锂电池行业市场分析

锂电池行业市场分析1.4680颠覆传统电池体系1.1.特斯拉开启电池革命五位一体开启特斯拉电池优化计划。2020年9月，特斯拉在其“电池日”从五个层次推出了电池优化计划，即电芯设计、电芯生产、硅基负极材料、高镍正极材料、电芯车辆一体化设计。降本增效全面提升产品竞争力。特斯拉的优化计划即包括电芯体系革新，也包括电芯生产流程，从多个层次的全面优化及降本提效，使未来特斯拉电动汽车续航里程增加54%、度电成本减低56%、投资成本减少69%。第三代4680电芯解决方案发布。特斯拉4680采用大圆柱构型，引入无极耳技术提升功率性能及散热，电极制成工艺采用干电极并引入硅基负极材料。高镍正极+硅基负极的全新体系使得4680具有更高的质量能量密度，其单体电芯容量提升至30Ah,质量能量密度达到300Wh/kg。4680构型平衡降本与体积能量密度。4680即直径为46mm、长度为80mm的圆柱型电池。这一尺寸是基于降本和体积能量密度的平衡，相较于上一代，提升电池尺寸可以降本，但是降本幅度存在边际递减；而如电池尺寸过大则会降低车体空间的利用率，降低体积能量密度，进而影响整车续航。预计4680圆柱电池能量将提升5倍、续航里程提升16%、功率提升6倍。无极耳设计提升电池散热性及快充性能。由于电池的能量密度提升了5倍，在进行超级快充时电池产热高于前一代，特斯拉采用无极耳设计，让极片边缘的导电涂层通过集流盘与电池端盖接触，电流通过导电涂层和电池外壳到达电池外接电路。这种设计具有以下优点：1）缩短传统极耳设计中远离极耳端电子迁移路径，减小内阻；2）改善传统极耳设计中存在的电流偏移现象；3）在电池层面提升散热能力。干电极工艺优势明显，锂电池应用尚需攻关。传统合浆工艺中将活性材料、粘结剂、导电剂等粉料分散于溶剂后，将浆料涂覆于集流体并干燥。干电极技术不使用溶剂合浆，直接使用细粉PTFE粘合剂与正极粉末混合，过辊压机形成带状电极后再经层压附着于金属箔集流体形成成品电极。干电极工艺具有以下优点：1）更高的压实密度高，提升电池体积能量密度，对高镍电池材料体系的兼容性更强；2）不使用溶剂，成本较湿法工艺下降10%-20%；3）正极不使用NMP分散，更环保；该技术在超级电容器领域已经有商业应用案例。干电极技术来自于Maxwell，且之前在超级电容器领域已经有商业化应用，但尚未在锂电池领域得到验证。锂电池正负极材料比表面积较小，电极在充放电过程中有一定体积膨胀，因此对粘结性要求高于超级电容器，较差粘结性会导致极片掉粉现象，因此在锂电池应用该技术尚需攻关。三条路径实现正极升级。NCM三元材料中，Ni元素具有较高的能量密度，Co元素提升电导率并稳定结构，本身不贡献能量且成本较高，所以NCM材料的高镍低钴（甚至无钴）是其发展的主要方向。为降低Co元素的成本影响，特斯拉在其不同产品矩阵中应用不同的正极材料，探索三种放弃钴材料的思路:1）对于入门级产品和储能电站，使用磷酸铁锂体系，平衡性价比及服役寿命；2）中长续航乘用车领域，特斯拉采用自研无钴高镍二元正极，倾向于2/3镍及1/3的锰，该材料目前仍属概念阶段，但具有一定想象力；3）在其长续航里程车型及Cybertruck皮卡和Semi卡车中明确使用高镍材料，主打高能量密度，提升车辆续航里程。引入硅基负极主体材料。4680电池负极端引入硅材料，硅材料具有丰富的资源和超高的理论克容量，分为纳米硅碳和氧化亚硅两种，可以赋予电池单体更高的能量密度,硅基负极的使用可以提升整车续航20%，降本贡献5%。1.2.4680推动电池材料体系全面革新4680采用多种新型电池材料。4680电池通过构建以高镍正极+硅基负极为基本体系的电芯设计，可以显著提升电池的能量密度，大圆柱的构型对于体积膨胀过高的硅基负极材料具有天然的体系适配，同时引入高镍正极实现能量密度大幅提升，单壁碳纳米管及LiFSI的引入使得4680的快充性能也得到明显提升，4680的放量将带动多种新型电池材料的全面革新。