特斯拉“电池日”点评报告

1、正文目录 HYPERLINK l _TOC_250009 自产电池落地，产能扩张按部就班 3 HYPERLINK l _TOC_250008 4680 型电池尺寸再上一层，降本性能兼顾 3 HYPERLINK l _TOC_250007 扩产规模大瞄准 TWh 产能，确保行业地位 4 HYPERLINK l _TOC_250006 多维度出击，新技术助力电池优化 5 HYPERLINK l _TOC_250005 无极耳设计改善综合性能，提升生产效率 5 HYPERLINK l _TOC_250004 干电极工艺提升产能密度，降低生产成本 7 HYPERLINK l _TOC_250003 包

2、覆硅负极提升综合续航，改善安全性能 8 HYPERLINK l _TOC_250002 多路径正极针对不同场景，坚定去钴路线 9 HYPERLINK l _TOC_250001 车电一体化系统整合凸显，降低生产成本 11 HYPERLINK l _TOC_250000 投资建议 12图表目录图 1：宣传视频展示的特斯拉 4680 型电池生产线 3图 2：特斯拉展示的电池尺寸 vs.电池综合性能关系曲线 3图 3：从 18650 转向 21700 使单位生产时间和所需材料同步下降 4图 4：特斯拉对未来电动车对锂电池的需求 4图 5：无极耳结构示意图 5图 6：传统电极对比特斯拉无极耳电极示意图

3、 5图 7：传统电池对比无极耳设计电池在快充时间上具有明显优势 6图 8：带导电涂层极片生产示意图 6图 9：无极耳圆柱形电池侧视图 6图 10：特斯拉新电池底部俯视图（对应上图 402 部分） 7图 11：传统锂电电极生产工艺需要烘干设备处理有毒有机溶剂 7图 12：传统锂电电极生产工艺烘干设备图 8图 13：硅碳负极充放电后厚度对比 8图 14：多种工艺缓解硅碳负极 8图 15：特斯拉硅负极示意图 9图 16：特斯拉多种正极材料应对不同应用场景 9图 16：正极材料成本中中间过程费用占到 35% 10图 17：特斯拉提出将正极生产本土化 10图 18：特斯拉本土化供应带来的成本优势 11图

4、 19：特斯拉提出将正极生产本土化 11图 20：特斯拉提出将正极生产本土化 12自产电池落地，产能扩张按部就班当地时间 9 月 22 日，特斯拉举行了备受外界期待的“电池日”，此次大会公司展示了其新型 4680 电池，并详细阐述了自产电池的进度以及未来扩产计划。4680 型电池尺寸再上一层，降本性能兼顾特斯拉 4680 型电池顾名思义是指直径 46mm，高 80mm 的圆柱形电池，这一尺寸较特斯拉先前使用的 2170 型电池大了一圈，而 2170 则是最早的 1865 型电池的升级型。特斯拉电池越做越大的一个原因是随着单体电池变大，单体能量密度也在提升，同时同等能量的电池 Pack 所需的电

5、芯数量下降（1865 需要 7000 节，2170 需要 4000 节）带动零部件数量下降间接降低了成本。通过图 2 可以看到，在两条曲线上的最优点便是直径 46mm，公司宣称该型电池单体能量较之前提升 5 倍，转换续航提升约 16%，功率提升 6 倍。图 1：宣传视频展示的特斯拉 4680 型电池生产线资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所图 2：特斯拉展示的电池尺寸 vs.电池综合性能关系曲线资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所图 3：从 18650 转向 21700 使单位生产时间和所需材料同步下降资料来源：ECS，浙商证券研究所扩产规模大瞄准 TWh 产能，确保行业地位公司认为其未来

6、对锂电池的需求巨大，因此为保证稳定的动力电池供应，公司提出了到 2030 年要形成 1TWh（=1000GWh）产能。特斯拉目前已经确认其 Fremont 的电池工厂进入试产阶段（直播展示的视频中有明确的 4680 自动生产线），预计到 2021 年底前形成 10GWh 有效产能，2022 年底前形成 100GWh 产能。但公司也同时提出，以当前技术和工艺想要进行如此规模的扩产难度极大，现有工艺的产能密度还有待优化。图 4：特斯拉对未来电动车对锂电池的需求资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所我们认为特斯拉自产电池进度能否达预期尚需进一步观察，短期内电池供应格局并不会受到影响，宁德 LG 松下

