4680大圓柱

電池

透過結構創新與材料體系改進，提高

電池

安全性與能量密度，我們預計在

特斯拉

/松下/LG/億緯等國內外廠商推動下有望迎來快速發展，最終有望在高階長續航電動車中佔據一定市場份額。

摘要

圓柱電芯尺寸不斷增大，4680有望成為圓柱電池尺寸最優解之一。

從18650到21700電池，

特斯拉

是目前圓柱電池的最主要使用者。2020年

特斯拉

研究認為46mm是兼顧經濟性和電池效能的最佳直徑，並推出4680大圓柱電池。透過增大圓柱電池直徑可實現更高的活性物質佔比與更高能量密度，同時減少殼體用量並降低BMS管理難度，我們認為有望成為下一代圓柱電池發展方向。

無級耳技術創新提升電池安全性，相容激進材料體系。

圓柱電芯間為面接觸，不易發生熱失控傳導，其結構相比方形軟包電池具有天然的高安全性。另一方面，4680電池引入全極耳工藝，縮短電子流通路徑，直接減小電芯內阻與產熱量，且全極耳增加了散熱通道，改善了散熱效果，進一步增強電池的安全性。更高的安全性可相容熱穩定性較差的高鎳正極、且圓柱形狀的內力均勻性可更好適配矽基負極的高膨脹性，高鎳+矽碳將助力4680圓柱電芯能量密度進一步提升，我們認為有望成為高階動力電池潛在發展方向。

4680電池產業化發展加速，推動新型材料放量。

目前4680圓柱電池佈局較領先的企業包括特斯拉、松下、LG、億緯等，其中特斯拉在加州、德州工廠已開始量產4680電池，松下目前已啟動中試線，其預計2023年啟動量產，LG與億緯等也均規劃大規模產能推動量產，我們預期2023年有望成為4680電池放量元年。參考21700對18650電池替代節奏，我們預期2023年4680電池裝機量有望超20GWh，2024年將超100GWh，終端整車廠應用也有望從特斯拉逐步滲透至寶馬、戴姆勒等高階電動車廠商。

同時，4680電池快速放量將帶動新型材料需求高增：

我們預計至2025年，高鎳正極/矽碳負極/LiFSI/補鋰劑/導電劑/PVDF需求量將分別達39。1/16。3/2。0/1。2/1。9/3。1萬噸。

風險

4680電池產業化推進不及預期。

正文

4680電池：工藝和結構創新集大成者，產業變革正當時

覆盤圓柱電池發展史：日韓主導，逐步向大容量發展

全球首款圓柱鋰電池始於日本，日韓電池企業技術發展較成熟，特斯拉Roadster拉開其在電動車領域商業化的序幕，縱觀圓柱電池發展簡史，有三個重要節點：

1991年，圓柱電池誕生，最初盛行於3C市場：

1991年，日本

索尼

公司發明了18650圓柱電池，18為直徑18mm，65為長度65mm，0指代圓柱形電池，該型號也是全球首批商用的鋰離子電池。隨著1990s全球3C、小家電市場快速發展，圓柱電池在日韓鋰電企業中流行開來。相較鋰離子電池，早期圓柱電池採用鎳氫材料成本低且更安全，在豐田混動車上有所應用。

2008年，特斯拉開啟車用圓柱鋰電池商業化時代：

圓柱電池製作所採用的卷繞工藝是迄今為止發展最成熟、自動化程度最高、品質最為穩定的電池工藝之一，而日本企業在圓柱電池技術上積澱早而深，因此在2008年特斯拉的首款

豪華

轎跑車上市，便採用了松下的18650電池。2017年初，松下聯合特斯拉推出更高效的2170鋰電池裝載在Model 3上，採用了NCA+矽碳方案，使得單體能量密度提升20%。