简化电池生产流程，提升电池生产效率。特斯拉在其投资者日上披露，新一代的4680生产将采用更简短的工艺流程，进一步优化4680电池生产步骤及零部件数量，计划下降至15个零部件、21道生产工序，提升了4680电池的生产效率以加速其量产进度。1.3.高镍正极+硅基负极突破能量密度瓶颈高镍三元+硅基负极为车辆的长续航里程提供保障。《中国制造2025》中明确了动力电池的发展规划：2020年，电池能量密度达到300Wh/kg；2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。4680的能量密度可以达到300Wh/kg级别，与动力电池发展规划同频。单体电池能量密度提升取决于体系内材料性质。根据单体电池质量能量密度方程：Em=U/[1/Qc+1/Qa+minact]，提高电池的质量能量密度，需从提高电极间电势差、采用具有更高克容量发挥的正、负极材料、减少非活性组元的用量三方面入手。高镍三元材料及硅基负极材料具有更高的电极间电势差和克容量发挥，在非活性组元用量不变的情况下可显著提升单体电池的能量密度。根据中科院博士论文《高能量密度锂离子电池硅基负极材料研究》中的测算，在三元正极体系下实现300Wh/kg以上的电池能量密度，需要使用硅基负极进行适配。4680未来市场需求有望超140GWh。4680构型电池因其使用高镍硅基体系，能量密度得到大幅度提升至300Wh/kg，此前因产品良率较低一致性待改善影响其量产进度。我们预计，在2022年底实现量产后，2023-2025年经过产能爬坡，2025年市场需求可达141GWh，带来的高镍正极、硅基负极需求在2025年分别为23.3万吨和14.1万吨，2022-2025年CAGR为161%。2.核心主材提升电池能量密度2.1.硅基材料展现质的飞跃硅基材料展现质的飞跃。根据反应机理不同，负极材料可以划分为插层嵌入型材料、合金相变型材料、以及尚未有商业化应用的转化型材料。插层嵌入型材料以石墨负极材料、钛酸锂材料为代表，合金相变型材料以硅基材料、锡基材料为代表。其中人造石墨和天然石墨是目前商业化应用最广泛的负极材料，氧化亚硅和纳米硅碳是极具潜力的下一代负极材料。硅基体系具有更高的能量密度。硅材料因其高的理论容量（常温理论克容量为3580mAh/g，高温理论克容量为4200mAh/g）、环境友好、储量丰富等特点而被考虑作为下一代高能量密度锂离子电池的负极材料，主要品类纳米硅碳（Si）及氧化亚硅（SiOx）通过与石墨材料混合搭配构建硅基负极体系，具有较好的产业化应用前景。合金化反应提供更高嵌锂容量。石墨通过插层嵌入提供嵌锂能力，其碳原子通过sp2杂化在同层以共价键结合并呈六元环排列，层间以范德华力结合。锂离子不断地嵌入形成多种“阶”结构，形成系列石墨层间化合物（GIC），插层化合物按照4阶→3阶→稀释的2阶→2阶→1阶的顺序发生相变形成最终产物LiC6，对应理论容量为372mAh/g。目前商业化应用的石墨比容量已经可以达到365～370mA·h/g水平，接近其理论容量的天花板，因此，对于拥有更高比容量的硅基负极的迭代迫在眉睫。硅基负极通过一系列合金化反应嵌锂。硅基材料通过一系列合金化反应提供嵌锂能力，常温理论容量高达3580mA·h/g（Li3.75Si），高温理论容量为4200mA·h/g（Li4.4Si），嵌锂过程中伴随约300%的体积膨胀，影响电池的体积能量密度及电化学性能。膨胀率过高影响实际应用。硅基负极在反复托嵌锂过程中伴随约300%的体积膨胀，这在一定程度上影响其在电池中的电化学性能，具体表现为材料粉化、导电网络失效、首次效率低、SEI膜阻抗大且反复生成等。活性材料粉化。体积膨胀使Si颗粒本身在反复脱嵌锂过程中无法承受巨大的应力而粉化，硅颗粒的粉化现象受其颗粒直径影响，临界尺寸约为150nm；导电网络失效。