電力設備與新能源-新能車前沿技術之五：大圓柱電池

免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。研究員研究員電力設備與新能源增持(維持)SACNo研究員研究員電力設備與新能源增持(維持)SACNo.S0570522020002shenjianguo@+(86)75582492388SACNo.S0570518110004bianwenjiao@SFCNo.BSJ399+(86)75582776411電力設備與新能源華泰研究2023年4月02日│中國內地專題研究特斯拉主導圓柱電池大型化發(fā)展，大圓柱電池產業(yè)化在即20年9月，特斯拉正式發(fā)布4680大圓柱電池，從單體到系統(tǒng)層面對電池進行了全面升級，使其安全性、續(xù)航、快充等性能得到了顯著提升。相關車企、電池企業(yè)自此爭相布局大圓柱電池，以期抓住動力電池市場。同時在戶用儲能領域，國內相關電池企業(yè)已從22年開始布局適用儲能市場的磷酸鐵鋰大圓柱電池。我們預計27年全球大圓柱電池裝機量有望達429GWh，對應市場規(guī)模2144.8億元。產業(yè)節(jié)奏上，我們預計今年大圓柱電池將從小批量生產轉向量產放量，帶動相關電池企業(yè)受益。同時大圓柱電池引入的創(chuàng)新技術和化學體系也有望為上游的設備廠、材料廠等帶來新的發(fā)展機會。從單體到系統(tǒng)全面升級，大圓柱電池性能優(yōu)勢凸顯相較于傳統(tǒng)電池，大圓柱電池不僅僅是在尺寸上進行升級，更主要是在單體和系統(tǒng)層面上進行了全面技術創(chuàng)新。其在單體電池層面引入的無極耳技術，解決了快充和大倍率充放電時的溫升問題，同時通過引入干法電極技術化簡了極片制造工藝，大幅降低了電池制作成本。在電池系統(tǒng)層面，大圓柱電池采用單側出正負極的結構改善了整體電池系統(tǒng)的電氣連接方式，有利于電池能量密度的提升和尺寸的增加，而電池尺寸的升級使得電池結構強度增大，既能為電源設備提供續(xù)航功能，也能作為結構電池成為車體結構的一部分，對車體起到支撐作用，有利于節(jié)省空間、減輕重量，并實現續(xù)航里程的提升。行業(yè)走勢圖電力設備與新能源滬深300(%)7(4)(14)(25)Mar-22Jul-22Nov-22Mar-23資料來源：Wind，華泰研究動力市場率先發(fā)力，戶用儲能緊隨其后、增長有望大圓柱電池在電動汽車領域優(yōu)勢顯著，其安全性能是目前幾種主流電池形態(tài)中最高的，同時在續(xù)航、快充等方面均性能優(yōu)越，未來有望成為中高端電動車的最優(yōu)解。自特斯拉提出4680電池在車系內規(guī)?；褂煤螅嚓P車企、電池廠紛紛跟進布局，預計最快今年內可實現量產。同時大圓柱電池依托靈活適配性和快充性能優(yōu)勢有望切入戶用儲能領域，我們預計27年全球大圓柱戶儲電池裝機量將達到21.7GWh，23-27年CAGR可達168.0%。綜合來看，我們預計27年全球大圓柱電池裝機量有望達429GWh，對應市場規(guī)模2144.8億元，23-27年CAGR可達110.7%。大圓柱電池推動產業(yè)升級，結構件/工藝需求創(chuàng)新，材料端潛力釋放大圓柱電池在工藝、結構層面的要求更加苛刻，為極耳激光切割、揉平、激光焊接等設備環(huán)節(jié)帶來了升級需求，并提高了結構件的行業(yè)壁壘，我們認為具備全球競爭力的結構件龍頭企業(yè)將有望受益。在結構件中，預鍍鎳的國產化替代正加速推進，目前東方電熱的技術指標已經接近進口產品水平，公司預計今年預鍍鎳鋼基帶出貨量為1.5-2萬噸。在電池化學材料方面，技術創(chuàng)新使得大圓柱電池具備更高的安全上限，高鎳正極、硅基負極等更高能量密度的化學體系或將迎來新一輪的增長機會，同時也將進一步推動大圓柱電池材料體系的更新，促進單壁碳納米管、新型鋰鹽LiFSI的潛力釋放。風險提示：產業(yè)鏈配套建設不及時；產業(yè)化進展和降本不及預期；市場規(guī)模測算存在偏差。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。尺寸升級只是起點，技術創(chuàng)新引領發(fā)展 3復盤發(fā)展：特斯拉主導圓柱路線，逐步向大尺寸發(fā)展 3開端：特斯拉聯合松下開啟車用圓柱電池商業(yè)化 3趨勢：圓柱電池逐步向大型化方向發(fā)展，預計46系成為動力電池主流 3技術創(chuàng)新：大圓柱電池從單體到系統(tǒng)全面升級 5動力、儲能市場應用提速，打開大圓柱電池市場空間 9電動汽車領域優(yōu)勢顯著，儲能領域加速滲透 9車企、電池廠量產在即，動力市場率先發(fā)力 10戶用儲能有望推動大圓柱電池加速量產 預計27年全球大圓柱電池裝機量有望達到429GWh 12大圓柱電池產業(yè)鏈：化學材料端變化小，主要改變在結構件/工藝 13設備廠：突破量產瓶頸核心環(huán)節(jié)，亟需產品、工藝升級 13結構件：行業(yè)壁壘提升，龍頭企業(yè)受益 15預鍍鎳：三元大圓柱電池結構件主流材料路線，國產替代進行時 18預鍍鎳替代后鍍鎳應用于大圓柱電池 18國內企業(yè)逐步發(fā)力，逼近進口產品水平 19預鍍鎳未來市場空間廣闊 20正極：高鎳三元是發(fā)展趨勢 20負極：硅基材料是重點方向 21導電劑：高鎳三元+硅基負極體系需使用單壁碳納米管 23電解液：新型鋰鹽LiFSI用量比例提升 23風險提示 26尺寸升級只是起點，技術創(chuàng)新引領發(fā)展相較于18650、21700電池等傳統(tǒng)電池，大圓柱電池依托電池尺寸的升級，實現了單體電池及整體電池系統(tǒng)在能量密度上的提升，并降低了電池的制造成本。然而尺寸升級只是大圓柱電池在形式上的改變，支撐大圓柱電池實現降本增效的核心來自于其在單體和系統(tǒng)層面上的技術創(chuàng)新，例如在單體電池層面引入的無極耳及干電極技術助力大圓柱電池克服快充、溫升問題；在電池系統(tǒng)層面，大圓柱電池采用單側出正負極的結構改善了整體電池系統(tǒng)的電氣連接方式，進而支持圓柱電池向更大尺寸方向發(fā)展。復盤發(fā)展：特斯拉主導圓柱路線，逐步向大尺寸開端：特斯拉聯合松下開啟車用圓柱電池商業(yè)化1991年，全球首款圓柱鋰電池由索尼發(fā)布并正式投入消費電池產品市場，由此開啟了鋰電池的商用時代。2008年，特斯拉首款豪華轎跑車Roadster問世，創(chuàng)造性地啟用了7000多節(jié)松下制造的18650三元鋰電池，由此拉開了特斯拉與松下長達十年之久的合作序幕，兩者的合作開創(chuàng)了純電動汽車圓柱電池時代。2017年，特斯拉與松下共同研發(fā)的21700圓柱電池成功應用于Model3上，采用NCA+硅碳方案，單體容量較18650電池提升約35%。2020年9月特斯拉召開“電池日”活動，推出4680大圓柱電池，帶領動力電池行業(yè)進入大圓柱時代。自此，整車和電池領域內各企業(yè)爭相布局大圓柱電池，希望在下一代車型和電池設計上爭取主動權，抓住動力電池市場。資料來源：鉅大鋰電，電池中國網，特斯拉官網，華泰研究趨勢：圓柱電池逐步向大型化方向發(fā)展，預計46系成為動力電池主流從產品型號上看，從18650到21700電池再到即將實現量產的4680電池，圓柱電池逐步向著更大的尺寸方向發(fā)展。