2021-11-14 22:14:15
2020年9月特斯拉(1033.42 -30.09 -2.83%)（TSLA.US）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。
本篇报告主要回答三个问题：
4680大圆柱的优势在哪里？未来替代的是哪部分市场？
4680量产结节奏如何？
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 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。
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。
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）。