膨胀会使活性物质与活性物质或者活性物质与集流体之间失去电接触，产生“离岛效应”，使得一部分活性物质处于孤立状态而不再提供容量；首次效率低。SiO首次嵌锂时不可逆的形成Li2O和Li4SiO4等惰性组分，该组分属不可逆产物，在放电过程中此部分锂不能回到正极材料中，会对正极材料中的活性锂造成消耗，相较于传统石墨负极，降低首次效率10%左右。SEI膜反复生成。硅单质表面形成SEI膜疏松且厚、不均匀分布于活性材料表面，离子阻抗高，阻碍锂离子扩散。嵌脱锂过程会使Si表面的SEI反复地破裂和生长，既不断地消耗电解液，也会大量地消耗活性锂，造成电池循环性能下降。硅基材料商业化应用需体系改进。目前负极材料企业及电池企业分别通过材料结构设计（微纳结构）、构建硅基/石墨体系与使用特殊粘结剂、预嵌锂工艺、引入一维导电剂的方式力求缓冲循环过程中硅基材料的体积变化，提升硅基体系电池的首次效率及循环寿命。微纳结构：硅颗粒的粉化现象受其颗粒直径影响，临界尺寸约为150nm。当颗粒直径高于此值时，颗粒将首先形成表面裂纹，然后由于锂化诱导应力而断裂。故将硅颗粒直径进行纳米化控制，可有效改善材料的粉化现象。新型粘结剂控制硅膨胀。由于硅材料的体积膨胀会影响电池的电化学性能，因此在硅基负极中需引入粘结性更强的粘结剂或具有自愈能力的粘结剂可控制硅基负极的膨胀，从而提升硅基电池的性能。预锂工艺。预锂化提供的额外锂源可在电池首次活化时率先作用于硅基负极表面形成SEI膜，从而降低对于正极材料活性锂的消耗。在正极侧引入首圈储锂容量较高的添加剂或过嵌锂的正极材料，负极侧引入锂箔、锂粉、预锂化添加剂或以第三电极电化学手段进行预锂化，均可提升电池首次效率及能量密度。导电通路。硅基材料体积变化较大，部分活性物质收到硅材料的影响出现“离岛效应”，为防止部分活性物质失效，保持良好的电连接，需在原体系基础上引入长径比较高的一维导电剂，构建良好的导电网络。负极主体材料之间高导电性和持久的连接可以显著提升电池的循环寿命。稳定SEI膜。电解液添加剂在首次锂化过程中对负极活性材料的SEI膜起重要作用，FEC添加剂和新型锂盐LiFSi在高镍/硅基体系电池中可以生成致密且化学性质稳定的SEI层，进而可以显著提高硅电极的循环寿命。综上，硅基负极材料体系的构建是一项系统工程，需要综合考虑基体、导电剂、粘接剂、配套电解液体系的理化性能，尽可能阻止/延缓SEI膜相关的负面作用产生/扩大。多场景化应用助力硅基负极需求提升。硅基负极在能量密度上具有先天性优势，可以显著提高电池能量密度，在3C领域及动力领域均可应用，随着动力电池应用渗透率进一步提高，对硅基负极材料的需求将一并获得提升。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）负极材料单耗稳定在1000吨/GWh；5）2025年硅基电池在动力、消费、储能领域渗透率分别达到15%/2%/3%。基于以上假设，我们预计，至2025年硅基负极材料的需求将达到29.2万吨，在动力、消费、储能领域的需求分别为280/10/3GWh，2022—2025年CAGR为141%。2.2.高镍三元是高比能电池的优选三元材料克容量优势明显。正极材料根据晶体结构可以分为三大类，层状结构以钴酸锂、三元材料为代表，尖晶石型以锰酸锂为代表，磷酸铁锂、磷酸锰铁锂则属于橄榄石结构。层状材料拥有最高的理论克容量及平均电压，一般应用于长续航里程车型中；磷酸铁锂能力密度低于层状材料，但因晶体结构稳定，因此安全性能较好，且因不含镍、钴等价格较高的元素，材料价格低于层状材料，因其具有较高的性价比占是目前装机占比最大的体系；锰酸锂材料理论能量密度最低，仅有极少量应用于低端市场。三元材料具有更高的理论容量。