2020年，4680推出，圓柱電池大型化更進一步：

2020年9月特斯拉在電池日上公佈4680電池，電池直徑進一步增加到46mm，大尺寸電芯降低了pack系統管理難度，減少了電池包金屬結構件及導電連線件成本，每kWh成本下降約14%。同時4680採用了鐳射雕刻的無極耳技術，無極耳結構使得電子運動距離大大縮短，內阻減少，讓更安全、更高容量電芯成為可能，能量密度可達300Wh/kg。

圖表：圓柱電池發展歷程

資料來源：特斯拉官網，

中金公司

研究部

從出貨結構上看，日韓企業主導全球圓柱電池市場，電動車是第一大應用場景。

根據日本B3資料，2021年全球圓柱鋰離子電池出貨量達62。25億支，同比增長27%。分企業來看，松下、LG和三星SDI三家日韓電池廠圓柱電池出貨量佔據全球80%份額，格局高度集中；分應用場景來看，電動車為第一大應用場景，佔比43%，其次為電動工具（包含園藝工具）佔比24%。

圖表：圓柱電池出貨量以日韓企業為主，松下市佔率38%

資料來源：B3，

中金公司

研究部

圖表：圓柱電池應用場景以電動車為主，佔比43%

資料來源：B3，

中金公司

研究部

直徑46mm是效能與經濟性綜合均衡的最佳結果，高度可做靈活調整。增大圓柱電池直徑可實現：

提升電芯活性物質佔比，提升電池能量密度。

在相同電池包能量下，可減少電芯數量，可減少殼體用量並降低生產成本，同時可降低BMS管理難度。

但大電芯將影響鋰電池安全性與快充效能。

更大的電池直徑將直接增加電池內阻與電池發熱，對電池熱管理系統提出更高要求，同時更大的電芯容量也將影響鋰電池倍率效能與快充效率。

因此特斯拉研究認為46mm是兼顧經濟性和電池效能的最佳直徑。高度方面則可根據車型需要做靈活調整，例如比克的46家族電池，具備從80~120mm不等的高度、寶馬則選擇4695尺寸鋰電池。

圖表：46mm是兼顧經濟性和電池效能的最佳直徑

資料來源：特斯拉官網，

中金公司

研究部

圖表：比克大圓柱動力電池產品-46家族

資料來源：比克電池，

中金公司

研究部

全極耳+大尺寸，4680是電池工藝和結構創新的集大成者

相較於18650和2170,4680電池最大的創新是採用了無極耳結構，又稱全極耳。

極耳是從圓柱電芯中將正負極引出的金屬導電體，主要成分為鋁和銅，是電池進行充放電的接觸點。鋰電池中電子在正極耳與負極耳之間移動，其流徑路徑與內阻成正比，而內阻與電池內部損耗、發熱正相關。因此，縮短電子流通路徑可直接減小電芯內阻與產熱量。

無級耳結構大幅降低鋰電池內阻。

4680的全極耳則是改變了原有的引出金屬導體的極耳結構，利用整個集流體尾部作為極耳，設計成集流盤結構，電子流通路徑從原來的電芯卷繞長度（2170電池卷繞長度約1000mm）變為鋰電池高度（4680為80mm），流通路徑大大縮短，並降低電池內阻。據《動力電池4680全極耳技術掃描》［1］估算，傳統極耳的21700內阻約23mΩ，而無級耳結構的4680電池內阻僅2mΩ，實現內阻數量級降低。

圖表：4680全極耳結構使得電子流通路徑大大縮短

資料來源：智享新動力，

中金公司

研究部

無級耳結構帶來電池安全性與效能提升：

更低的產熱量與更高的安全性：

更低的內阻將在充放電時直接降低電池的產熱量，提升電池的安全性。同時全極耳增加了散熱通道，熱量散發從原先的兩極耳散熱到全極耳更大面積散熱，熱量傳輸通道寬闊，改善了散熱效果，進一步增強了電池的安全性。

