化(此处基于大圆柱散热问题被无极耳技术解决)。
3)成本展望
预计大圆柱在2024-2025年达到成熟,届时大圆柱单wh成本在0.45-0.5元,三元方形在0.5-0.55元,三元软包在0.55元,LFP方形在0.3-0.4元,而目前单wh三元方形的成本在0.6元+,LFP方形成本在0.5元+。
二、4680何时能落地?
1、车企态度
目前态度明确是特斯拉和宝马两家。特斯拉进度要更快些,预计22年可实现装车,起量预计在2023年后;宝马预计2024年SOP。
1)特斯拉
● 时间规划:2021Q3交流会表示将于2022年初美国工厂实现4680装车。预测国内至少在2023年才会上4680。
● 车型规划:不会把4680镍基用于所用车,主要在长续航的车辆中使用;标续版的车用LFP(非4680)。4680将首先用于Model Y;其他可能搭载的车型有cybertruck、semi等。Model 3由于尺寸问题,被部分工程师认为不适合装配4680,因此我们假设Model 3三元版仍使用2170。
● 销量预测:
LFP占比假设:根据特斯拉二季报交流,马斯克规划未来特斯拉车型中1/3~2/3将使用LFP。我们假设2022年及以后LFP版MODEL Y:国内占比50%;美国及欧洲销量占比约1/3。
2170&4680假设:参照2170对18650的替代速度,因此假设2022年以2170为主,2023年后逐步转向4680,2024年4680完全替代2170(Model 3除外)。海外进展将快于国内。
带电量假设:Model Y标续版带电量约75度,按照4680带来16%续航提升计算,长续航带电量约87度电;电动皮卡200度电;Model 3平均80度电。
销量:基于上述假设,我们预计如果明年年初实现顺利装车,2022年全年10万辆Model Y(在美国销售的长续航版)将使用4680电池,对应装机9GWh。2023年进入大规模放量期,预计国内5+美国42+欧洲12共59万辆,对应73GWh。预计2024年将完成4680对2170的全面替代(Model 3)除外,预计国内30+美国67+欧洲25共122万辆,对应148GWh。
渗透率:从2022年开始进入加速渗透期,预计2022-2024年4680在特斯拉销量的渗透率为7%、27%、45%,此后进入稳定期。由于4680用于带电量高的车型,因此装机的渗透率要高于销量的渗透率,预计2022-2024年渗透率为6%、34%、50%。
2)宝马
● 时间规划:宝马4695三元大圆柱预计开标100-120GWh,7年周期,SOP时间2024年。
● 车型规划:目前计划应用于宝马大、中、小三个车型平台,均为CTC产品(可以理解成只有一个pack的CTP)。
2、电池厂进展
目前进展最快的是特斯拉自产电芯,预计明年实现量产;其次为松下,同样是明年实现生产;亿纬锂能(除特斯拉外,大圆柱产能规划最大的电池厂)、LG化学预计在2023年之后开始放量。
● 特斯拉:自产4680电芯目前在弗雷蒙德工厂试生产,且测试顺利。量产基地在德州,计划在2022年底产能达100GWh(特斯拉口径偏乐观)。目前特斯拉4680电池的试点产线良率已由去年的20%提升至70%-80%(批量生产良率要在90%以上)。
● 亿纬锂能:与StoreDot(以色列一家专注于快充的初创公司,对硅负极有独到理解)联合开发,布局的是4680和4695两个大圆柱电池,目前成品已出。目前已经公告的产能为20GWh,预计2022H1开始建设,2023年达产;预计2024年产能将达到40GWH(新闻口径)。
● 宁德:4680规划8条线,共12GWh。
● 松下:21年1月消息:计划在大阪工厂投资一条试验线,预计2022年开始投产。2021年9月消息:4680型电池的研发目前正在进行中,松下暗示将在这方面加大投入。2021年10月消息:计划2022年3月在日本开始试生产4680电池。
● LG化学:2021年3月消息:LG化学的4680电芯试生产线已经开始建设,组装和电镀设备已经安装完毕,目标是在松下大规模生产电池之前完成试产。计划最早在 2023年实现量产。
三、哪些产业链上的标的将收益?