按照特斯拉的規(guī)劃，4680電池相較于21700電池在性能上實現大幅提升——電芯容量提升5倍，功率提升6倍，電動汽車續(xù)航里程提升16%，邏輯在于：單體電池容量提升后，整體電池組pack的空間利用率和成組效率得到相應提升，從而帶來電池組的能量密度提升以及成本的下降（4680電池相比于21700電池，在電池組層面，每免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。資料來源：特斯拉電池日發(fā)布會，華泰研究46系電池兼具性能與經濟性，是最優(yōu)直徑尺寸的大圓柱動力電池。在動力領域，圓柱電池尺寸增大雖然能夠減少整車使用的電芯節(jié)數，降低BMS的管理難度，然而也會帶來性能和安全方面的問題。據測算，電池容量每提升10%，其循環(huán)壽命大約會降低20%，充放電倍率會降低30-40%，同時電池會有20%左右的溫升，如果持續(xù)增大電池尺寸，則會面臨犧牲安全性所帶來的風險。從直徑46mm開始，整車的續(xù)航開始下降，同時降本的邊際效益也逐步趨緩，因此從電池的整體性能和成本兩方面看，46mm直徑是當前生產工藝水平下的最優(yōu)解。目前在特斯拉的主導下，相關車企、電池廠等均以46系大圓柱動力電池體系為主要研發(fā)對象。資料來源：特斯拉電池日發(fā)布會，華泰研究在戶用儲能領域，大圓柱電池產品規(guī)格較多，尚未形成主流型號。不同于動力大圓柱電池大多基于46系列，針對戶用儲能市場，各企業(yè)生產的電芯產品規(guī)格和型號均有所區(qū)別，億緯鋰能、鵬輝能源的大圓柱電芯以40mm直徑為主，海辰儲能則以46mm直徑為主，高度覆蓋80-300mm，其余企業(yè)生產的戶儲用大圓柱電芯從直徑26mm-60mm均有布局。一方面是由于戶儲大圓柱電池產品尚處于早期發(fā)展階段，未形成統(tǒng)一標準；另一方面，戶儲為適配不同場景產品需求，定制化電芯需求較多。目前，多數企業(yè)正在重點布局大圓柱磷酸鐵鋰電池，致力于通過工藝、材料的創(chuàng)新，實現電池循能電池產品10年以上的使用需求。資料來源：海辰儲能官網，華泰研究技術創(chuàng)新：大圓柱電池從單體到系統(tǒng)全面升級相比于傳統(tǒng)電池，4680大圓柱電池不僅僅是在尺寸上進行升級，更主要是在單體和系統(tǒng)層面上進行了技術創(chuàng)新。在單體電芯層面，相比于18650和21700電池，4680電池最大的創(chuàng)新是新增無極耳技術，又稱全極耳技術，通過縮短電子移動路徑、擴大散熱面積，改善了單體電芯增大帶來的熱量增加問題，突破了電池的快充瓶頸。2023年初，美國專利商標局授予了特斯拉電池干電極領域四項專利，可用于降低電池使用成本、提高電池使用壽命，意味著特斯拉在干電極領域取得突破。在電池系統(tǒng)層面，4680電池采用單側出正負極的結構，有利于電池系統(tǒng)層面的電氣互連，避免了導線連接造成的集流器失效問題，降低了部件電阻并增加了電池的能量密度。無極耳技術助力沖破快充瓶頸，克服大倍率充放電時溫度升高的問題。無極耳的設計具體為去掉原有極耳，在電池的一端使用導電涂層進行覆蓋，讓其與電池殼體直接接觸，使電子可以直接在集流體和電池殼體間進行傳導，而無需集中在極耳處傳導。相比于傳統(tǒng)電池技術，無極耳應用具備的優(yōu)勢：1）電子移動路徑縮短5%-20%，使內阻減小5-10倍；2）顯著避免電子偏移和過電位現象的產生，提升了電池壽命；3）導電涂層和電池殼體的接觸面積達到100%，分散了發(fā)熱區(qū)域，有效解決了電池發(fā)熱問題。資料來源：綠芯頻道，華泰研究資料來源：國家專利局《全極耳極片及卷繞電池》，華泰研究德國亞琛工業(yè)大學HendrikPegel等人通過對比克電池提供的真實商業(yè)化的無極耳大圓柱電池進行參數化建模，探究了不同條件下電芯的最優(yōu)化充電時間和熱管理策略，驗證了無極耳設計對電池充電效率和熱穩(wěn)定性能的提升。數據顯示，在電芯不發(fā)生析鋰的前提下：在20℃環(huán)境下，4680圓柱電池能夠在12分鐘內完成從10%到80%SOC的快充，快充性能相比常規(guī)單極耳電芯提升三倍。資料來源：《Fast-chargingperformanceandoptimalthermalmanagementoflarge-formatfull-tabcylindricallithium-ioncellsundervaryingenvironmentalconditions》（HendrikPegel，2023），華泰研究干法技術化簡極片制造工藝，大幅降低制作成本。傳統(tǒng)電池一般采用濕法電極技術，制作過程中將活性材料與粘合劑、溶劑混合，干燥后壓成電極材料并安裝使用。而特斯拉設計4680電池時，創(chuàng)新引入了干電極技術，具體過程為不使用溶劑，直接將少量（約5-8%）細粉狀PTFE粘合劑與正/負極粉末混合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極，化簡了濕法中的漿制、涂布烘干和溶劑回收過程，極大提高了極片制備的效率，并節(jié)約了制作成本。資料來源：嘉拓智能，華泰研究干法技術極大地提升了電池性能，且更加適配大圓柱電池體系。相比于傳統(tǒng)技術，干法技術制備的電極一方面具備更高的壓實密度，可以容納更多的活性物質，另一方面，由于舍棄粘合劑，避免了溶劑和粘合劑發(fā)生反應所形成的包圍活性材料的粘合劑層，顯著提升了電池的導電性能和能量密度，目前干電極的能量密度超過300Wh/kg，遠期可達500Wh/kg，電池使用壽命也得到明顯改善。同時，干電極既可以減弱濕度對高鎳正極的性能影響，又能對硅基負極的膨脹有更強的承受能力，能更好地適配大圓柱電池高鎳摻硅的材料體系。干法濕法NMP溶劑不需要需要粘合劑少量（約5-8%）PTFE大量干燥車間降低1/3流程簡單復雜生產速度快慢成本下降20%高能量密度300Wh/kg以上180-280Wh/kg資料來源：力容新能源，華泰研究資料來源：《DryElectrodeCoatingTechnology》（HieuDuong，2018華泰研究單體電池采用單側出正、負極結構，有利于電池系統(tǒng)層面的電氣互連。傳統(tǒng)圓柱電池的正、負極位于彼此相反側，因此相應的電連接部件也需要應用于電池的上、下表面，造成電池組電連接結構的復雜化。4680電池采用無極耳設計，只有頂殼中間的極柱是正極，極柱以下的表面殼體均為負極，電池的正、負極位于相同方向，9個電芯并聯為一組，每組電芯的正極匯總后連接到下一組電芯的負極。同時，相比于傳統(tǒng)電池采用的鋁絲焊接，4680電池的電芯和集流器采用激光焊接方式，消除了導線連接造成集流器失效的問題，減少了用于電連接的部件數量，降低了部件電阻，進而增加了電池的能量密度，利于電池尺寸的增加。大圓柱電池尺寸升級使得電池結構強度增大，能更好地適配CTC技術。CTC一體化設計中，取消了電池的pack設計，直接將電芯或模組安裝在車身上，電池既能為電源設備提供續(xù)航，也能作為結構電池成為車體結構的一部分，對車體起到支撐作用，節(jié)省空間也減輕重量（約10%提升了續(xù)航里程（約14%）。在4680+CTC技術下，特斯拉直接取消座艙底板，以電池上蓋作為替代，座椅直接安裝在電池上蓋上。