更高的輸出功率與快充效能：

由於電池內阻的減少，內部損耗降低，可帶來更高的輸出功率與更好的快充效能，在15分鐘內可將電池電量從0充至80%，功率密度峰值可達1000W/kg以上。

圖表：無級耳電芯產熱量遠低於傳統極耳

資料來源：《Communication—Prediction of Thermal Issues for Larger Format 4680 Cylindrical Cells and Their Mitigation with Enhanced Current Collection》［2］，中金公司研究部

圖表：LG M50圓柱形電池不同極耳下放電一分鐘後電池升溫情況

資料來源：Shen Li， etc。 “Optimal cell tab design and cooling strategy for cylindrical lithium-ion batteries” 2020，中金公司研究部

4680+高鎳矽基+高電壓+CTC協同應用

由於4680大圓柱結構、無級耳創新使得電芯整體安全係數大幅提升，我們認為高鎳正極、矽基負極等高比容量的活性材料能更好發揮出4680電池的優勢；同時圓柱電池高一致性的優勢使4680電池更能適配800V高電壓，解決電動車快充難題；結合圓柱電池較方形和軟包電池更佳的結構支撐性，4680也將將推動CTC的產業變革。

為什麼4680更適配高鎳+矽基？

1）矽基負極相比石墨負極具有更高的膨脹係數，圓柱電芯相比方形電芯內應力分佈更均勻，不易造成內部材料損毀；2）方形或軟包電芯間為面的接觸，單體電芯熱失控時易蔓延至周圍電芯產生連鎖反應，而圓柱電芯為線接觸，可更好避免熱失控傳導；3）圓柱電池的劣勢是成組效率較低（圓柱電池約70%，方形電池可達80%），因此圓柱電池想要實現和方形電池相同的能量密度必須在單體層面上使用更激進的方案，因此4680的結構與高鎳+矽基負極相得益彰，更為適配。

為什麼4680電池能更好的適配800V高電壓？

單個電芯的電壓只有3-4V，想要實現更高的電壓就需要串聯更多的電芯，比如800V高壓平臺需要約200個電芯進行串聯，而串聯數越大對電芯一致性要求越高。相對於方形和軟包的封裝形式，圓柱電池在生產的標準化程度和單體一致性方面優勢突出，能更好地適配800V高電壓平臺。

圖表：三種電池封裝形式指標對比

資料來源：華經產業研究院，中金公司研究部

為什麼4680與CTC也有一定協同作用？

CTC（Cell to Chassis）一體化設計中，取消電池了Pack設計，直接將電芯或模組安裝在車身上，電池既是能源裝置提供續航，也充當結構硬體來提供一定強度。相比方形和軟包電芯，圓柱電芯所有單體的殼體都可以提供一定的結構剛性，在受到外部衝擊時其蜂窩狀結構可更好地防止形變影響電芯內部結構。空間方面，特斯拉取消了4680電池陣列上的電池蓋板，電池上表面的零件與車身結構連線集成了座椅固定及車身橫樑的功能，同時承擔了電池的密封功能，因此節約了一層上蓋板的設計，增加了空間利用率。

製造成本方面，

馬斯克表示採用了CTC+一體化壓鑄技術後，可節省370個零部件，為車身減重10%，將每千瓦時的電池成本降低7%。

圖表：特斯拉4680電芯+CTC方案

資料來源：特斯拉官網，中金公司研究部

綜合來看，特斯拉透過獨特的4680電芯結構、匹配高容量的矽負極和高鎳材料、簡化生產工藝和CTC方案等技術實現了多環節的協同效應，從而實現電池能量密度及續航里程大幅提升，單位成本及投資額大幅下降。根據特斯拉電池日公佈的資料：相比於 2170，4680+高比容量正負極+CTC方案協同可將綜合續航里程提升 54%，這其中電芯設計佔 16%、負極材料 20%、正極材料 4%、電芯底盤整合佔 14%。單位制造費用下降 56%，電芯設計佔 14%、電芯工廠佔 18%、負極材料 5%、正極材料佔 12%、電芯底盤整合佔 7%。

