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（报告出品方/作者：平安证券，皮秀）
1.1 起源：圆柱电池兴起于特斯拉，成就特斯拉行业领先地位
动力电池专指为电动汽车辆提供动力的蓄电池，有圆柱、方形和软包三种封装形式。目前动力电池主要有锂离子电池、镍氢 电池和铅酸电池，其中锂离子电池占比超过 99%，具有高能量密度、高循环寿命、高倍率、自放电小等优势。锂离子电池 是指以锂为能量载体的二次电池（充电电池），主要依靠锂离子在正极和负极之间移动实现充放电。不同类型锂离子电池的 结构和充、放电原理基本相同，区别主要在正极材料。目前已经量产的动力电池按照封装工艺主要分为圆柱、方形和软包三 种。动力电池按正极材料的不同分三元电池和磷酸铁锂电池。三元正极材料是指由镍、钴、锰（或者铝）组成的正极材料，一般 指化学方程式为 LiNixCoyZ1- x-yO2的材料。其中，当 Z为 Mn（锰）时，该三元正极材料为 NCM，当 Z为 Al（铝）时，该三 元正极材料为 NCA。而 111、523、622 和 811 等型号则指的是 NCM 材料中 Ni/Co/Mn 的摩尔系数比例，比如 622 中的 Ni：Co：Mn 的比例为 6：2：2，分子式为 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2。
圆柱动力电池的发展可以按照电池尺寸划分为三代产品。第一代 18650 圆柱动力电池（2008 年）。以松下 18650 圆柱电池为主，初期采用钴酸锂（LCO）+石墨方案，供应特斯拉 Roasder。之后松下将电池容量从 2Ah提升至 4Ah，化学体系改为镍钴铝（NCA）+石墨，开始在特斯拉 Model S/X上规模 化应用。第二代 21700动力电池（2017年）。为进一步降本增效，2017 年特斯拉与松下共同研发出 21700 圆柱电池，并应用于特斯 拉 Model 3，该电池采用镍钴铝（NCA）+硅碳方案，能量比 18650 提升 50%，系统成本下降 8%（从 185 美元/kWh 下降 至 170 美元/kWh）。第三代 4680 动力电池（2019 年）。2019 年，特斯拉申请 4680 大圆柱电池专利。2020 年 9 月，特斯拉率先发布无极耳、 硅负极、无钴 4680 电池，材料体系为镍锰（NMx）+硅碳方案，预计单体能量比 21700 提升 5 倍，整车续航里程提升 16%、 功率提升 6 倍，度电成本降低 14%，从 10%充电至 80%仅需 15 分钟，而 21700 电池充电池至 70%需要 25 分钟。特斯拉 标准航版装车 690 个 4680 电池，使用 21700 需要 4416 个，通过减少电池数量，BMS 监控系统、冷却系统成本均可下降。2022 年 5 月，特斯拉宣布拟正式向普通用户交付 4680 电池版 Model Y，同时也要求松下加快开发和供应 4680 电池。
特斯拉以圆柱电池起家，助推圆柱动力电池装机量保持高速增长势态。从全球来看，全球圆柱动力电池绝大多数应用于特斯拉，在 2020 年以前，全球圆柱动力电池装机量增速与特斯拉汽车产量变化趋势近似。2020 年特斯拉上海工厂建成投产后， 引入宁德时代方形磷酸铁锂电池，导致圆柱电池装机量增速小于特斯拉整体汽车产量增速。2018 年，圆柱电池依托特斯拉 汽车的畅销实现快速放量，增速达到 104%。2021 年特斯拉产能进一步扩大，全球圆柱动力电池装机量约 58GWh，主要来 自于松下、LGES。从国内来看，2017-2019 年，国内圆柱动力电池承压，主要系补贴退坡导致乘用车车企加速淘汰、车规 级电池产能稀缺、方形电池企业市场集中度上升挤压圆柱电池市场所致。2020 年，国内圆柱动力电池销量回暖，主要系特 斯拉国产车投产放量，LGES 南京基地配套特斯拉量产 21700 圆柱电池；2022H1，圆柱动力电池装机量约为 4.43GWh，同 比下降 17%，主要系 LGES 配套特斯拉 Model Y/3 的数量下降所致。