資料來源：綠芯頻道，華泰研究資料來源：中國粉體網，華泰研究資料來源：綠芯頻道，華泰研究資料來源：美國專利局《IntegratedEnergyStorageSystem》，華泰研究電池包示意圖ModelS傳統(tǒng)電池包Model3“大模組”電池包CTC方案適配電芯型號18650217004680單體能量密度211wh/kg263wh/kg300wh/kg成組電池個數7000+4400+960系統(tǒng)能量密度120-140wh/kg150-170wh/kg215wh/kg成組方式共16組，每組444節(jié)電池，每74節(jié)串聯電池包重量900公斤474公斤438公斤資料來源：能源學人，美國專利局《IntegratedEnergyStorageSystem》，華泰研究動力、儲能市場應用提速，打開大圓柱電池市場空間根據封裝方式和形狀不同，鋰電池可以分為方形、軟包、圓柱三種形態(tài)。方形電池單體容量大、結構簡單、系統(tǒng)管理方便，但單體差異性較大、生產自動化水平較低，成組使用可能會存在電池組壽命遠低于單體壽命的問題。軟包電池體積小、能量密度高、散熱性能優(yōu)異，相同容量下，軟包電池比鋼殼電池或鋁殼電池輕很多，然而其殼體強度比不上鋁殼或鋼殼，對成組技術的依賴性很強，技術難度高。圓柱電池一致性好、生產效率高，在系統(tǒng)層面散熱能力強，尺寸升級后可改善其原本的單體能量密度低、模組所需電芯多及其導致的壽命差、管理復雜等問題。池尺寸變大，差異變??；2）散熱能力：軟包、方形>圓柱，圓柱電池的散熱能力在系統(tǒng)層級，因為電池間隙更大得到改善；3）循環(huán)壽命：軟包>方形>圓柱，圓柱的電解液量相對少；4）安全性：圓柱>軟包>方形，此時大圓柱需要使用鍍鎳鋼，此處安全是個相對概念，安全系統(tǒng)性能上，1）成組效率：圓柱、方形>軟包，圓柱、方形、軟包模組/系統(tǒng)成組效率分別為87%/65%、89%/70%、85%/60%；2）可靠性:方形>圓柱>軟包；軟包封口邊漏液是主要的市場失效表現；3）生產效率：圓柱>方形>軟包；4）一致性：圓柱>方形>軟包；5）成本優(yōu)勢：模塊、電池包成組后圓柱成本優(yōu)勢逐漸削弱。圓柱電池軟包電池方形電池能量密度成本優(yōu)勢散熱能力成本優(yōu)勢循環(huán)壽命倍率特性循環(huán)壽命安全性資料來源：華泰研究-圓柱電池--軟包電池--方形電池資料來源：華泰研究大圓柱電池在電動汽車領域優(yōu)勢顯著，有望成為中高端電動車的最優(yōu)解。動力電池產業(yè)的發(fā)展與新能源汽車產業(yè)的發(fā)展相輔相成，動力電池的性能直接決定新能源汽車的性能。相較于方形、軟包封裝，大圓柱電池在動力電池領域優(yōu)勢明確，體現在：1）安全性：大圓柱電池是目前幾種主流電池形態(tài)中安全性最高的，因其應力均勻，散熱性能好，電芯數量下降與無極耳設計等降低了電池的熱管理難度，疊加泄壓閥、集成結構件等技術增強了電池包的結構強度；2）性價比：由于工藝簡單、高度標準化、在整包層面結構件減少、成組簡單等因素，大圓柱電池在整體成本上具備一定優(yōu)勢；3）續(xù)航：大圓柱電池的高安全上限使得其可以支持高鎳三元、硅基負極等更為激進、更高能量密度的化學體系，據特斯拉數據，相比21700電池，4680電池的單體電芯容量提高5倍，續(xù)航提高16%；4）壽命：三元電芯雖然循環(huán)次數相對較少，但是因為高能量密度，能量吞吐量和日歷壽命高，因此其在使用壽命上并不存在劣勢；5）快充：采用無極耳技術，縮短了電子電流在電池中的移動距離，從而大幅提高充電速度。動力電池性能動力電池性能安全性能能量密度倍率性能循環(huán)壽命高低溫性能功率性能新能源汽車性能新能源汽車安全的決定性因素能量密度越高，新能源汽車續(xù)航里程越長充電時間越短，整車動力性能越好循環(huán)壽命越長，新能源汽車的動力電池使用壽命越長高低溫使用范圍越廣，新能源汽車適用的溫度范圍越廣功率密度越高，新能源汽車加速、爬坡性能越好資料來源：孚能科技招股說明書，華泰研究資料來源：比克電池官網，維科網鋰電，華泰研究除了車用領域之外，大圓柱電池有望加速滲透戶用儲能領域。按照正極化學材料的不同，當前鋰離子電池有鎳鈷錳三元和磷酸鐵鋰兩條主流技術路線。三元電池的能量密度更高，但穩(wěn)定性和耐用性較差，通常用來滿足電動汽車的長續(xù)航要求；磷酸鐵鋰電池的安全性更高，但能量密度偏低、成本低，更適用于儲能領域。其中戶用儲能市場對容量、便攜的需求不同，進而對電芯靈活串并聯的要求更高，以磷酸鐵鋰材料為主的大圓柱電池憑借其靈活成組優(yōu)勢在戶用儲能領域性能凸顯，包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、中比新能源、時代聯合等電池企業(yè)均陸續(xù)推出了針對戶用儲能市場的大圓柱磷酸鐵鋰電池。特斯拉率先提出4680電池在車系內規(guī)?；褂?，帶動多家車企紛紛跟沃爾沃、Stellantis、通用、東風嵐圖、江淮汽車、保時捷、蔚來等國內外多家車企已公開宣布將使用或考慮使用大圓柱電池。以寶馬為例，其在2022年9-10月分別與億緯鋰能、寧德時代、遠景動力達成46系圓柱電池供貨協(xié)議，總體規(guī)模達110GWh，按照純電動汽車動力電池容量在60-90kWh范圍計算，滿產后裝車輛將超過110萬輛。企業(yè)研發(fā)電池類別規(guī)劃產能預計最快投產時間總體進展情況特斯拉4680電池約150GWh已有產能1）得州工廠：布局4條4680電池產線，1條已投產，其余3條調試安裝中；2）加州特里蒙特試點工廠：22年底年產能約4.4GWh，實現一周生產86.8個4680電池電芯的突破，能夠供約1000輛特斯拉ModelY電動汽車；3）內華達工廠：100GWh。寶馬46系電池約110GWh2025年1）授予寧德時代和億緯鋰能大圓柱電芯需求合同，兩家供應商將分別在中國和歐洲各建立兩座電芯工廠，每座工廠的年產能達20GWh；2）與遠景動力達成長期合作，遠景動力預計將在美國南卡羅來納州新建一座規(guī)劃46系圓柱電池年產能30GWh的工廠。蔚來4680電池-2024年自研4680圓柱電池，計劃量產，供給蔚來旗下車型及子品牌阿爾卑斯使用。江淮4680電池--與CBAK能源科技聯合開發(fā)包括4680型號的圓柱電池及電池組。通用類似4680規(guī)格的大圓柱電池--在未來的新電動車平臺上將支持使用類似4680規(guī)格的大圓柱電池。資料來源：各公司公告，各公司官網，華泰研究自從特斯拉2020年9月電池日發(fā)布4680電池，海內外電池巨頭都在加速推進大圓柱電池計上半年將從小規(guī)模試制轉向量產放量。其余國外企業(yè)，如松下在2022年5月已經開始小量試產4680電芯，并且計劃將從2023年4月起進入大規(guī)模量產作業(yè)，屆時將可供應特斯拉預計每年10GWh容量的4680電芯，大約可提供15萬輛電動車使用。國內企業(yè)如億緯能于2022年9月9日，收到寶馬集團定點信，將為德國寶馬集團NeueKlasse系列車型提供大圓柱鋰離子電芯總供應量40GWh，預計最快今年Q2實現量產。企業(yè)松下規(guī)劃產能年產能10GWh預計最快投產時間22年已有小量試產，23年開始大規(guī)模量產總體進展情況松下在今年5月已經開始小量試產4680電芯，并且計劃將從2023年4月起進入大規(guī)模量產作業(yè)，屆時將可供應特斯拉預計每年10GWh容量的4680電芯，大約可提供15萬LG新能源三星SDI年產能9GWh年產能8-12GWh2023年下半年投產-輛電動車使用。LG新能源宣布將投資5800億韓元在其韓國奧昌工廠建設4680電池產線。三星SDI準備在韓國天安市建立一條供應特斯拉的試驗電池生產線；后續(xù)將建在馬來西亞芙蓉市建立量產生產線。