特斯拉4680大圆柱电池：锂电行业将重新洗牌？

来源|SEVEN调研纪要

有人认为4680可能会颠覆现有电池技术路线，也有人认为4680只是噱头，量产遥遥无期。

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

资料来源：特斯拉电池日

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。

4680路线优势

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。

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

资料来源：《离子电池热失控蔓延问题研究综述》芮新宇

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）。

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24-25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+。

何时落地？

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23年后；宝马预计24年SOP。

1）特斯拉

时间规划：21Q3交流会表示将于22年初美国工厂实现4680装车。预测国内至少在23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22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22年以2170为主，23年后逐步转向4680，24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，22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。23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24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22年开始进入加速渗透期，预计22-24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22-24年渗透率为6%、34%、50%。