1.2 性能：4680 圆柱电池性能优异，大规模量产在即
4680 圆柱电池具有高比能量、快充、高安全、低成本和长寿命等特性，适配中高端乘用车。圆柱动力电池通过三元正极材料升镍降钴，石墨负极掺氧化亚硅，单体电池能量密度持续领先。圆柱电池逐步从钴酸锂发展 为镍钴铝/镍钴锰，再到无钴正极（NMx），负极硅碳负极应用逐渐成熟，电池能量密度逐年稳步提升至 300Wh/kg，在三种 封装工艺中单体能量密度持续领先。依据 UC San Diego 数据，目前特斯拉量产的 4680 圆柱电池采用高镍三元正极+人造石 墨负极，单体能量密度达到 244Wh/kg。
快充：依托 4680 圆柱电池全极耳设计，提高导电和导热面积，可实现 4C-6C 大电流充电，明显高于方形和软包电池。高安全：4680 圆柱电池一致性高，减少过充、过放和局部过热危险；圆弧结构有利于电池间隔热，热失控阻隔性好。低成本：依托干法电极工艺和超高镍正极材料、硅碳负极材料等新型材料，4680 圆柱电池成本实现大幅度降低。长寿命：4680 电池设计寿命约 2000 次，单体电池一致性较好，电池系统层面整体寿命相对较长，满足乘用车用电需求。
特斯拉到年底有望实现 4680圆柱电池 6.8-10.2GWh年化产能，可装配 9.0-13.7万辆 Model Y。目前，特斯拉海外车型均 为圆柱电池，国内高性能版 Model Y/3 搭载的是 21700，标准续航版是 LFP 方形，主要目的是为了降本，未来计划高性能 版和长续航版 Model Y、Cybertruck、Semi 采用 4680 圆柱电池。2022 年 Q2 特斯拉德州工厂已开始交付带配套 4680 电池 组的 Model Y。截至 2022 年 Q3，公司每周生产超过 1000 套 4680 电池包，按照标准续航版 Model Y 690 个电池计算，折 年化产能 3.4GWh，到年底预计能达到 6.8-10.2GWh，但距离特斯拉远期目标 1000GWh 仍有不少成长空间。
2.1 降本：超高镍/硅碳、干法电极助力 46 系大圆柱电池持续降本
总体来看，正负极材料和生产工艺设备加持，生产和设备投资成本有望砍半。特斯拉正在大力推动松下、LGES 等电池供应 商制造和开发 46 系大圆柱电池，通过采用无钴正极材料（NMx）、硅碳负极材料及离子聚合物涂覆技术、整车电池一体化及 干电极生产极片技术等，共同推动电池度电成本从 110-120 美元下降到 48-53 美元，降幅为 56%（电芯设计、正极、负极、 电池工厂、整车匹配分别贡献下降 14%、12%、5%、18%、7%），参考松下、LGES、三星 SDI 在美产线投资成本，单 GWh 产线的设备投资额从 1.09-1.33 亿美元下降到 0.34-0.42 亿美元，降幅为 69%（电芯设计、正极、负极、电池工厂、整车匹 配分别贡献下降 7%、16%、4%、34%、8%）。
超高镍和硅碳负极实现双降本，适配 4680 圆柱电池。参考亿纬锂能发布公告数据，结合各单价假设条件，初步得到以 NCM811/Gr 时，电池正极材料和负极材料成本分别为 0.271、0.060 元/Wh，当更换为超高镍 Ni90 正极和硅碳负极 Gr-SiOx 时，正极材料和负极材料成本分别降低为 0.242、0.057 元/Wh，分别降低 11%、6%。假定其他条件不变时，正负极材料成 本下降导致电池原材料成本由原来的 0.521 元/Wh 下降到0.489 元/Wh，降幅 6%。超高镍正极和硅碳负极适配 4680 圆柱电池，且实现更低成本。正极适配方面，9 系超高镍正极镍含量比 8 系更高，活性高， 更容易和电解液发生副反应，圆柱电池电解液用量少，且壳体本身耐压能力强，对产气有较高的承受能力；负极适配方面， 硅碳负极膨胀系数较高，圆柱电池耐压承受能力强，选用硅碳负极能有效提升电池能量密度。正极降本方面，一是材料本身 成本低，9 系高镍正极中钴含量低，后续价格比 8 系成本低；二是能量密度更高，9 系镍含量比 8 系更高，导致能量密度更 高，所以单 Wh 电池的正极材料用量减少。负极降本方面，随着硅碳负极工艺技术不断成熟，生产成本不断下降。