寧德時代年產能40GWh2024年目前寧德時代規(guī)劃了8條產線12GWh的4680電池產能，預計2024年開始量產。2025年起，寧德時代將為寶馬“新世代”車型架構的純電車型供應46系大圓柱電池，這些產品將在位于中國和歐洲的兩座電池工廠生產，每座工廠供應寶馬的年產能高達20GWh。億緯鋰能年產能40GWh22年中試線已投產，預計23年2季度量產2022年12月大圓柱中試線已投產，累計生產超50萬顆電芯，整體優(yōu)率超92%：湖北荊門大圓柱年產能20GWh的工廠預計最快23Q2量產。2022年9月9日，億緯鋰能收到寶馬集團定點信，將為德國寶馬集團Neueklasse系列車型提供大圓柱鋰電池，總供應量40GWh。比克電池年產能15GWh-2021年3月比克電池正式準出其4680大圓柱電池產品。鄭州生產基地同年新建大圓柱電池生產線，年規(guī)劃最大電池產能15GWh。1月28日比克電池宣布投資130億元在江蘇常州建設電池生產基地，項目涵蓋30GWh大圓柱電池產線及研發(fā)中心，其中一期建設10GWh產能，共建3條大圓柱電池產線及國際化研發(fā)中心。航天鋰電總產能50GWh2024年航天鋰電50GWh磷酸鐵鋰圓柱形電芯產業(yè)園項目在山東泰安舉行。資料來源：各公司公告，各公司官網，華泰研究戶用儲能未來幾年需求仍有望高增長。戶用儲能電池技術路線以磷酸鐵鋰為主，主要包括方形、軟包及圓柱等不同類型電池，其中方形以50Ah-100Ah為主，軟包為30Ah-80Ah，圓柱為10Ah-50Ah。根據高工鋰電發(fā)布的調研統(tǒng)計數據，2022年中國儲能鋰電池出貨量達到130GWh，同比增長高達170.8%，其中戶用儲能領域增速最為顯著，同比增長超過3.5倍。我們預計到2027年，全球大圓柱戶儲電池裝機量將達到21.7GWh，2023-2027年復合增長率可達168.0%。大圓柱磷酸鐵鋰電池備受戶用儲能市場的青睞。目前，戶用儲能系統(tǒng)容量正從3kWh-5kWh向5kWh-20kWh迭代，儲能系統(tǒng)的升級對電池容量、成本、功率以及安全性提出了更高的要求。大圓柱電池得益于無極耳技術、制造工藝和材料體系優(yōu)化，在單體容量、成本、性能、循環(huán)和安全方面優(yōu)勢明顯，例如大圓柱電池采用的磷酸鐵鋰材料本身具備較高的安全性，同時大圓柱電池采用高強度鋼殼設計，受極組膨脹影響形變小、抗沖擊、可靠性更高。結合市場需求和技術迭代來看，大圓柱電池發(fā)展趨勢明顯，目前相關企業(yè)正積極針對大圓柱儲能電池展開研發(fā)工作，致力于將大圓柱電池的循環(huán)壽命向5000次甚至更高次數瞄準。多家企業(yè)密集布局大圓柱磷酸鐵鋰儲能電池。2023年1月24日，特斯拉首次確認不僅會將4680電池用在電動汽車上，還會將其拓展到儲能領域，例如戶儲電池Powerwall。國內包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、航天鋰電等不少電池企業(yè)自2022年已經規(guī)劃或開始布局適用于儲能市場的磷酸鐵鋰大圓柱電池。億緯鋰能針對戶儲市場推出了40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池。鵬輝能源推出的40135型號大圓柱磷酸鐵鋰電池已收到客戶訂單，適用于便攜儲能、戶用儲能等多領域。此外，時代聯合、中比新能源、華立源和博立威等企業(yè)都在通過做大圓柱電芯尺寸來降低成本，進而滿足戶用儲能電池應用場景需求。公司產品型號產品情況億緯鋰能主要為40135型針對戶儲市場，已推出40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池。鵬輝能源主要為40135型其40135電池已經收到客戶訂單，采用無極耳結構、磷酸鐵鋰低溫超導和全周期動態(tài)均衡技術，使用于便攜儲能、戶用儲能等多領域。海辰儲能基于46mm，高度覆蓋80mm-300mm針對戶儲場景的大圓柱電池，產品規(guī)格覆蓋46800-46300，單體容量從10Ah到50Ah不等，可靈活適配多種戶用儲能應用場景定制化需求。時代聯合專注于60mm系列目前已將第五代“60系列”大圓柱磷酸鐵鋰電池推向市場。中比新能源主要為32140型大圓柱戶儲解決方案使用32140大圓柱電池，串并聯更靈活、模組形態(tài)及帶電量更多樣，可滿足不同市場需求。資料來源：各公司公告，華泰研究我們預計2027年全球大圓柱電池裝機量有望達到429.0GWh，對應總體市場規(guī)模將達到2144.8億元，2023-2027年CAGR為110.7%。測算假設與過程如下：1.動力電池需求假設：短期來看，46系大圓柱電池的需求主要由特斯拉、寶馬等車企拉動增長，按照相關車企對46系大圓柱電池的需求規(guī)劃，我們預計2027年全球46系大圓柱電池裝機量有望達到407.3GWh，對應市場規(guī)模2036.6億元。2.儲能電池需求假設：據高工鋰電統(tǒng)計，2021年全球戶儲電池裝機量約6.4GWh，2022年全球戶儲電池裝機量約為25.4GWh，我們預計2027年全球戶用儲能電池裝機量可達240.6GWh。根據目前各企業(yè)在大圓柱戶儲電池領域的布局情況，我們預計到2027年大圓柱電池在全球戶用儲能領域的滲透率可達到9%，對應全球大圓柱戶儲電池裝機量為21.7GWh，2023-2027年CAGR可達168.0%。3.單GWh電池價值量假設：三元動力鋰電池在2020年底價格為0.9-0.94元/Wh，我們預計隨著鋰電池原材料價格下降及電芯能量密度提升，單GWh電池價值量也將逐年下降，到2027年高鎳三元動力電池的售價有望下降到0.5元/Wh；儲能鋰電池在2020年單價為0.85元/Wh，我們預計到2027年其單價有望下降到0.5元/Wh。2020202120222023E2024E2025E2026E2027E動力電池全球大圓柱動力電池裝機量（GWh）15.665.9153.1259.3407.3三元動力電池單價（元/Wh）0.920.840.770.680.570.500.500.50全球大圓柱動力電池市場空間（億元）106.1375.8765.71296.52036.6儲能電池全球戶儲電池裝機量（GWh）YOY4.56.442%25.4298%42.065%67.260%104.856%160.453%240.650%大圓柱電池滲透率（%）2%4%7%9%全球大圓柱戶儲電池裝機量（GWh）21.7儲能電池單價（元/Wh）0.850.780.730.670.600.500.500.50全球大圓柱戶儲電池市場空間（億元）56.1108.3合計全球大圓柱電池裝機量（GWh）16.067.3157.3270.5429.0全球大圓柱電池市場空間108.9383.9786.71352.72144.8資料來源：特斯拉官網，寶馬官網，GGII，Statista，華泰研究預測結構件和工藝方面，隨著產業(yè)化放量大潮將近，相關電池公司擴產意愿逐漸明朗，極耳激光切割、揉平、激光焊接等設備環(huán)節(jié)面臨著升級需求，以激光設備和激光器為代表的設備有望率先受益，同時由于電池結構件的復雜程度提高，單體價值量隨之提升，圍繞特斯拉產業(yè)鏈的結構零件和零件材料公司有望受益。化學材料方面，技術創(chuàng)新使得大圓柱電池具備更高的安全上限，相比于21700電池，大圓柱電池可以適配高鎳正極、硅基負極等更高能量密度的化學體系，從而充分發(fā)揮其優(yōu)勢，這進一步推動了大圓柱電池材料體系的更新：為解決硅基負極的膨脹問題，導電劑需要使用單壁碳納米管；為適配正極高鎳化，需要提升新型鋰鹽LiFSI的用量比例。