7、三家供应商仍将在特斯拉电池真正投入量产并实现装车前保持优势。多维度出击，新技术助力电池优化此次大会特斯拉祭出了其为解决当前动力锂电池存在的问题所研发的电池技术及生产工艺，将其分为五大块：1）无极耳设计；2）干电极工艺；3）包覆硅负极；4）多路径正极；5）车电一体化。无极耳设计改善综合性能，提升生产效率在此前的报告中我们提到电池极耳的作用是将正负极极片间传导出的电子引流至电池外接电路最终形成有效电流，这项技术有两个问题：1）电子需要移动较长的距离才能由极片到达外部电路，而欧姆电阻的存在会造成部分电子损失在这一过程中，电池的电流输出减少；2）极耳自身让电池生产难度提升，成本上升。图 5：无极耳结构

8、示意图资料来源：公司专利，浙商证券研究所整理图 6：传统电极对比特斯拉无极耳电极示意图资料来源：浙商证券研究所制作总体上看，无极耳设计可以显著改善三个方面：电子到达外部电路所需要经过的长度大大减少，仅为先前的 5%-20%，通过欧姆公式可以得出实际欧姆电阻仅为先前的 5%-20%，电子损失显著降低；电流偏转效应显著减小，极片内部发生电流集中会导致出现局部过热过载产生影响电池性能和寿命的不良反应；由于电子传导距离缩短，电阻生热总量减少，利于控制电池内温。在特斯拉展示的 4680 新电池设计中表示除上述优势以外，无极耳还有一个巨大的优势就是快充所需时间大幅降低（得益于更均匀的散热属性和内部电流流动

9、效率）。综上所述，无极耳设计省去了繁琐的焊接工艺，使得生产速度提升 7 倍，结合 4680 大电池架构可使电池成本下降 14%。图 7：传统电池对比无极耳设计电池在快充时间上具有明显优势资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所图 8：带导电涂层极片生产示意图图 9：无极耳圆柱形电池侧视图资料来源：公司专利，浙商证券研究所资料来源：公司专利，浙商证券研究所图 10：特斯拉新电池底部俯视图（对应上图 402 部分）资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所干电极工艺提升产能密度，降低生产成本在生产锂离子电池时，正极和负极材料需要分别被涂覆在对应的集流体上（铝箔/铜箔），目前所使用的工艺一般是将合成好的正

10、负极粉与一种液态粘结剂进行混合以方便涂覆粘贴在集流体上。粘结剂由 PVDF 聚偏氟乙烯和高挥发性的 NMP N-甲基吡咯烷酮溶剂组成，这其中 NMP 为高毒性有机溶剂，需要在生产过程中通过加热烘干并回收这些有害液体。如下图所示，传统生产工艺中需要大量的烘干设备（一般一条产线约 100 米长，烘干设备占到约 60 米）来去除电极极片中的 NMP 和水分，这无疑延长了生产周期同时增加了生产成本，而干电极工艺使用的是固态粘结剂如 PTFE 颗粒（不需要 NMP），因此不需要复杂的烘干和有害溶剂回收设备，Maxwell 宣称干电极工艺可使产能密度提升 16 倍。图 11：传统锂电电极生产工艺需要烘干设

11、备处理有毒有机溶剂资料来源：VDMA，浙商证券研究所图 12：传统锂电电极生产工艺烘干设备图资料来源：MUST，浙商证券研究所除干电极工艺以外，特斯拉在电池组装的工艺连续性和最终成品电池化成工艺上也进行了优化，使产能提升 7 倍，单条产线产能被提升至 20GWh，而上述生产工艺的创新和优化则可为公司进一步缩减电池成本（下降 18%）。包覆硅负极提升综合续航，改善安全性能尽管正极材料在过去的几轮技术迭代中能量密度不断上升，但负极材料却一直没有太大突破基于石墨（天然/人工）的负极材料理论比容量一直在 372mAh/g，为了应对“水桶效应”，理论容量更高的硅负极材料（4200mAh/g）成为了新热点