圖表：高鎳矽基+4680+CTC協同作用，可將綜合續航里程提升54%

資料來源：特斯拉電池日，中金公司研究部

圖表：高鎳矽基+4680 +CTC協同作用，可使單位制造費用下降 56%

資料來源：特斯拉電池日，中金公司研究部

極耳焊接難度大，良品率持續提升

全極耳工藝創新帶來電池生產過程中的眾多工藝難點：1)分切環節：

切疊法主要是是特斯拉採用的全極耳製作工藝，極耳在分切時需要斜切成片併疊起，使得表面起伏度較大，易造成極耳因接觸程度不一致而導致內阻一致性差。

2)注液環節：

由於兩端被極耳封閉，難以連續注液生產。

3)揉平環節：

揉平法是國內使用較多的一種全極耳方案，透過超聲波或機械將極耳揉成端面。極耳在揉平過程中容易產生金屬碎屑，導致電芯自放電過大，甚至發生內短路，另外揉平後端面較為緻密，電解液難以進入電芯內部。

4)鐳射焊環節：

從傳統兩個極耳的點焊到全極耳面焊，焊接工序和焊接量都變多，鐳射強度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內部或者沒有焊全。

目前各企業4680電池難點主要集中於焊接環節，直接影響了4680電池良品率。

圖表：全極耳圓柱電池電芯生產流程

資料來源：國家專利局《一種全極耳圓柱電池電芯生產線》，中金公司研究部

從良品率看，2021年特斯拉4680試驗線良品率約在80%，2022年年初，據Tesla motors clubs上流出的資訊，在2022年1月22日特斯拉佛裡蒙特工廠共生產了6813顆4680電芯，平均良品率達92%，相比於2021年明顯提升。但相比於21700圓柱電池的95%+的良品率仍存在一定差距。

我們預期隨各企業工藝改進、產線跑通，4680電池良率有望持續提升。

圖表：2022年1月22日特斯拉4680電芯良率

資料來源：Tesla motors clubs，中金公司研究部

各電池企業快速推進量產，潛在需求旺盛

特斯拉釋出4680電池以來，國內外各廠商迅速推進佈局，目前以特斯拉、松下產能佈局最為領先，我們預期2023年有望成為4680電池放量元年。

特斯拉：1)加州加藤路工廠：

2020年特斯拉在加州弗裡蒙特加藤路建立“試點工廠”，用以試生產4680電池，規劃目標年產能10GWh。2022年1月，特斯拉宣佈已製造出100萬塊4680電池，並於1Q22交付首批搭載4680電池的電動汽車（Model Y）。

2)德州奧斯汀工廠：

特斯拉德州奧斯汀工廠於2022年4月7日舉行“Cyber Rodeo”活動以慶祝其工廠投產，目前已正式開始生產4680電池，未來總規劃達100GWh。

3)德國柏林工廠：

目前正安裝4680電池產線裝置，公司預計2022年底-2023年將陸續投產，總規劃產能達50GWh。

松下：

2021年松下在其內達華州Gigafactory中建立4680新產線並進行量產，同時在日本工廠啟動4680試驗線建設並於2022年年初測試生產；2022年2月，松下決定在日本西部的和歌山工廠建立4680生產基地，其預計將於2023年3月-2024年3月進行量產。

LG:

2021年年初開始對其韓國梧倉工廠進行改造，建設4680試驗線，公司預計最快將於2023年實現量產。

億緯鋰能：

與以色列初創公司StoreDot（專注於快充技術）合作開發4680和4695，2021年11月

公司公告

投資32億元建設20GWh大圓柱電池產能，我們預計公司有望於2023年正式量產；2022年3月公司

公告

在海外匈牙利佈局大圓柱產能，旨在滿足本土客戶訂單需求以及形成就近配套、強化客戶服務。

圖表：各企業4680電池佈局進度

資料來源：SNE，各企業公告，中金公司研究部

從終端需求來看，特斯拉為短期主要推動者，中長期我們認為寶馬、戴姆勒等廠商有望逐步應用。

我們覆盤松下21700對18650電池的替代節奏：2017年松下在內達華工廠開始量產21700圓柱電池，2018年後快速放量，截至2020年，松下21700電芯產量已達30億顆，約佔其圓柱總產量的3/7。