資料來源：華泰研究設備廠：突破量產瓶頸核心環(huán)節(jié)，亟需產品、工藝升級大圓柱電池現階段的量產瓶頸主要來自工藝層面，亟需聯合鋰電設備企業(yè)進行產品和工藝升級。大圓柱電池的無極耳創(chuàng)新技術在極耳模切、揉平、無極耳與集流盤激光焊接等工藝環(huán)節(jié)增加了較多難點，直接影響了4680電池的良品率，導致電池規(guī)模量產困難。實現規(guī)模量產需達到90%以上的良率，這僅靠電芯企業(yè)開發(fā)設計大圓柱電池裝配段難以實現，還需要聯合鋰電設備企業(yè)進行產品升級和工藝革新，從而實現良率突破，以達到規(guī)模量產要求。資料來源：國家專利局《一種多極耳電芯的制作工藝及多極耳電芯》，財聯社，華泰研究極耳模切/卷繞：部分設備企業(yè)致力于打造激光模切卷繞一體化，新產品技術迭代加快。無極耳結構對激光切割的速度、精度提出更高的要求，也增加了卷繞環(huán)節(jié)的難度，其中卷繞張力控制、卷繞速度及效率都是影響電池產品良率的關鍵。部分企業(yè)從設備集成化著手，通過結構和功能的創(chuàng)新設計，將激光切割設備、卷繞設備、極耳成型結構集成，大幅節(jié)約占地面積，并降低了成本和能耗。目前，易鴻智能激光模切卷繞一體機已應用于頭部動力電池企業(yè)產線，其在張力精度控制、線速度適當匹配等均處于行業(yè)優(yōu)勢地位。贏合科技的激光切卷繞一體機產品可以有效解決模切制片毛刺大、效率低、除塵不徹底、一致性不好等行業(yè)痛點，目前已開始向特斯拉、LG等頭部企業(yè)供貨。資料來源：國家專利局《全極耳極片及卷繞電池》，華泰研究資料來源：易鴻智能公司官網，華泰研究資料來源：贏合科技公司官網，華泰研究極耳揉平：無極耳揉平工藝產生新需求。在大圓柱電池制造工藝中，無極耳電芯卷繞后通常端部不平整且有較多毛刺，為避免電芯入殼時對電池外殼的內側壁造成刮傷，需對電芯端部進行揉平處理，待電池卷芯的斷面平整后再與集流體焊接。傳統(tǒng)的揉平方法是通過揉平機的揉平頭直接接觸在無極耳上，隨著揉平頭的自轉靠近無極耳后，碾轉帶動無極耳揉平在卷繞電芯的端部，然而這種傳統(tǒng)的揉平方法存在以下問題：1）揉平速度過快時，極片容易外翻；2）揉平時候容易產生較多金屬屑，導致內部短路；3）揉平時由于摩擦容易產生大量粉塵。新型無極耳揉平技術有望打開新的市場空間。目前，逸飛激光通過創(chuàng)新開發(fā)的行星式揉平整形技術，在正負極集流體許用應力范圍值內，實現了無極耳高速、無損成型，嚴格控制了因摩擦導致集流體受損、破裂產生的粉塵與顆粒。驕成超聲采用的超聲波揉平設備具有所需壓力小、揉平過程變形小、箔材緊密程度高、需要能量小，瞬間功率小等特點，近年來已與寧德時代、比亞迪、億緯鋰能等鋰電頭部企業(yè)建立了良好的合作關系。資料來源：電池中國網，華泰研究資料來源：逸飛激光招股說明書，華泰研究激光焊接：設備有望實現單體價值量提升，并受益于大圓柱電池放量，迎來量價齊升。無極耳圓柱電池規(guī)?；a應用的核心在于通過激光焊接實現集流體與集流盤、正負極蓋板的全面積焊接。極耳數量的增加對焊接的精度、質量、一致性提出了更高的要求，促使激光工藝設備從傳統(tǒng)電池的脈沖激光器點焊，轉變?yōu)?680的連續(xù)激光焊接設備，激光焊接工序從5道增加至7道。單顆方形電池的電池容量約為150-250Ah，而單顆4680電池的電池容量僅為25Ah，生產一臺特斯拉ModelY需要約960顆4680電池。因此無論從單體電芯層面，還是從所需電池總數層面，4680電池技術帶來的焊點數量相較傳統(tǒng)電池均增加約5倍，即生產單GWh的4680電池相較于18650和21700電池產線增加5臺焊接設備。資料來源：電池中國網，華泰研究動力電池精密結構件是鋰電池的主要構成部分，包括電芯外殼頂蓋、鋁/鋼外殼、連接片和安全結構件等。動力電池結構件主要起到傳輸能量、承載電解液、保護安全性、固定支承電池等作用，直接影響電池的安全性、密封性、能量密度等。大圓柱電池由于尺寸增大、能量密度提高、使用環(huán)境復雜化，其安全方面的隱患也在增加，因此對動力鋰電池結構件公司的持續(xù)創(chuàng)新、產品更新換代速度、研發(fā)能力等提出了更高的標準。資料來源：鋰電聯盟會長，華泰研究4680大圓柱電池結構件相較于18650、21700電池技術壁壘更高，相應的價值量和毛利率更高。一方面，為了適配CTC技術，4680電池結構件需要起到結構支撐的作用，因此4680電池的壁厚相較于21700電池有所增加（21700電池壁厚約為0.3mm，4680電池壁厚約為0.6mm需要采用預鍍鎳鋼帶增加強度。另一方面，鍍鎳鋼殼的加工性相比鋁殼更弱，容易在沖壓過程中產生鍍層破裂等現象，因此對沖壓設備的精度、沖壓力及最大拉伸高度等加工能力提出了更高的要求，技術難度有所增加。資料來源：震?？萍颊泄烧f明書，華泰研究資料來源：震裕科技招股說明書，華泰研究目前各廠商設計的4680電池結構件不同，屬于非標件。當前各家企業(yè)設計的4680電池結構件均存在一定差異，進而導致不同設計下殼體和蓋帽的價值量也存在一定差異。例如，根據特斯拉4680電池的專利說明，電池的上、下表面均與電池側面殼體機械連接；而根據LG新能源的4680電池專利說明，電池的上表面獨立組裝，下表面與側面合為一體。資料來源：美國專利局《EnergyStorageCell》，華泰研究資料來源：國家專利局《二次電池、電池組及汽車》，華泰研究殼體：DWI新型工藝運用于大圓柱電池殼體制造，兼具成本和效率優(yōu)勢。DWI（即DrawandWallIroning）是易拉罐生產線特有的核心工藝，目前也應用于鋰電池殼生產領域，本質上是一種超薄金屬減薄拉伸工藝，可以使電池組織結構更緊密，在大圓柱電池上有較大的應用潛力。在產品生產速率方面，相較于傳統(tǒng)電池殼體生產方式，DWI工藝可以實現高速生產，生產速度可達目前市場傳統(tǒng)生產方式的10倍左右。在電池殼體品質方面，能夠保證產品質量較高的一致性，同時能提高電池殼體的表面光潔度，板材利用率較傳統(tǒng)方式提升15-20%。目前，斯萊克是亞洲唯一易拉罐設備廠商，憑借易拉罐獨有DWI技術，未來在與傳統(tǒng)電池殼企業(yè)競爭中有潛力占據優(yōu)勢。資料來源：海博銳材料科技，華泰研究資料來源：學海網，華泰研究蓋帽：4680電池采用全新適配無極耳設計的蓋帽，防爆設計提升電池的安全性能。動力鋰電池的防爆設計是關乎產品質量、安全的最重要因素，因此需要對動力鋰電池結構件進行合理工藝研發(fā)，合理設置安全閥，對電池泄壓及泄壓前斷電情況進行管理。現有技術中裝有頂蓋的電池蓋帽在內部壓力過大時容易引起電池短路的風險。無極耳圓柱電池的蓋帽去除了頂蓋的設計，外部電連接件可以直接連接在鋁質的防爆閥的連接部上，減小了接觸電阻，同時通過設置防爆閥的連接部和防爆部的厚度，當電池內部氣壓過大，沖破防爆閥上的破裂刻線，使得氣流順利排出，確保電池的安全性。資料來源：國家專利局《全極耳圓柱鋰電池帽蓋及全極耳圓柱鋰電池》，華泰研究結構件龍頭企業(yè)有望受益。動力電池精密結構件由于技術壁壘高、驗證周期長，對行業(yè)潛在競爭者構成了較高的壁壘，市場集中度較高。我們預計4680電池的產業(yè)趨勢將推動動力電池結構件市場的迅速發(fā)展，越來越多中小企業(yè)將被市場淘汰，市場集中度有望進一步提升，行業(yè)龍頭科達利、斯萊克等具備全球競爭力的結構件企業(yè)將有望受益。