干法电极技术减少极片生产工序，实现降本增效。特斯拉 4680 电池创新性地使用超级电容器中的干法电极技术，实现降本 增效。电极制备方式中，传统湿法电极技术需要使用粘结剂、溶剂与活性材料混合再涂至电极上干燥，而干法工艺无需溶剂， 直接将活性电极材料颗粒与四氟乙烯（PTFE）粘结剂混合，使其纤维化，直接将粉末擀压成薄膜，然后热压到极片上，可 省略辊压、干燥、NMP 溶剂回收等工序，大幅简化生产流程，提升生产效率，节省成本。据特斯拉电池日预测，干法电极 工艺可以将生产成本降低 16%，产线投资成本降低 34%，极片生产占地减少 70%。目前特斯拉已实现负极干法电极量产，正在攻关正极干法技术。根据美国加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院对特斯拉 4680 电池的拆解结果，目前特斯拉已在负极中使用干法电极技术，其负极使用的是人造石墨，本身带润滑作用，在粉体传 输和辊压过程中流动性较好。正极材料干法工艺难度较大，正极材料在纤维化完成后，由于材料呈黏性絮状并相互交联，同 时正极材料本身自润滑性差，在连续传输过程中，极易出现偏析、架桥、结团等现象，自支撑膜制作难度较高，目前特斯拉 仍在攻关该项技术。
2.2 增效：46 系大圆柱电池具备快充、高安全、高比能优势
大圆柱全极耳方案减小内阻/增加热传导，可实现 4C-6C 快充，快充时间降至 15 分钟。大倍率充放电时正负极极耳温度最 高，是快充的瓶颈。4680 电池极片长度达到 3.8 米，如果采用单极耳，会导致电池内阻明显增加。将正负极集流体两端变 成可以进行面接触的极耳，通过集流体与集流盘、正负极（盖板）的全面积连接，形成稳定的全极耳导电结构，使得集流体与正负极之间的电流传输方式由传统的线传输变为面传输，从而大幅提升导流面积和过电流能力，降低电池内阻和发热量， 实现安全快充。Shen Li 等人通过模拟仿真对全极耳电池和单极耳电池进行充放电过程发热对比，发现全极耳设计产热速率 要比单极耳产热速率低两个数量级以上，验证了全极耳设计可以明显降低热效应。数据显示，4680 圆柱电池能够在 20 分钟 内完成从 10%到 80%SOC 的快充，相较于 21700 电池的 30 分钟，时间缩短 33%。
4680 圆柱电池一致性高、热失控阻隔性好。圆柱电池是以卷绕工艺进行制造，通过加快转速来提高生产效率，而软包和方 壳的叠片工艺的效率提高受限。在卷绕过程中，为保证电池具有高一致性，需要对卷绕张力进行控制。目前松下等国外企业 对圆柱电池卷绕张力的控制较好，大批量生产的圆柱电池产品一致性高，良率能达到 97%~99.0%，可以避免由于电池一致 性差导致的过充、过放和局部过热等危险。
4680 圆柱电池成组时相互接触面积小，热失控阻隔性好。从单体角度看，圆柱电池热膨胀时壳体均匀受热，不会出现侧面 鼓胀、变形等影响电池寿命的问题。从模组角度看，圆柱电池蜂窝式排列，电芯间填充隔热灌封胶，电芯之间接触面积几乎 为零，热量必须经过灌封胶再传至周边电芯，电芯隔热效果好，能做到热失控不蔓延，从而有效提高电池热失控安全性。
圆柱结构适配超高镍/硅碳，进一步提升电池能量密度。目前 4680 圆柱电池采用 NCM811 正极和人造石墨负极，电池能量 密度达到 244Wh/kg，相对于成熟的松下 21700 圆柱电池能量密度低 9.2%，但是未来可以通过降低外壳壁厚和改用硅碳负 极，可以将能量密度提升至 292Wh/kg。另外，超高镍正极材料及无钴材料等的应用将继续提升 4680 圆柱电池的能量密度。46 系大圆柱电池正极可以用 9 系高镍，其钴含量低，后续成本比 8 系便宜，能量密度更高。电解液方面，应用高安全新型 锂盐 LiFSI，进一步稳固电池安全性。在负极中掺杂硅或氧化亚硅可显著提升电池容量，但硅在充放电过程中会产生巨大的 体积变化(硅在充放电过程中容易产生 300%的体积膨胀，而石墨只产生 10.6%的体积膨胀)，从而引发 SEI 膜破裂使未钝化 的表面暴露出来，导致电池充放电循环期间电解液在硅表面持续分解，致使电池容量衰减。4680 电池的不锈钢壳体机械强 度大，可充分吸收负极的膨胀力，同时卷绕结构的 4680 电池极片各个位置膨胀力均匀，减少破损和褶皱的出现，而方型电 池在 R 角处易出现应力集中而导致破损和褶皱。