我們預計2022/2023年特斯拉產量將分別超150/200萬輛，參考松下21700圓柱電池放量節奏，我們假設2022/2023年特斯拉三元電池中4680滲透率分別為5%/20%，對應約4。4/25。5GWh 4680電池需求，

至2025年，我們預期4680滲透率有望達70%，對應裝機需求有望超150GWh。

圖表：松下圓柱電芯累計產量

資料來源：Panasonic，中金公司研究部

4680大圓柱方案有望逐步滲透至其他車廠，推動圓柱電池裝機佔比提升

。

除特斯拉外，目前寶馬也明確4695大圓柱電芯研發計劃，其預計在2024年實現量產，規劃7年時間內量產100-120GWh 4695大圓柱電池。此外，我們預計隨大圓柱電池良品率提升與成本下降，其長續航里程、快充效能的優勢將充分體現，預計其他車企也有望引入4680電池並推動圓柱電池滲透率提升。我們預計至2025年4680等大圓柱電池總裝機有望超200GWh，佔動力電池總裝機量約16%。

圖表：4680電池需求量測算

資料來源：特斯拉官網，Marklines，中金公司研究部

投資機會

4680電池

我們認為特斯拉率先應用4680將在行業內起到示範效應，而4680帶來能量密度/快充效能提升、成本下降以及BMS門檻降低（圓柱用量減少），有望向更多主機廠匯入，成為電池技術發展的一條結構主線，有望在2023年迎來放量。而4680大圓柱在材料體系、電池結構和製造工藝較原有18650/21700體系存在較大差異，尤其全極耳的設計帶來鐳射焊工藝難點、成為當前良品率提升的主要瓶頸環節，並且4680結構非標、各廠商方案有所差異（存在專利壁壘），給電池廠的切入帶來較高壁壘。我們看好頭部及優質二線廠商，憑藉技術、製造、產業鏈以及成本上的優勢，有望把握4680大圓柱發展的結構線，提升全球份額。

高鎳正極

電池組內的熱失控蔓延是安全問題的主要關注點。

目前動力電池包透過較多小容量電芯進行串並聯成組，以滿足高能量的要求。考慮電池組熱失控問題，主要從兩個維度解決：1）電芯單體熱失控問題；2）單體熱失控後向其他成組電池熱傳導問題。考慮高鎳的熱穩定性相比中低鎳差，對於安全性要求更為嚴苛，我們認為4680是更為適配高鎳的封裝工藝：

圖表：在高溫下高鎳材料更容易分解釋氧

資料來源：Structural Changes and Thermal Stability of Charged LiNixMnyCozO2 Cathode Materials Studied by Combined In Situ Time-Resolved XRD and Mass Spectroscopy，中金公司研究部

圖表：高鎳材料發生相變時的溫度更低

資料來源：Structural Changes and Thermal Stability of Charged LiNixMnyCozO2 Cathode Materials Studied by Combined In Situ Time-Resolved XRD and Mass Spectroscopy，中金公司研究部

圓柱在抑制熱失控上有天然優勢。

1）圓柱電池單體容量較小，單個電池熱失控釋放能量低，相較於方形和軟包不易引起熱失控蔓延；2）圓柱單體電池接觸為線接觸，熱傳導較慢，且具備弧形表面，天然預留散熱空隙，而方形、軟包是面接觸、接觸面積較大，散熱空間小，一旦單體電池發生熱失控易蔓延至電池組。

圓柱從21700到4680，高鎳安全性再升級。

4680大圓柱透過全極耳的設計獲得更高的安全性：

1)減少內阻生熱。

在電池工作中，內阻的存在會降低輸出功率，降低充放電速率，產生的歐姆熱容易引發電池熱失控。而極耳接觸面積越大，極耳間距越短，內阻越小，電池熱失控機率越小。4680全極耳電池把整個正/負極集流體都變成極耳，透過集流體與電池殼體或集流盤的全面積連線，大幅降低電池內阻，減少歐姆熱的產生。