1、电池公司
【宁德时代】(规划12GWh)、【亿纬锂能】(已公告20GWh,2022H1开始建设,4680进展走在前列)。
2、材料公司
核心逻辑是我们认为4680电池的推出是追求更高的能量密度(圆柱电池叠加高能量密度相比软包、方形要安全),从技术层面寻求单wh成本的下降,结合产业链调研发现,4680进展和高性能材料紧密相关如硅负极、单壁碳管等,故我们推荐几个高性能材料产业链:
● 高镍:【华友钴业】、【中伟股份】。市场担心LFP对NCM的全面替代,而实际4680进一步推动高镍、超高镍的发展,在这个过程中看好高镍一体化的龙头构建壁垒,其他关注【长远锂科】、【当升科技】、【容百科技】。
● 硅基负极:【中国宝安】(贝特瑞)。我们预计2170电池硅添加量为5%,4680里添加量为10%,目前硅基负极单价22万元/吨,单吨净利润在6.5万元,则对应2170单GWh盈利为406万元,4680为813万元。
碳纳米管:【天奈科技】。硅基负极本身导电性能差,因此会增加碳纳米管的使用,且为单壁碳纳米管,假设初期粉体价格在900万元/吨(现在多壁碳管价格在50万元/吨左右),在负极添加比例为0.1%,60%毛利率下单吨净利润在450万元,对应单GWh盈利在563万元。
● LiFSI:【天赐材料】。LiFSI具有较好的热稳定性、电化学稳定性、更高电导率,提升电池性能。目前LiFSI价格超过40万/吨,假设在电解液的添加比例5%,预计单吨净利润10万元,对应单GWh盈利600万元。
● 结构件:【科达利】。2170👉4680结构件体积/容量增大了5倍,4680的壳体底部有防爆阀,结构更加复杂,新增盖帽部分(2170公司不做盖帽),故价值量会更大。此外,新产品在初期利润率也会更佳。
图:4680产业链弹性测算
#锂电概念集体冲高亿纬锂能创新高#
$亿纬锂能(SZ300014)$ $宁德时代(SZ300750)$ $贝特瑞(NQ835185)$
精彩讨论
凤擎天2021-11-08 17:14这券商真NM会瞎扯淡,4680电池当然可以用磷酸铁锂,但这不是用高射炮打蚊子嘛,大材小用,光不锈钢钢壳和防爆安全阀就多少钱了,由于磷酸铁锂能量密度低,所以可以做到很大一颗,安全问题也没有那么担心。
高镍三元能量密度那么高,本来稳定性就变低了,你还搞那么大方形,不是找死嘛…所以高镍三元都是圆柱形,采用不锈钢和安全阀,几百个小电池,保证了安全性。自动化生产也容易。
软包和方形的高镍三元目前基本不成熟。
至于为啥用高镍三元。因为Model Y和cyber truck等车型确实需要,很多人还是希望能做到1000KM。
磷酸铁锂也有自己的场景,储能+中低端车,比如只用来上下班。确实符合现在最主要的使用场景,所以爆发了。
但是考虑到未来自动驾驶,娱乐等汽车用电量越来越大,高镍三元甚至固态还是必须的。
反正我就是在等着买4680的Model Y。
两个各有各的应用场景。
深圳某律师2021-11-09 08:01单个电池体积大了,用的电池个数相对就少了,但单车的电池总体积不变。
群众牛2021-11-08 08:14不懂就问:为何4680一定是三元?这尺寸及更高的安全要求,磷酸铁锂貌似更适合,而且会再提升、发挥磷酸铁锂的优势啊
明确的股票游骑兵2021-11-08 21:57宁德从哪来4680靠你一张嘴吹呢?亿纬测试线的产品都已经开始送样了,宁德的在哪里。靠你一张嘴吹呢
一了生2021-11-09 08:00单个电池提高五倍,但是主要是电池变大了,密度增加不多
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透明珠珠2022-02-20 12:34我觉得你说的相当客观了
透明珠珠2022-02-20 12:314680首先在国外装车
船长人生之星辰大海2022-02-20 12:20 慎独20182022-02-19 14:28最近它開了機構投資者交流會。在講研發的內容中,唯一跟4680有關的,是該公司董秘提到CTP4.0版本比4680系統電量高。試想啊,CTP不是標準化產品,不能解決新能車設計與使用過程中的安全與經濟痛點,電量高又如何?TSLA和BMW選擇4680/4695作為下一代電池,肯定經過充分論證的。C若有4680技術,還不得在機構面前吹上天。這次交流還是那些內容:鈉離子,AB電池混搭,(一致性不好的電池裝在一起會起火,就是AB電池混搭哈。道理就醬紫,連韭菜都懂,還忽悠基金經理交智商稅呢。鈉離子電池重且體積大,充電慢,車用不可能;循環次數低,商業化成本也沒優勢),研發中心人多、算力高等。某國還14億人呢,諾貝爾獎沒幾個。不能一兩句話把問題說清楚的,都不是好交流。$亿纬锂能(SZ300014)$
慎独20182022-02-19 12:42那廝沒做過圓柱吧,人員團隊要臨時拼湊呃。即便給它技術也沒能力量產,良率不達標(85%)它肯定賠本咋。有的調研紀要說它有幾條1.5或2.0G的試驗線,那也還是待考的事兒,不可當真。$亿纬锂能(SZ300014)$ 是6.5G/條的產線好吧,且圓柱18650、21700均拿了鬆下認證(只是沒產能供鬆下,自己直銷都被客戶搶購),比4680更大的電池都生產過。拼工藝拼經驗拼成本都是$亿纬锂能(SZ300014)$ 領先那廝N個身位
梦幻与幻梦2022-02-17 10:484680
犯困鸭绿江2022-02-06 00:22比克电池呢
妙道真君2021-12-31 21:424680详细解答