2.3 市场：预计 25 年 46 系大圆柱动力电池需求量将超过 200GWh
从产能投产及规划预测来看，2022-2024 年特斯拉、松下、LGES、三星 SDI、亿纬锂能、宁德时代等企业 4680 产线将陆 续投产。最早实现量产的是特斯拉，到今年年底初步实现约10GWh产能，其次是松下，预计明年3月份初步实现10GWh 4680 圆柱电池产能并逐步放量。LGES、三星 SDI、亿纬锂能加快构建 46系大圆柱电池产线，规划产线均为 10GWh 左右，宁德 时代预计到 2024 年建成 12GWh 的 46 系大圆柱电池新产线并实现量产。
预计特斯拉 2025年全球销量突破 400万辆，年均增长 44%。参照特斯拉美国加利福尼亚工厂、中国上海工厂、柏林工厂、 美国得州工厂、美国雷诺工厂及两座新工厂（预测规划年产能超过 100 万辆）建设及产能爬升速度，预测特斯拉 2022-2025 年全球新能源汽车产量将分别达到 144.6、199.4、271.0、400.5 万辆，YOY 分别达到 54.4%、37.9%、35.9%、47.8%。2025 年增速提升主要系新工厂及新车型产能爬升放量所致。
预计2025年特斯拉搭载4680电池的车型销量预计接近150万辆，占特斯拉当年总销量的37.2%，装机量预计达167.8GWh， 2022-2025 年年均增长率达到 234%。2023 年 4680 圆柱电池量产在即，特斯拉领衔推广，未来市场需求明确。特斯拉 4680 电池需求量测算假设边际条件如下：1）4680 电池与高镍+硅碳三元电池体系适配度高，预计在 Model Y、Cybetruck 等中高端车型中渗透率逐步提升，预测在 高端电车 Model S/X上也将大批量使用。2）参考 21700 替代 18650 圆柱电池的速度，预计到 25 年 Model Y 市场替代率为 50%。21700 圆柱电池量产 3 年后对 18650 市场替代率提升至 50%。随着 4680 圆柱电池技术不断成熟，22 年上半年已实现装机，23 年将实现规模量产。3）根据 Troy Teslike 预测，单个 4680 圆柱电池容量依次为 2022-2025 年分别为 26.5/29.3/32.0/32.0Ah，按照标准版（690 块电池）和长续航版（828 块电池）平均电池数量推导出特斯拉Model Y 车型带电量分别达到 74.4/82.2/89.7/89.7kWh。同 时 Model S、Model X和 Cybetruck 单车的电池容量分别预测为 100/100/200kWh。暂未计入Model 3、SEMI、新车型上可 能应用的 4680 电池用量。
除了特斯拉，多家车企看好 46系圆柱电池市场应用。宝马、Rimac、蔚来、江淮等车企均在大力布局 46 系大圆柱，其中宝 马在9-10月分别与亿纬锂能、宁德时代、远景动力达成46系大圆柱电池供货协议，总规规模超110GWh，按照每辆车100kWh 计算，满产装车量达到 110 万辆。
25 年全球 46系大圆柱装机规模将突破 200GWh，市场规模超过千亿。特斯拉德州工厂已开始向客户交付带 4680 电池组的 Model Y。截至 2022 年 Q3，预计年底能够达到 6.8-10.2GWh。按照特斯拉、宝马等车企 46 系大圆柱电池需求规划，预估 2025 年 46 系大圆柱电池装机量将达到 207.8GWh，全球动力电池装机量市占率将达到 14.0%。假设导 2025 年三元动力电 池单价降至 0.5 元/Wh，推测 46 系大圆柱电池市场规模将超过 1000 亿元。