目前，科達利的4680電池結構件處于批量生產階段，主要供給歐美客戶，將根據客戶的實際需求來規(guī)劃產能并配套生產。斯萊克大圓柱鋼殼的主要設備都已經準備就緒，并完成了自動化高速生產線組合，現在正在進行小批量試生產，未來將根據下游客戶的量產情況進行正式生產。公司科達利東山精密震?？萍奸L盈精密寧波精達斯萊克大圓柱電池結構件進展公司4680電池結構件目前處于批量生產階段，主要供歐美客戶，將根據客戶的實際需求去規(guī)劃產能，配套生產。4680電芯三合一頂蓋從2020年及開始配合大客戶研發(fā)，現階段已經批量出貨；4680電芯圓柱殼體進展迅速，送樣驗證積極。公司在4680電池結構件方面已進行了技術儲備。公司在四川宜賓、常州溧陽、福建寧德利用租賃廠房投建的動力電池結構件生產線都已陸續(xù)投產，可就近服務客戶，充分發(fā)揮產業(yè)鏈的區(qū)域優(yōu)勢。2021年公司順利推出用于特斯拉4680電池殼體成形伺服壓力機，且通過客戶驗收。目前大圓柱鋼殼的主要設備都已經準備就緒，并完成了自動化高速生產線組合，現在正在進行小批量試生產，未來將根據下游客戶的量產情況進行正式生產。資料來源：各公司公告，華泰研究隨著未來CTP或者CTC的普及，系統(tǒng)的集成度越來越高，將會加大膠的用量，CTP預計用量水平翻倍。pack里面常見的膠分三種：導熱膠，結構膠，密封膠。用量最大的是結構膠，凝固之后能夠提供一定強度，作為結構支撐；導熱膠用來傳導電芯或模組之間的發(fā)熱，與水冷系統(tǒng)接觸；密封膠水在接口密封，價值量含量最低。涂膠的難點是電池制造環(huán)境，核心是涂膠路徑和工藝參數的設計。一般導熱膠優(yōu)先涂在底部，結構膠涂抹根據設計來定。伴隨電池包結構的變化，水冷系統(tǒng)也隨之發(fā)生變化，一是水冷板從之前的單一結構變成集成化結構；二是電池之間增加云母板或隔熱墊，在整個熱管理系統(tǒng)中發(fā)揮其絕緣性強、耐高溫的作用。預鍍鎳替代后鍍鎳應用于大圓柱電池圓柱電池通常采用鍍鎳的方式保護鋼殼的鐵基體。目前鋰離子電池按外殼材料可以劃分為鋼殼、鋁殼和軟包三種類型。圓柱形鋰電池一般采用鋼殼作為外殼材料，因為鋼制材料的物理穩(wěn)定性、抗壓力遠高于鋁殼材質，且在各廠家的設計結構優(yōu)化后，鋼殼鋰電池的安全性相對更高。為了防止電池正極活性材料對圓柱鋼殼的氧化，生產企業(yè)通常采用鍍鎳的方式來保護鋼殼的鐵基體。預鍍鎳憑借性能優(yōu)勢，將替代后鍍鎳應用于大圓柱電池領域。根據鍍鎳環(huán)節(jié)所處順序的不同，圓柱電池鋼殼可分為預鍍鎳鋼殼和后鍍鎳鋼殼。由于工藝原因，后鍍鎳材料內的鍍層厚薄不均勻，且存在防腐問題，易導致安全缺陷。預鍍鎳采用先鍍鎳再沖殼的工藝，通過高溫融合滲透，使得鎳和鋼基帶融合形成鎳鐵合金層，一方面可以更加精確地控制鍍層的厚薄以實現輕量化，另一方面可以大大提升沖壓后電池殼的一致性、耐腐蝕性、氣密性等關鍵指標，滿足高端鋰電池的性能需求。資料來源：東方電熱定增說明書，華泰研究預鍍電池鋼殼預鍍電池鋼殼后鍍電池鋼殼鍍層均一性差，殼口厚，內底薄滾槽封口性能良好封口時鎳層容易脫落不掉鎳粉掉鎳粉電池性能電池放電性能良好電池容易短路成品率高低資料來源：永盛新材，華泰研究預鍍鎳鋼帶拉伸過程減薄量大、一致性高，對沖壓要求高。預鍍鎳鋼帶在沖壓成鋼殼過程中會隨鋼帶延伸，鎳層的減薄量接近鋼帶的減薄量，以0.25mm厚度鋼帶沖LR06型號鋼殼為例，其在最薄位置減至0.18mm，減薄量為72%。通過對鋼殼不同位置的檢測結果發(fā)現，鍍層的減薄量約為71%。同時相比后鍍鎳，預鍍鎳材料可以提升內側面鍍層的均勻性，提高產品品質，因此預鍍鎳鋼帶對沖壓的要求更高，需要用高硬度的鎢鋼合金材料制成專用模具，否則容易造成模具損壞、鋼殼損傷及裂紋等現象。資料來源：《預鍍鎳鋼殼在電池中的應用展望》（路興浩，2019華泰研究資料來源：新日鐵住金公司官網，華泰研究國內企業(yè)逐步發(fā)力，逼近進口產品水平全球預鍍鎳主要廠家包括日系的東洋、新日鐵，韓系的TCC以及歐洲的塔塔。目前海外公司在2024年前均沒有明確的大幅擴產計劃，結合東方電熱的公告等信息，我們認為：1）下游需求有限，目前市場容量還不夠大，全球預鍍鎳材料實際需求僅為20余萬噸，電池的放量尚需要時間；2）海外企業(yè)項目建設流程相比國內成本方面，盡管海外企業(yè)尤其是日企公司在2022年已經大幅上調預鍍鎳售價，然而利潤并沒有得到明顯提升，對控制成本沒有明確的把握。我們認為國內企業(yè)有望抓住4860電池放量機會來獲取預鍍鎳市場份額。國內技術層面差距縮小至持平。以東方電熱的預鍍鎳產品在力學性能方面與新日鐵產品的對比為例，兩者產品原本在鍍層均勻度上有少許差距，經過工藝改進后，該差距已經很小。力學性能的好壞主要對產品的沖制過程產生影響，例如產品是否會出現卡磨具、沖裂、劃傷、掉屑等情況，目前公司生產的預鍍鎳產品在品質方面和進口產品相比基本沒有差別。技術指標屈服強度MPa抗拉強度MPa伸長率%鋼帶硬度HV0.2鍍層硬度HV0.01鍍層厚度μm厚度公差mm進口新日鐵鍍鎳鋼帶25634534134210B面≥1.50.25±0.005A面≥1.5國產九天鍍鎳鋼帶24533535131205B面≥1.50.25±0.005A面≥1.9資料來源：《預鍍鎳鋼殼在電池中的應用展望》（路興浩，2019華泰研究國內企業(yè)客戶結構良好。以東方電熱為例，根據公司投資者關系活動記錄表，其在預鍍鎳領域的直接客戶為結構件公司，如東山精密、科達利等，其全資子公司東方九天目前正在建設一個年產2萬噸的鋰電池預鍍鎳鋼基帶項目，計劃今年上半年實現滿產。2022年9月，東方電熱發(fā)布公告稱，公司及全資子公司東方九天與東山精密簽訂框架合作協(xié)議，東山精密承諾向東方電熱采購總量不低于5萬噸鋰電池鋼殼預鍍鎳鋼基帶，產品合同金額約為11億元。此外，公司對江蘇海四達及LG中國的供應商樂通、日光、經通過送樣檢驗。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。國產替代潛力大。國內廠商已經開始積極布局預鍍鎳，東方電熱目前已有3500噸預鍍鎳產量，其2萬噸預鍍鎳產線已試車成功，并預計將于今年下半年具備達產能力，公司預計今年預鍍鎳鋼基帶出貨目標為1.5-2萬噸。從公司目前生產產品的整體質量指標來看，已經和進口材料基本一致。目前國內廠商正在積極擴產，預計未來產品規(guī)模化之后會使成本下降，疊加國內廠商的質量提升，國產替代指日可待。公司名稱東方電熱規(guī)劃產能23,500噸現有情況目前產能為3500噸，在建的2萬噸預鍍鎳鋰電池材料募投項目已于2023年2月5日產品下線，公司預計該募投項目將于今年下半年具備達產能力。永盛新材 已實現電池結構件用預鍍鎳鋼帶材料萬噸級銷售，產品覆蓋汽車、新能源、電子、5G等關鍵領域。三美新材 公司于2010年開始著力K處理鍍鎳研究及生產，并于2017年與上海寶鋼成立“預鍍鎳鋼帶研究聯合實驗室”，一同進行K處理鍍鎳鋼帶研究及產品推廣。資料來源：各公司公告，華泰研究預鍍鎳未來市場空間廣闊我們假設未來用在動力領域和戶用儲能領域的大圓柱電池均采用預鍍鎳材料，隨著大圓柱電池的放量，預鍍鎳將迎來持續(xù)增長。我們預計到2027年全球預鍍鎳總體需求量有望達到59.6萬噸，對應市場空間達到95.3億元。同時，我們預計大圓柱電池將是未來預鍍鎳的主要增量，消費電子產品市場需求量將保持小幅增長至穩(wěn)定水平。