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一文讀懂4680電池

2022.5.20 News Data 05/20 每日一新

NL-071_安仁國際新聞中心
2022年第071期

 

Part 1

1、4680中國國內的電池廠走在前面的是【寧德】、【億緯】,其中寧德根據產業鏈調研目前8條產線-12GWh、億緯公告20GWh,下游推動者主要是Tesla、寶馬。特別是Tesla最新口徑2022年在Model Y實現量產。

 

2、表面看,4680對三元正極的投資情緒有所修復;重要的是,高鎳趨勢明確+高鎳一體化構建中期壁壘,看好【中偉】、【華友】(有色覆蓋),關注三元反彈(長遠、當升、容百)。

 

3、4680對材料的其他彈性標的:考慮大圓柱使用高鎳,材料用量(品質)減少,而投資機會來源於asp和毛利率提升,具體【天奈】、【中國寶安】(貝特瑞)、【天賜】、【科達利】。

 

前言:

2020年9月Tesla電池日提出「4680」新型電池,即直徑46mm,高80mm的圓柱電池。

根據Tesla展望:4680將在2170的基礎上能量(容量)提升5倍,里程提高16%,成本下降14%。

目前市場對4680的前景分歧較大:看好的人認為4680可能會顛覆現有電池技術路線,或許迎來圓柱電池的第二春;不看好的人認為4680只是噱頭,量產遙遙無期。

 

本篇報告主要回答三個問題:

1)4680大圓柱的優勢在哪裡?未來替代的是哪部分市場?

2)4680量產節奏如何?

3)產業鏈哪些標的受益?

 

核心結論為大圓柱兼備安全性高+成本低的雙重優勢,從車企和電池廠規劃看,放量預計在2023-2024年,受益產業鏈有大圓柱電池+高鎳三元+矽基負極+單壁碳管+LiFSi+結構件。

 

一、為什麼看好4680大圓柱路線,未來替代的是哪部分市場?

大圓柱的優勢體現在安全性高+成本低,預計未來將替代部分三元軟包和三元方形的份額。

 

優勢1安全性:「圓柱」的優勢——是最有可能解決熱失控的方案

電池組內的熱失控蔓延是安全問題的主要關注點。目前動力電池採用量較多的小容量電池進行串並聯成組,以滿足高能量的要求。因此汽車動力電池系統的安全問題就不再僅僅是電池單體,而是電池成組安全問題。近年發生的動力電池事故,均是由於電池組中的某一個電池單體熱失控後產生大量熱,導致周圍電池單體受熱,進而產生熱失控蔓延。

 

圓柱不易引起熱失控蔓延的2個原因:

1)單體容量低,單個電池熱失控釋放的能量小,相較於方形和軟包來說不易引起蔓延。從單體層面看安全性排序:小圓柱>大圓柱>軟包>方形。

 

2)圓柱的弧形表面一定程度上限制電池之間熱傳遞;而方形和軟包的傳熱問題理論上是無解的。

 

方形、軟包電池由於具有平直的表面,組成模組後常常是平面緊密接觸的狀態,傳熱明顯(特徵主要為「側向加熱」)。

 

圓柱電池由於其弧形表面,即使在充分接觸的情況下仍存在較大間隙,一定程度上限制了電池之間的熱量的傳遞。

 

目前主要通過熱管理(大部分車企使用液冷)的手段,抑制熱失控在電池之間的蔓延。其中圓柱電芯的設計,本身俱備一定的熱失控防護的閾值,因此模組層面有更多的容錯空間(推測這也是Tesla堅持圓柱路線的原因之一)。

 

優勢2成本低:「圓柱」的優勢——降低單體成本,「大」的優勢——降低BMS難度

 

1)生產效率高→單體成本低

 

圓柱:是最早商業化的鋰電池,生產最為成熟,體現在裝配效率高於方形和軟包,例如億緯新線1865/2170基本是200PPM(200個電池/min),國產線在150PPM以上;34大圓柱,例如寧德給兩輪車做的,約100PPM。4680現在的量產效率未知,但圓柱的特性(同心圓捲繞)決定了其生產速度,即使大圓柱低於小圓柱,但也會比方形和軟包的疊片快很多。

 

方形和軟包:200Ah以內的方形10-12PPM、200Ah以上的大方形10PPM以內。軟包的生產效率則更低一些。

 

以單車80KWh為例,2170圓柱需要4400個左右,單體容量250Ah方形需要300個左右,因此完成整車圓柱電池的生產大約需要20min,而方形則需要30min(按上限10PPM測算)。且圓柱的產線爬坡速度也要快於方形,例如圓柱生產設備3個月可以調試成功,方形則需要4-5個月。

 

2)圓柱變大→降低BMS難度

 

以上講了2點圓柱的最大優勢安全性高+單體成本低,但大規模使用1865/2170的主流車企僅有Tesla一家:主要由於圓柱電池單體容量較小,要達到一定的動力性能,電池的總量必然巨大,例如18650需要7000+個、2170需要4000+個,對電池系統的連接和熱管理技術提出極高要求。因此,圓柱電池路線讓不少車企望而卻步。但4680時代,需要的電池單體數量下降為960個,更少的單體數量意味著PACK時空間利用率提高,且需要的BMS大大簡化(此處基於大圓柱散熱問題被無極耳技術解決)。

 

3)成本展望

 

預計大圓柱在24-25年達到成熟,屆時大圓柱單wh成本在0.45-0.5元,三元方形在0.5-0.55元,三元軟包在0.55元,LFP方形在0.3-0.4元,而目前單wh三元方形的成本在0.6元+,LFP方形成本在0.5元+。

 

文章來源 : 機構調研報告,轉載需備註【智享新動力】