46 系大圆柱电池降本增效明显，市场前景广阔，对电池产业链影响较大，我们重点关注锂电池制造、超高镍正极材料、硅 碳负极材料、新型锂盐 LiFSI 等新产线、新工艺环节。特斯拉作为新能源车企标杆，最早于 2020 年提出 4680 大圆柱解决 方案并自建电池制造产能。伴随特斯拉得州工厂搭载 4680 圆柱电池的首批 Model Y 交付，2023 年 46 系大圆柱电池将迎来 大规模量产，国内外车企、电池企业、材料企业均相继跟随布局，46 系大圆柱电池将对电池、材料的技术路线和竞争格局 产生深远影响，未来在超高镍三元正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐 LiFSI 等领域具有技术储备以及量产能力的上下游企 业有望率先受益。
3.1 46 系大圆柱电池：特斯拉领衔研发生产，头部电池厂商纷纷加码跟随
从技术层面看，46系大圆柱电池均以超高镍+硅碳为主要正/负极材料。特斯拉正极选用 9 系高镍 NCM 正极，后续目标是发 展二元无钴正极材料，即镍锰正极（NMx）；LGES 选用 9 系四元高镍 NCMA；松下和三星 SDI 均选用 NCA；宁德时代、亿 纬锂能、SKI 均选用高镍 NCM，未来将用到 9 系。负极材料用掺 12％-15％氧化亚硅的硅碳负极，容量达 550mAh/g。
从产品层面看，目前特斯拉已实现 4680 装车，2023 年实现大规模量产可能性较大。特斯拉已实现 3.4GWh 年化产能，预 计到年底实现 6.8-10.2GWh年化产能，可装配 9.0-13.7 万辆 Model Y。2022 年 Q2 特斯拉德州工厂已开始向客户交付配套 4680 电池组的 Model Y。2022 年 Q3 特斯拉每周约生产 1000 套 4680 电池包，折年化产能 3.5GWh，预计年底产能将达到 6.8-10.2GWh。从市场层面看，23年将是 46系大圆柱电池发展元年，25年装机量将突破 200GWh。依据特斯拉、宝马等大圆柱电池装车 量产规划，我们预测 2025 年 46 系大圆柱电池装机量将达到 207.8GWh，市场规模突破1000 亿元。从企业竞争看，日韩三巨头圆柱份额全球领先，特斯拉自制 4680 带动大圆柱卷土重来。根据 EVTank 数据，2021 年全球 圆柱电池市场主要被松下、LG 和三星 SDI 三家占据，松下和 LG 主要系特斯拉新能车销量带动排名遥遥领先。特斯拉在 22 年 Q2 开始 4680 装车，到年底产能约 10GWh。头部电池厂商纷纷跟随加码 46 系大电池阵营，包括松下、LG 新能源、三 星 SDI、宁德时代、亿纬锂能、比克电池均已深度布局 46 系大圆柱电池。
从供应链层面看，上游材料技术成熟度高，电池产线产能稳步爬坡。4680 的推广或将影响国内以方形为主的电池格局，国 内具备圆柱电池生产能力和工艺积累的公司具备先发优势。此外，主流电池大厂正在大力公关 4680 配套的全极耳、CTC、 激光焊等是关键技术，多数处于中试阶段，良率有待提高。未来率先突破关键配套技术的电池企业有望打破原有竞争格局， 成为 4680 产业链核心受益公司。
3.2 超高镍正极材料：高镍正极材料快速发展，超高镍产品有望批量供货
高镍化是三元正极材料发展方向。三元材料由镍、钴、锰（或铝）三种金属组成，其中镍是电极反应中关键的活性物质，在 充放电中参与氧化还原反应。提高三元材料整体能量密度关键就在于提升镍含量。为了实现正极降本增效，不断减少钴含量， 增加镍含量。高镍三元继续超高镍化，从 NCM8 系、NCA8 系继续向 NCM9 系、NCA9 系、NCMA、无钴化发展。从技术层面看，NCMA（镍钴锰铝）四元材料有利于提升循环寿命。NCMA 是基于目前两大主流三元高镍材料 NCM 与 NCA 混合而成，通过在 NCM 三元材料中掺杂Al 粒子得到，本质是用 Al替代 Co，提升材料稳定性和降低材料成本。韩国 Un-Hyuck Kim 团队使用 1C 电流在 25℃1000 次充放电循环后，NCMA75 电池的放电容量保持率达到 95.0%，而 NCM77 与 NCA82 的放电容量则分别下降至原先的 87.9%、79.6%。NCMA 的循环性能明显优于比容量相似的 NCM 和NCA。