2023E2024E2025E2026E2027E大圓柱電池全球大圓柱電池裝機量（GWh）16.067.3157.3270.5429.0預鍍鎳單GWh需求量（噸/GWh）1000980960941922預鍍鎳需求量（萬噸）6.615.125.539.6消費電子產品預鍍鎳需求量（萬噸）15.017.018.019.020.0合計全球預鍍鎳總體需求量（萬噸）16.623.633.144.559.6預鍍鎳單價（萬元/噸）1.871.751.701.601.60預鍍鎳市場空間（億元）31.041.356.371.195.3資料來源：東方電熱公告，華泰研究預測高鎳動力電池即將進入9系時代。動力電池的主流體系是三元電池，其正極材料體系主要包括NCM532、NCM622、NCM811和NCA等，然而這些正極材料中的鈷含量較高帶動電池成本升高。各企業(yè)為實現降低電池成本、提升電池能量密度，致力于提升正極材料中的正極材料的鎳含量以降低鈷含量。其中，鎳含量高達90%及以上的NCM9系、NCA9系和NCMA電池可以將鈷含量降低至10%以下，成為眾多電池企業(yè)的主要研發(fā)對象，然而9系高鎳電池的工藝難度更高，對電池企業(yè)的生產工藝控制和材料體系優(yōu)化提出了更高要求。目前，包括寧德時代、松下、LG新能源、三星SDI、SKI等頭部企業(yè)已經開始大規(guī)模量產供應鎳含量超過80%的NCM和NCA電池，并加快超高鎳電池的研發(fā)進展。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。資料來源：《高能量密度鋰電池開發(fā)策略》（李文俊，2020），華泰研究企業(yè)正極三元技術路線進展4680電池技術路線特斯拉NCM超高鎳方案NCM91寧德時代聚焦NCM：第二代NCM811跟SiC結合，高鎳電池樣品比容量304Wh/kgNCM811億緯鋰能NCM和NCA體系并行正在嘗試NCA/NCMA松下NCA體系，已向Tesla大批量供應鉆含量低于5%的NCA電池，計劃繼續(xù)推廣無鈷電池NCA9SKI聚焦NCM9，鈷含量低于5%NCM9LG新能源聚焦NCMA，計劃供應Tesla，第五代動力電池應用NCA材料，鎳含量90%NCMA/NCA9三星SDI聚焦NCA，鎳含量91%，未來計劃將鎳含量提升至94%甚至更高NCA9資料來源：MIRDATABANK，華泰研究硅基負極能有效提升電池能量密度，但規(guī)模應用仍存在一定問題。目前商業(yè)化的鋰離子電池負極以人造/天然石墨為主，其比容量已經達到365mAh/g，接近理論比容量極限372mAh/g，而硅理論比容量高達4200mAh/g，是石墨類負極材料的10倍以上，安全性好于石墨類負極材料，且儲量豐富，成本低廉，是最具潛力的下一代鋰電池負極材料。然而硅基負極要實現大規(guī)模應用，還存在一些關鍵問題：1）充放電過程中，硅的體積會發(fā)生100%-300％的膨脹，造成硅負極材料產生裂紋直至粉化；2）當負極處于低電位時，有機電解質會在負極表面進行分解，產生的物質在電極表面沉積形成SEI膜，阻止電池副反應的發(fā)生；3）硅的導電性能較差，在高倍率下不利于電池容量的有效釋放。資料來源：鋰電聯盟會長，華泰研究資料來源：《Promiseandrealityofpost-lithium-ionbatterieswithhighenergydensities》（JangWookChoi，2017），華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。性能指標天然石墨人造石墨硅基復合材料克容量（mAh/g）340-370310-3604200首次效率（%）909384循環(huán)壽命（次）>1000>1500300-500工作電壓0.2V0.2V0.3-0.5V快充性能一般一般好倍率性能差一般一般安全性差優(yōu)點技術及配套工藝成熟，成本低配套工藝成熟，循環(huán)性能好理論比能量高缺點比能量已到極限，循環(huán)性能及倍率性能較差，安全性較差比能量低，倍率性能差技術及配套技術不成熟，成本資料來源：國際能源網，華泰研究硅基負極可通過硅碳復合材料及其結構設計、氧化亞硅負極材料等進行改性，以解決體積效應、維持SEI膜穩(wěn)定并提高首次庫倫效率。硅碳復合材料通過將硅基負極與不同的碳源復合，可以顯著改善硅基材料的性能，其中復合材料的結構設計對提高材料的性能同樣至關重要。氧化硅技術路線多用氧化亞硅，相較于單質硅顆粒，氧化亞硅在鋰嵌入過程中發(fā)生的體積膨脹較小，因此相對純硅負極，其循環(huán)穩(wěn)定性有較為明顯改善，但是氧化亞硅負極在充放電過程中會生產Li2O等非活性物質，導致SiOx材料首次效率較低（約70%一般采用氧化硅摻雜，摻雜含量約5%，氧化亞硅負極理論比容量2600mAh/g且循環(huán)穩(wěn)定性較好，各大負極材料廠商對氧化亞硅負極均有布局。資料來源：《包覆結構硅碳復合鋰離子電池負極材料研究進展》（任玉杰，2022華泰研究資料來源：中國儲能網，華泰研究主要種類SiO負極材料優(yōu)勢A.可逆容量高，達1700-1800mAh/g，接近理論容量劣勢A.首次效率低，無法單獨使用，需要進行提高首效處理硅碳復合負極材料B.循環(huán)性能和倍率性能相比其他硅基負極材料好A.克容量高B.首次充放電效率高C.工藝相對于其他硅基負極材料較為成熟B.SiO工藝復雜，生產成本非常高A.大批量生產電化學性能優(yōu)異的產品難度較高B.循環(huán)性能和首次效率有待提高C.電極膨脹率較高硅基合金負極材料體積能量密度高A.工藝難度大、成本高B.首次充放電效率低C.循環(huán)性能較差資料來源：凱金新能源招股說明書，高工鋰電，華泰研究國內負極企業(yè)紛紛擴大硅基負極投入，并加速研發(fā)進度。杉杉股份、國軒高科、正拓能源均已具備量產能力，天津力神、湖南星城、璞泰來具有小量投產能力，貝特瑞硅氧負極已實現批量供貨，其硅氧負極材料已經突破至第三代產品，比容量從第一代的650mAh/g提升至第三代的1500mAh/g，且正在開發(fā)更高容量的第四代硅碳負極材料產品。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。公司貝特瑞材料路線硅碳+硅氧具體進展公司硅基材料第三代已實現量產，第四代處于開發(fā)中，現有硅基負極產能5000噸，另有4萬噸硅基負極產能正在建設，一期1.5萬噸預計于2023年底投產。璞泰來杉杉股份硅碳+硅氧硅氧公司在江西和江蘇溧陽均建設有硅基負極中試線，已經通過部分客戶認證。22年6月于寧波投建年產4萬噸鋰離子電池硅基負極材料一體化基地項目，一期1萬噸于22年底開工，計劃于23年投產；目前公司已完成了第二代硅氧產品的量產，正在進行第三代硅氧產品和新一代硅碳產品的研發(fā)。資料來源：各公司公告，華泰研究導電劑：高鎳三元+硅基負極體系需使用單壁碳納米管硅基負極將拉動單壁碳納米管需求增長。硅基負極自身存在體積膨脹大、導電率較差的問題限制著其商業(yè)化應用。單壁碳納米管可憑借優(yōu)越性能針對性解決以上兩個問題：1）單壁碳納米管具有更高的抗拉強度和彈性模量，能在電極體積膨脹時，通過其力學增強效果，維持結構穩(wěn)定性不坍塌；2）單壁碳納米管的螺旋管狀結構使其具備更好的導電性和更高的載流量。天奈科技表示，相較于傳統(tǒng)導電劑，單壁碳納米管可以明顯維持硅基負極的循環(huán)穩(wěn)定性，未來想把硅基負極產業(yè)化運用到電動汽車上，單壁碳納米管將是唯一的解決方案。核心參數參數單壁碳納米管多壁碳納米管典型管徑比1-2nm7-100nm長徑比高達1000050-4000機械性能彈性模量抗拉強度1000-3000GPa50-100GPa300-1000GPa10-50GPa電子結構性能300K時的導熱系數3000-6000W/(m·K)2000-3000W/(m·K)資料來源：TUBALL，華泰研究單壁碳納米管引領發(fā)展趨勢，相關企業(yè)紛紛布局。