2)增加散熱通道。

圓柱電池散熱為軸向居多，熱量從極耳出散出，傳統圓柱電池如21700只有兩個極耳，熱量傳輸通道窄，因此散熱效果不好，4680電池極耳面積增加，熱量傳輸通道寬闊，改善了散熱效果，增強了電池的熱穩定性。

矽碳負極

4680是矽基負極推廣的重要抓手

4680的結構優勢使得矽基負極率先得到應用。

傳統石墨負極透過嵌入反應容納鋰離子，平均每6個碳原子能容納1個鋰離子，而矽負極透過合金化反應容納鋰離子，每個矽原子最多與4。4個鋰離子結合成鋰矽合金，進而使得矽負極材料理論比容量達到約4200 mAh/g，是傳統石墨負極的十倍。但與此同時其體積變化率也達到300%-400%，遠超傳統石墨的12%。而4680的大圓柱鋼殼方案在結構應力分配方面更具優勢，也使得矽基負極率先得到應用。

4680電池的正極主要採用高鎳，配合矽基負極有望大幅提升電池能量密度。

根據全電池能量密度和正負極的比容量對應關係，當固定正極容量為180 mAh/g，若負極容量達到500 mAh/g，能量密度將提升10%，若負極容量達到800 mAh/g，能量密度將提高24%。

圖表：全電池能量密度與正負極比容量的關係

資料來源：GGII，中金公司研究部

圖表：人造石墨、天然石墨、矽基負極的效能對比

資料來源：GGII，中金公司研究部

矽基負極膨脹大、電位高、首效低， 對應需要結構設計、預鋰化、導電劑等一攬子的配套改善方案。

從結構設計來看，矽基負極目前兩大技術路徑主要是矽碳複合材料和矽氧複合材料，其中矽碳負極主要是透過減小矽的尺寸至奈米級別進而減小材料膨脹影響，而矽氧負極中的Si團簇、Si02團簇及其氧化介面，可以在合金化反應過程中起到緩衝體積膨脹的作用。

圖表：矽碳負極和矽氧負極對比

資料來源：

石大勝華

，GGII，中金公司研究部

新型鋰鹽LiFSI

新型鋰鹽LiFSI效能可更好適配4680電池化學/結構體系，我們預計新增比例有望從目前的約2-6%提升至近10%。

4680使用更激進的正負極材料實現高能量密度，但面臨高鎳帶來的熱穩定性問題，在電解液中新增新型鋰鹽LiFSI可提升電解液熱穩定性，同時可配合4680全極耳進一步提升電池的快充效能。我們對比LiFSI和六氟磷酸鋰，新增LiFSI的電解液相比於僅含LiPF6的電解液具有如下幾點優勢：

熱穩定性好，安全性更高。

當溫度大於200℃時，LiFSI仍然能夠穩定存在，耐熱性好。同時，LiFSI混合電解液的阻抗更低，在遇到特殊情況下產生的熱量較少，不容易發生爆炸。且受熱時LiFSI可抑制HF氣體的產生，改善電池氣脹問題。

更好的低溫放電和高溫效能保持能力。

以LiFSI為電解質的電解液，與正負極材料之間保持著良好的相容性，提升鋰電池在極端溫度條件下的效能。

電導率更高，高倍率放電效能好。

加入LiFSI的電解液具有更高的電導率和更低的粘度，放電容量更高，提升動力電池的瞬時輸出功率。

提升SEI膜的熱穩定性，延長電池迴圈壽命。

相比於LiPF6，LiFSI能與石墨負極形成更具熱穩定性的SEI膜，減小電極與電解液之間副反應發生的可能性，提高電池的迴圈效能和使用壽命。

圖表：LiFSI與LiPF6優劣彙總對比

注：氧化電壓指在電解液不被氧化分解的最高可承受充電電壓，粘度、電導率為25℃時1。0M濃度鋰鹽測試所得引數資料來源：Enabling fast charging of high energy density Li-ion cells with high lithium ion transport electrolytes，康鵬科技，中金公司研究部