高镍化能够降本增效，是三元正极材料发展趋势。8 系三元材料由于镍含量增加，具有更高的能量密度，同时由于钴含量的 降低，还兼具成本优势，市场份额快速增长。成本加成法是绝大部分正极材料企业的定价机制，相较于普通三元，高镍三元 因其更高的技术难度，利润率优于普通三元。8 系材料于 2018 年开始进入市场，随着 2020 年大规模商业化，2021 年 8 系 材料市占率超过 30%。
高镍产品具有较高的提高技术壁垒，技术深厚的正极材料企业具备发展潜力。正极材料技术主要体现在材料的配方设计、关 键设备的选型、工艺细节设计。高镍三元正极材料对前驱体制备、烧结工艺和过程控制以及生产环境的要求苛刻，同时还对 核心生产设备的各项性能和产线设计的细节要求同样较高。同时，高镍三元正极产品具有较高的客户粘性。由于高镍三元正 极材料对安全性能的苛刻要求，高镍三元正极材料厂商需要满足的客户认证要求远高于普通三元正极材料。从市场层面看，高镍三元正极材料市场集中度较高，CR3 约 70%。龙头企业扩产加速，高镍化有望助力具备技术储备的企 业进一步提高市占率。在高镍正极需求大幅增加的背景下，具有量产能力且通过客户认证的容百科技、天津巴莫、贝特瑞、 振华新材加速扩产高镍正极。2021 年高镍三元正极材料出货量前三分别为容百科技、天津巴莫和贝特瑞，CR3 达到 70%， 市场集中度较高。预计 2025 年国内高镍三元渗透率提升至 51%，21-25 年 CAGR 达到 41%。
从国外业务拓展层面看，当升科技、华友钴业、贝特瑞、中伟股份境外营业收入实现快速增长。当升科技主营三元正极材料， 2018-2021 年境外业务收入快速增长，年均增速达到 53.9%。华友钴业主营钴、镍、三元前驱体、铜等，在刚果（金）、印 尼等国家及地区开展钴镍锂资源开发业务，2018-2021 年年均增长 58.9%。贝特瑞主营电池电池负极材料、正极材料等， 2018-2021 年境外营收增速达到 36.9%。中伟股份出口产品主要出口地区是韩国，境外营收实现快速增长，2018-2021 年年 均增速达到 66.3%。容百科技境外收入业务较少，但随着韩国万吨级三元正极材料产线投产，境外收入将实现快速增长。
当前容百科技、华友钴业、贝特瑞海外产能布局进展较快。根据美国《通胀削减法案》，美国政府将对清洁能源提供高达 3690 亿美元的投资和税收抵免。同时该法案还规定，只能向购买美国及与其签订自由贸易协定的国家组装、制造的电动汽车提供 税收抵免，这将进一步推动国内龙头电池材料企业加速海外投资建厂。
3.3 硅碳负极材料：有效提升能量密度，天生适配圆柱电池
从技术层面看，硅碳负极有效提升电池能量密度。锂离子电池负极商业化以人造/天然石墨为主，克容量已经达到 365mAh/g， 接近其理论比容量极限 372mAh/g，而硅理论比容量高达 4200mAh/g，是石墨类负极材料的 10 倍以上，不存在析锂隐患， 安全性好于石墨类负极材料，且储量丰富，成本低廉，是最具潜力的下一代锂电池负极材料。同时，由于硅负极吸附锂时会 发生较大体积变化（膨胀率高达 300%），导致材料破碎，循环性能及库伦效率恶化，所以硅碳负极材料是按一定比例（5%-10%） 掺杂在石墨负极中应用，其膨胀性、循环性能相对较好。纳米硅碳和氧化亚硅（SiO）是目前商业化程度最高的两种硅碳负 极材料，氧化亚硅在锂嵌入过程中发生的体积膨胀较小，因此相对纯硅负极，其循环稳定性有较为明显改善，更适合应用于 动力电池领域。从产品层面看，硅碳负极研发生产提速，国内负极厂商贝特瑞领先。国内负极企业已扩大硅碳负极投入，贝特瑞已量产和批 量供货，杉杉、国轩高科、正拓能源可实现量产，天津力神、湖南星城、璞泰来具有小量投产能力。贝特瑞硅氧负极已实现 批量供货，其硅氧负极材料已经突破至第三代产品，比容量从第一代的 650mAh/g 提升至第三代的 1500mAh/g，且正在开 发更高容量的第四代硅碳负极材料产品。