12、。然而硅基负极材料在经过多次充放电循环后会有明显的体积膨胀导致负极粉化脱落，造成循环寿命缩短且容易引发安全事故。因此目前硅只能被极少量（3%8%）地加入到石墨负极用以增加整体容量，特斯拉在 2018 年年底推出的新款高续航 Model 3 就是采用了高镍 NCA 结合硅碳复合负极材料，首次让续航能力突破 600 公里。同时新工艺使用碳包覆技术将石墨和硅进行表层包覆处理，也可以有效地抑制充放电带来的体积膨胀，在兼顾能量密度的同时也有效提升了安全性能。图 13：硅碳负极充放电后厚度对比图 14：多种工艺缓解硅碳负极资料来源：Nature，浙商证券研究所资料来源：知网，浙商证券研究所此前特斯拉收购了

13、专注研发硅负极的初创公司 SiLion，公司采用石墨/离子导体高分子（c-Pan 环化聚丙烯腈）包覆，根据公司官网的信息，其中一种配方组合是 30%的硅， 55%的碳黑，15%的 c-Pan，可以看到硅的含量较此前的硅碳负极有显著提升，直接带动单体能量密度上升。同时公司宣称其硅负极技术对比其他现有硅基负极技术在成本上有明显优势（1.2 美元/KWh）。综上所述，公司利用新型硅负极技术可以将续航提升约 20%，整体成本下降 5%。图 15：特斯拉硅负极示意图资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所多路径正极针对不同场景，坚定去钴路线自今年二月特斯拉公开宣布将积极推进无钴化电池后，市场对特斯拉未来的

14、电池正极材料路线一直存在较大争议。此次发布会特斯拉明确未来将会使用包括磷酸铁锂，高镍，镍锰二元（真无钴）三种正极材料应对不同应用场景：LFP 应用在储能和底续航电动汽车（续航300 英里），镍锰二元应用在 Powerwall 和长续航电动车，极高镍则是针对皮卡和重卡这类用电量大的产品上。图 16：特斯拉多种正极材料应对不同应用场景资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所我们认为特斯拉在正极技术路线上的选择符合公司一贯的“成本优先”的理念，通过针对性的使用不同电池以达到费效比最优。除此之外公司提出当前正极材料有相当一部分费用来自中间过程费用，这部分费用需要被大幅压缩。公司提出未来将在美国本土建立本

15、土化的正极材料供应链，考虑到美国本土锂资源存量巨大，同时整个北美地区的钴矿藏并不逊色，而北美也有诸多锂钴矿开采企业如北美锂业 LAC 和加拿大钴开采公司 Fuse Cobalt。公司还提出其目前正在研发一种新的锂资源提纯技术，该技术与传统技术不同，并不涉及大量硫酸盐的处理，因此生产过程中产生的废水极少。根据公司的披露，该技术可以将其正极材料的投入成本降低 66%，中间处理费用降低 76%。当然需要注意的是，正极生产本土化尚在规划中，没有给出明确的时间表。综上所述，公司预计未来正极材料成本的下降将会让电池产品下降约 12%。图 16：正极材料成本中中间过程费用占到 35%资料来源：会议直播截图，

16、浙商证券研究所图 17：特斯拉提出将正极生产本土化资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所图 18：特斯拉本土化供应带来的成本优势资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所车电一体化系统整合凸显，降低生产成本在今年 Q1 的电话会上，特斯拉公布了 Model Y 后车身部分采用整体铸造成型工艺，使得原先在 Model 3 上需要 70 个零部件的相同部分如今只需 2 各零部件，大大降低组装时间和成本。在此次大会上，特斯拉再次重申该项工艺优化并指出车身所用的铝合金是一种由特斯拉独立开发的新型铝合金，专门为整体铸造工艺设计的。同时公司将这个理念也应用到了电池包上：特斯拉新电池系统总成技术采用了类似比亚迪刀片电池和宁德时代CTP 技术的思路，去掉了直接将单体电池与车辆底盘融为一体，电池通过一种防火粘合剂被粘在蜂巢结构板上，最终组成车电一体化的动力电池系统。车身结构件的优化以及新型电池包架构将大幅降低特斯拉单车成本，在保证利润不受影响的前提下为销售价格下调创造空间。这些革新将使特斯拉汽车车身减重 10%，续航提升约 14%，零部件使用减少 370 个，整体成本将下降 7%。图 19：特斯拉新型电池包架构示意图（上为传统，下为新型）资料来源：会议直播截图，浙商证券研究所图 20：车身零部件与动力电池总成化将显著提升特斯拉汽车竞争力资料来源：会议