圖表：LiFSI電導率比LiPF6更高

資料來源：Enabling fast charging of high energy density Li-ion cells with high lithium ion transport electrolytes，中金公司研究部；注：圖表橫軸表示鋰鹽的摩爾數，縱軸表示電導率

圖表：使用不同的電解質時，60Ah電池的充電引數

資料來源：Enabling fast charging of high energy density Li-ion cells with high lithium ion transport electrolytes，中金公司研究部

補鋰劑

補鋰技術將促進矽碳產業化程序，進一步提升電池能量密度並延長迴圈壽命。

鋰離子電池化成過程中在負極表面SEI 生長會消耗活性鋰，導致電池能量損失。目前使用最廣泛的石墨負極的不可逆容量損失大於6%，而矽基負極不可逆容量高達10%~20%以上［3］，限制了矽碳體系高克容量優勢的發揮。透過補鋰技術可補償活性鋰，能夠改善矽碳負極低首效的短板，充分發揮其高容量的優勢。目前補鋰方式分成負極補鋰和正極補鋰兩種：

負極補鋰起步早，但產業化難度較大。

負極補鋰技術研究開發時間較早，包括基於金屬鋰的物理混合補鋰、化學補鋰多種補鋰方式。美國FMC 公司最早開發出穩定化鋰金屬粉產品（97%鋰和3%碳酸鋰包覆層組成核殼結構），透過噴灑或勻漿加入等工藝加入到負極之中實現補鋰。鋰箔補鋰相比鋰粉安全性有所提升，將金屬鋰箔碾壓至幾微米的厚度，然後與負極複合、碾壓。電池注液後金屬鋰迅速與負極反應，嵌入負極材料之中，從而提升材料的首周效率。負極補鋰方式簡單高效，但受制於金屬鋰自身的安全風險和工藝難度，暫無法大規模應用。

圖表：負極鋰箔補鋰示意圖

資料來源：《鋰離子電池補鋰技術》［4］，中金公司研究部

正極補鋰產業化即將到來。

正極補鋰是向正極中新增具有高不可逆容量的含鋰化合物，根據化合物的種類不同，可以分為以Li2O、Li2O2、Li2S為代表的二元含鋰化合物，以Li6CoO4、Li5FeO4為代表的三元含鋰化合物和以Li2DHBN、Li2C2O4為代表的有機含鋰化合物。正極補鋰材料可以直接在正極漿料的勻漿過程中新增，無需額外的工藝改進且成本較低，因而更加適合現在的鋰離子電池製造工藝。

圖表：富鋰鎳酸鋰與富鋰鐵酸鋰指標對比

資料來源：深圳研一官網，中金公司研究部

導電劑

4680主要採用“矽基+高鎳”的方案，碳奈米管導電劑的加入提升電池能量密度和迴圈、倍率等效能。

碳奈米管導電劑用量僅為傳統導電劑的1/6~1/2，最低可達0。4%的新增比例［5］，進而降低PVDF等的用量間接提升電池能量密度。此外由於碳奈米管的一維管狀結構，長徑比和比表面積更大，較傳統導電劑導電效能更優，進而對於導電能力較弱的高鎳、矽基材料應用更廣。

從4680增量角度來看，我們認為隨著矽基負極滲透率的提升，單壁管需求也有望逐步放量。

單壁較多壁而言，在長徑比、機械強度等有更高的優勢。

單壁碳奈米管是一層石墨烯捲曲而成，根據鑫欏鋰電資料，單壁碳奈米管的管徑約為1-2nm，而多壁碳奈米管的管徑約為7-100nm，進而使得單壁碳奈米管擁有更好的長徑比，使得在電池應用中具備更低的阻抗和更高的倍率效能。