从市场层面看，商业化硅碳负极适配圆柱电池，电池量产推动硅碳负极需求快速增长。由于方形电池和软包电池对膨胀非常 敏感，而 4680 大圆柱具有受力均匀、自动化程度高、膨胀容忍度高、制造自动化程度高等优势，硅碳负极搭配能量密度较高的高镍三元正极应用于圆柱电池优势更加突出。4680 大圆柱电池以及长续航快充车型放量，有望推动硅碳负极材料快速 增长。目前国内贝特瑞和杉杉股份有批量产品出货。贝特瑞年年产能为 0.6 万吨，正在扩产 4 万吨，产品销往 LGES 和三星 SDI，LGES 电池进一步供货特斯拉汽车。宁德时代、国轩高科、星恒电源等电池厂商均将硅碳负极明确列为高比容量电池 发展方向。
从供应链层面看，4680电池量产在即，圆柱动力电池需求有望提升。特斯拉于 2020 年推出的 4680 大圆柱电池于 2022 年 开始逐步投产，多家电池生产企业也纷纷开始布局大圆柱动力电池，4680 圆柱动力电池的量产有望进一步催化带动硅碳负 极需求提升。4680 大圆柱电池以及长续航快充车型的规模化量产，叠加硅碳负极产业链扩产提速，将推动硅碳负极材料进 入快速增长阶段。
从国外业务拓展层面看，贝特瑞、杉杉股份、璞泰来和国轩高科均有境外营收。贝特瑞主营锂离子电池负极材料、正极材料 等，2018-2021 年境外营收年均增速达到 36.9%。杉杉股份主营钴酸锂、镍钴锰三元材料、锰酸锂、镍钴铝三元材料、人造 石墨、硅碳负极等，2018-2021 年境外营收年均增速达到 31.3%。璞泰来主营负极材料、涂布机、涂覆隔膜、铝塑膜、纳米 氧化铝粉等产品，2018-2021 年境外营收年均增长 80.7%，其中负极材料海外业务占比约 30%。国轩高科主营动力锂电池 和输配电设备业务，海外业务体量总体不高，但增速较快，2018-2021 年境外营收年均增长119.7%。
当前贝特瑞、国轩高科海外负极产能布局进展较快，便于供货欧美客户。贝特瑞已于 2022 年 6 月在印尼与 STELLAR INVESTMENT PTE. LTD.合资成立新公司，投建年产 8 万吨锂电池负极材料项目。国轩高科准备在美国投建 15 万吨正极材 料和 5 万吨负极材料工厂，实现正负极材料美国本土化生产。在海外新建产线有利于享受国外新一轮优惠政策，比如可享受 美国《通胀削减法案》补贴政策等，产业化发展具有成本优势。
3.4 新型锂盐 LiFSI：电化学性能优越，未来市场需求广阔
从技术层面看，4680 高镍化、高压化对电解液性能要求提升。首先，正极材料中镍含量增加，由于 4 价镍离子具有较高的 氧化还原电位，会催化电解液氧化分解，影响电池性能。其次，高镍体系电池循环过程中会有锰、钴等过渡金属溶出，会破 坏负极表面的 SEI 膜。所以，高镍电池需要添加过充和阻燃等添加剂来提升电池的安全性。双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）被认 为是最佳替代品，特别适用于高镍正极、高电压正极等活性电极材料，可大幅提升电池充放电次数，并保持稳定，提高安全 性，其渗透率有望进一步提升。LiFSI 具有良好结构稳定性和电化学性能等优异性能，成为产业化进程最快的新型锂盐。和 LiPF6相比，LiFSI 具有以下优 点：1）LiFSI 具有更高的热稳定性，其熔点为 145℃，分解温度高于 200℃，可耐受更高的工作温度，抑制气胀；2）LiFSI 电导率高，可达 9.8ms/cm（LiPF6 仅 6.8ms/cm），有助于降低电池内阻、减少发热、提升效率和安全性；3）LiFSI 与 SEI 膜有很好的相容性，与正负极的化学稳定性高，只会在 160℃以上温度时才与其部分成分发生置换反应。