目前多家企業(yè)已開展對單壁碳納米管的研發(fā)，其中天奈科技對單壁碳納米管的研發(fā)居行業(yè)前列，據其2022年發(fā)布的公告，將在鎮(zhèn)江投資12億元建設年產450噸單壁碳納米管項目，預計今年出貨30噸。青島昊鑫、無錫東恒等導電劑企業(yè)目前正在進行單壁碳納米管的研發(fā)工作。中科時代納米最早在國內實現碳納米管的工業(yè)應用（用于鋰離子電池導電劑其高純度單壁碳納米管產能可達2噸/年。公司客戶單壁碳管進展天奈科技寧德時代、比亞迪、ATL、中航鋰電、億緯鋰能、珠海冠宇、天津力神等2022年公告450噸單壁管項目，預計23年出貨30道氏技術（青島昊鑫）比亞迪，國軒高科、南都電源等第五代產品進入中試研發(fā)階段，主要為單壁、雙壁管，核心應用于硅基負極、高鎳電池產品。無錫東恒寧德時代、比亞迪、中航鋰電、三星SDI等23年與自貢市攜手打造年產300噸單壁碳納米管生產線，并配套建設尾氣綜合利用設施項目。中科時代納米-高純度單壁碳納米管產能達到2噸/年。資料來源：各公司公告，華泰研究大圓柱電池體系高鎳化發(fā)展倒逼新型鋰鹽LiFSI快速導入產業(yè)鏈。相較于傳統(tǒng)電解液LiPF6，LiFSI具有以下優(yōu)點：1）LiFSI具有更高的熱穩(wěn)定性，其熔點為145℃,分解溫度高于可耐受更高的工作溫度，抑制氣脹；2）LiFSI的電導率高，有助于降低電池內阻、減少發(fā)熱、提升效率和安全性；3）LiFSI與SEI膜的兩種主要成分有很好的相容性，只有在160℃時才會與其部分成分發(fā)生置換反應。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。基礎物性比較項目LiFSI>200℃≤4.5V易溶解最高較穩(wěn)定較好LiPF6>80℃>5V易溶解較高差差分解溫度氧化電壓溶解度電導率化學穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性電池性能低溫性能循環(huán)壽命耐高溫性能好高好一般一般差工藝成本合成工藝成本復雜高簡單低資料來源：康鵬科技招股說明書，華泰研究LiFSI市場供給倍增，各廠家擴產加速，預計未來LiFSI的使用替代比例將逐步提高。根據鑫欏數據庫統(tǒng)計預測，由于各企業(yè)廠家紛紛加速擴產，2022年LiFSI全球總產能有望超過1.4萬噸，2025年LiFSI全球總產能有望超過25萬噸。多氟多目前運行的LiFSI生產線產能為1600噸/年，正在按照技術迭代后的新工藝建設年產1萬噸的產線，預計今年三季度前，一期5000噸產能達產。新宙邦投資建設年產2400噸LiFSI項目，其中一期800噸，去年上半年投產部分產能，后續(xù)擬引入日資將其LiFSI項目產能擴大至1萬噸/年。未來隨著LiFSI供應出現大幅盈余，LiFSI的價格有望進一步下調。當LiFSI的價格與六氟磷酸鋰價格接近時，LiFSI憑借更優(yōu)的表現性能，對六氟磷酸鋰的替代效應將更加明顯。公司名稱天賜材料現有產能（噸/年）6,300擴產項目公開發(fā)行可轉債募投項目年產2萬噸雙氟磺酰亞胺鋰項目天賜材料（南通）有限公司年產24.3萬噸鋰電及含氟新材料項目九江天賜高新材料年產9.5噸鋰電基礎材料及10萬噸二氯丙醇項目擴產產能（噸/年）20,00020,00030,000預計投產日期2023年2024年-康鵬科技1,700蘭州康鵬新能源科技有限公司2.55萬噸/年電池材料項目（一期）15,0002024年多氟多1,600年產4萬噸雙氟磺酰亞胺鋰項目40,0002025年底新宙邦1,200年產1萬噸雙氟磺酰亞胺鋰項目湖南福邦年產2,400噸雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）項目（二期）10,000湖南福邦項目共2,400噸-福邦項目（一期）正式投產后提供1,200噸產能資料來源：康鵬科技招股說明書，華泰研究公司名稱代碼特斯拉TESLAUS寶馬BMWGY松下6752JP億緯鋰能300014CH科達利002850CH震?？萍?00953CH斯萊克300382CH東山精密002384CH索尼SONYUS鵬輝能源300438CH海辰儲能-沃爾沃VOLVBSSStellantisSTLAUS通用GMUS東風汽車600006CH免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。公司名稱江淮汽車保時捷蔚來寧德時代遠景動力LG化學SDI航天鋰電時代聯合中比新能源當升科技龍蟠科技璞泰來貝特瑞天賜材料新宙邦天奈科技先導智能贏合科技大族激光海目星蜂巢能源易鴻智能驕成超聲比亞迪長盈精密寧波精達東方電熱新日鐵江蘇海四達永盛新材三美新材SKI杉杉股份道氏技術無錫東恒中科時代納米ATL中航鋰電珠海冠宇天津力神南都電源國軒高科康鵬科技多氟多寶鋼股份杰普特代碼600418CHP911GRNIOSP300750CH-LGCHEM006400KS--CBATUS300073CH603906CH603659CH835185CH002709CH300037CH688116CH300450CH300457CH002008CH688559CH--688392CH002594CH300115CH603088CH300217CH------361610KS600884CH300409CH----688772CH-300068CH002074CH-002407CH600019CH688025CH資料來源：Wind，華泰研究免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。產業(yè)鏈配套建設不及時。大圓柱電池引入無極耳、干電極等創(chuàng)新技術，同時在電池結構上也進行了調整，需要多部門協(xié)同配合，可能造成相關產業(yè)鏈環(huán)節(jié)研發(fā)難度提高，導致產業(yè)鏈配套建設不及時。產業(yè)化進展和降本不及預期。大圓柱電池創(chuàng)新采用超高鎳正極、硅碳負極、新型鋰鹽LiFSI等高能量密度材料體系，但目前相關材料仍處于產業(yè)化初期，且產品單價較高，若未來量產后成本下降不及預期，相比傳統(tǒng)材料的性價比優(yōu)勢不明顯。市場規(guī)模測算存在偏差。電池新技術應用推廣進程緩慢、新的技術路徑出現，或各廠商戰(zhàn)略及市場接受度將市場規(guī)模測算存在偏差。免責聲明和披露以及分析師聲明是報告的一部分，請務必一起閱讀。分析師聲明本人，申建國、邊文姣，茲證明本報告所表達的觀點準確地反映了分析師對標的證券或發(fā)行人的個人意見；彼以往、現在或未來并無就其研究報告所提供的具體建議或所表迖的意見直接或間接收取任何報酬。一般聲明及披露本報告由華泰證券股份有限公司（已具備中國證監(jiān)會批準的證券投資咨詢業(yè)務資格，以下簡稱“本公司”）制作。本報告所載資料是僅供接收人的嚴格保密資料。本報告僅供本公司及其客戶和其關聯機構使用。本公司不因接收人收到本報告而視其為客戶。本報告基于本公司認為可靠的、已公開的信息編制，但本公司及其關聯機構(以下統(tǒng)稱為“華泰”)對該等信息的準確性及完整性不作任何保證。本報告所載的意見、評估及預測僅反映報告發(fā)布當日的觀點和判斷。在不同時期，華泰可能會發(fā)出與本報告所載意見、