圖表：單壁碳奈米管在矽基負極中能夠更好地維持迴圈效能

資料來源：鑫欏鋰電官網，中金公司研究部

單壁碳奈米管有效提升矽基負極的迴圈和力學等效能。相比於多壁碳奈米管，單壁碳奈米管具有極高的長徑比，提供更好的機械強度和柔韌性，在低劑量的新增就能夠在矽基負極產生3-4倍體積膨脹的情況下仍然提供穩定且豐富的導電網路，並在矽顆粒之間建立緊密、長久的連線，進而提升迴圈壽命，此外緊緊包裹在矽基負極表面還能改善極片的力學效能。

圖表：單壁碳奈米管在矽基負極中能夠更好地維持迴圈效能

資料來源：CNKI，中金公司研究部（注：SWCNT代表單壁碳奈米管，MWCNT代表多壁碳奈米管）

結構件

4680帶來全新的圓柱結構設計，製造和加工壁壘較21700提升：

4680殼體的尺寸和壁厚增加（4680壁厚約0。6mm、2170壁厚約0。2mm），且材料變更為預鍍鎳不鏽鋼、強度較21700鋁合金更高，使得4680殼體整體的衝壓難度提升（保證鍍鎳層在衝壓過程中不破裂）；

4680採用全新蓋帽結構、頭部/底部均設計防爆閥。

傳統21700、18650蓋帽包括頂蓋、防爆片、隔離圈、連線片、密封圈等部件，由頂蓋依次連線防爆片、隔離圈和連線片，結構零件較多，且當電池內部壓力過大時，在頂蓋結構約束下，防爆片上弱化線若不及時斷開，易引起電池短路。4680採用了全新適配全極耳設計的蓋帽，整個蓋帽包括防爆閥、隔離圈、連線片和密封圈，取消了頂蓋的設計，減少了結構件用量，同時也降低了頂蓋洩壓失效的風險和內阻。並且，由於4680全極耳設計，底部將正極集流盤與極柱直接焊接，在頂部和底部均設計了帶防爆閥的蓋帽，而傳統21700、18550僅在頂部設計定向爆破。

4680各廠商結構涉及均有所差異、結構件非標，需要結構件供應商具備較強的開發設計及生產製造能力；同時，由於全新的蓋帽設計，為提升殼體、蓋帽在開發及生產製造過程中更好的協同性，廠商更傾向於將蓋帽和殼體同時定點。

圖表：21700和4680圓柱結構設計對比

資料來源：比克電池專利，《全極耳圓柱鋰電池帽蓋及全極耳圓柱鋰電池專利》，2020，中金公司研究部

盈利彈性測算

4680是未來高階電池發展方向之一，將帶動高鎳正極、矽碳負極、新型鋰鹽LiFSI、補鋰劑、導電劑等加速放量。基於4680需求量測算，我們預計至2025年，高鎳正極/矽碳負極/LiFSI/補鋰劑/導電劑/PVDF需求量將分別達39.1/16.3/2.0/1.2/1.9/3.1萬噸。

圖表：4680電池帶動各新型材料放量

資料來源：中金公司研究部

4680電池帶動材料體系演變，我們預期具備技術與成本優勢的各龍頭企業將在其中佔據更高市場份額。

我們預期貝特瑞/當升/天賜/天奈在矽碳負極/高鎳正極/LiFSI/碳奈米管份額將分別達50%/30%/50%/30%。

我們嘗試測算在不同4680電池產量下，相關材料廠商利潤彈性。

我們對各環節龍頭企業市單位價格、單噸盈利能力做出一定假設。詳情請見報告原文。

［1］ 趙宇龍，2022年

［2］ Thomas George Tranter， Robert Timms， Paul R。 Shearing， 2020

［3］ 金浪CLE南京鋰電展

［4］ 黃學傑，2021

［5］

天奈科技

招股說明書

（文章來源：中金點睛）