目前 LiFSI 作为添加剂用量提高。目前只有一线电池企业、电解液龙头企业拥有 LiFSI 作为添加剂和锂盐的多种配方，而二 线企业大多仅有作为添加剂的配方。LiFSI 作为电解液锂盐有两种应用方式：1）可用作常用电解质 LiPF6 的添加剂；2）作 为新型电解质替代 LiPF6，目前还处于实验室阶段。目前 LiFSI 主要作为三元电池 LiPF6 的添加剂使用，添加量在 1%-18% 不等。电解液中添加 LiFSI 的锂离子动力电池的使用寿命、夏季或冬季的续航里程与充放电功率、整体安全性均得到有效提 升。根据多氟多公开资料，以 4680 电池为例，其中 LiFSI 的添加量或将是普通三元电池的5 倍，从 3%提升到15%。龙头企业把握核心技术工艺，专利布局提高行业门槛。LiFSI 的纯度对产品性能影响较大，电池级 LiFSI 生产工艺难度较高。目前 LiFSI 的合成主要采用氯磺酸法，中间产物双氟磺酰亚胺 HClSI 的收率（主产物占所有产物的比例大小）对产品品质的 把控至关重要。纯度控制以及对敏感中间物 HClSI 的温度把控决定了合成 LiFSI 较高的技术壁垒。从市场层面看，2021年全球 LiFSI 需求量为 0.68吨，预测到 2025年全球 LiFSI 需求量将达到 7.7万吨，年复合增长率达 到 83%。高镍三元对 LiFSI 的需求较为刚性，我们预计 4680 电池中使用量有望进一步提升。国内头部电解液厂商包括天赐 材料、多氟多、新宙邦、永太科技等，其中天赐材料产能 2020 年产能最高占比达到 32%。
从供应链层面看，当前国内龙头厂家纷纷开始加速布局 LiFSI。2021 年下半年，国内龙头厂商加速布局 LiFSI。电解液龙头 天赐材料于 2021 年 6 月公告年产 6.2 万吨电解质基础材料项目的计划，包括年产 6 万吨/年的双氟磺酰亚胺（HFSI），该产 品是新型锂盐 LiFSI 的中间体，约可用于生产 5.7 万吨 LiFSI；锂盐龙头多氟多 2021 年 7 月宣布拟投资年产 4 万吨 LiFSI 项目。其他投建 LiFSI 产能企业包括时代思康、永太科技、新宙邦、康鹏科技、研一（江山）、中立集团、宏氟锂业等，到 2025 年预计总产能超过 24.5 万吨。
从业务拓展层面看，天赐材料、多氟多、新宙邦、永太科技均有境外营收。天赐材料主营锂离子电池电解液和正极材料磷酸 铁锂等，2018-2021 年境外营收年均增速达到 24.5%。多氟多主营无水氟化铝、高分子冰晶石、六氟磷酸锂、新型锂盐、电 子级氢氟酸等，2018-2021 年境外营收年均增速达到 12.8%。新宙邦主营锂离子电池电解液、电解液添加剂、新型锂盐等产 品，2018-2021 年境外营收年均增长 24.2%。永太科技主营医药类化学品、农药类、锂电及其他材料类，2018-2021 年境外 营收年均下降 2.0%。
当前天赐材料、新宙邦、瑞泰新材外产能布局进展较快。欧美地区快速增长的市场吸引着我国电解液企业出海意愿，头部电 解液企业纷纷布局欧美地区，抢占电解液市场。目前进展较快的有天赐材料、新宙邦和瑞泰新材，均为国内电解液行业头部 企业，海外布局国家包括捷克、波兰、荷兰等欧洲地区。
特斯拉 4680 圆柱电池量产在即，随着 46 系大圆柱电池实现降本增效进程加快，预计 25 年全球需求量超过 200GWh。特斯 拉已实现 4680 圆柱批量试产，年化产能已达到 3.4GWh，预计 2025 年 4680 圆柱动力电池市场需求将达到 167.8GWh，占 特斯拉装机量总量的 37.2%，达到150 万辆。从全球来看，2025 年 46 系大圆柱电池市场规模将突破 200GWh。46 系大圆柱市场逐步打开，46 系大圆柱电池及上游不可或缺的超高镍正极材料、硅碳负极材料、新型锂盐 LiFSI 3 大关键 原材料有望率先受益。超高镍正极材料和硅碳负极材料能够保证 46 系大圆柱电池实现降本增效的重要原材料；LiFSI 能有效 提升超高镍正极 46 系大圆柱电池的安全性。
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