锰酸锂材料的理论容量为148mAh/g、磷酸铁锂的理论容量是170mAh/g，三元锂的理论容量是274mAh/g。三元正极相对磷酸铁锂、锰酸锂拥有较高对锂电压、理论容量。三元材料实际容量尚有提升空间。磷酸铁锂正极材料理论容量为170mAh/g，目前产业化已经能做到超过160mAh/g，实际值/理论值达到94%。三元材料理论容量为274mAh/g，目前三元5系和6系，克容量可以达到180mAh/g左右，实际值/理论值仅有65%。三元8系正极克容量约为200mAh/g，实际值/理论值为72%。单晶三元循环寿命更长。三元材料有多晶和单晶两种，多晶材料以微米级别的一次颗粒团聚体存在,内部存在晶界。充放电过程中，由于各向异性的晶格变化，容易出现晶界开裂，导致二次颗粒发生破碎。单晶颗粒减少晶界数量，从而减少副反应的发生，因颗粒较小可提高压实密度，从而提高体积能量密度，且单晶体系拥有更长的循环寿命，但倍率性能稍差且制备中对烧结温度要求较高，在对功率无特殊要求的常规场景下单晶化是三元材料发展的重要方向。三元高电压需兼顾实际容量及循环寿命。三元材料提高电压上限可提升材料实际容量。以5系三元为例，当充电截止电压由4.2V提高到4.4V时，正极材料放电克容量可以由158.4mAh/g提高到188.6mAh/g。所以部分电池厂采用中镍高电压的路线兼顾能量密度及材料成本。但是，充电截止电压过高，正极材料中的锂离子处于深度脱出状态，正极材料结构稳定性会变差。1）循环性能：从4.2V到4.4V，锂电池的循环性能可能会大幅下降。（2）锂电材料体系恶化：正极材料表面结构重构（形成氧化镍）、锂镍混排、过渡金属溶出、电解液氧化等。高镍低钴挑战与机遇并存。三元材料中三元素具有协同作用，其中Ni2+起到提高容量的作用；Co3+可以降低锂镍混排，提升材料电子电导率，提升倍率性能；Mn4+可以降低材料成本，提升结构稳定性和安全性。提高镍占比使得三元材料在相同电压区间内材料的实际容量上升，但是，随着镍含量的上升，材料表面活性增大给实际应用带来一些挑战，具体表现为：（1）随着镍含量上升，三元正极材料热稳定性下降。（2）循环寿命下降。相同电解液，高镍三元循环寿命可能更短。（3）高镍材料在制备与存储过程中，更容易与空气中的水和CO2反应，影响材料的加工性能和电池的电化学性能。此外，电解液的适配性会影响正极材料的性能发挥。电解液内部分添加剂在高电压下容易氧化分解，造成电池胀气；因此高镍体系对电解液适配性亦有一定要求。高镍路线得到确认，需求同步拉升。提高镍含量三元材料的理论容量上升，相较于其他路线，高镍路线具有更强的体系适配性，可以进行更快速的产品迭代。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年三元体系占全球锂电需求的40%/39%/38%/37%；5）三元材料单耗稳定在1650吨/GWh；6）2022-2025年，三元材料中高镍渗透率分别为46%/49%/51%/53%。基于以上假设我们预计，至2025年高镍正极材料的需求将达到76万吨，2022—2025年CAGR为47%。2.3.双氟磺酰亚胺（LiFSI）锂盐更契合4680电解液性能主要由锂盐来决定。电解液的作用是在电池的正极和负极之间传导离子，其品质会影响锂电池的性能、安全以及循环寿命等关键指标。电解液由溶剂、溶质和添加剂按照一定的比例配制而成，其中锂盐产品（即溶质）决定了电解液的主要性能参数，并进一步影响电池的安全性及其他性能，因此体系活性更高的高镍三元体系需要选择与之适配的新型锂盐。新型锂盐双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）性能显著优于LiPF6。LiPF6是当前应用最广的锂盐产品，但是在电导率、化学稳定性以及热稳定性等方面LiFSI拥有更好的表现，能够为电池提供更高的循环寿命以及高低温性能，预计随着三元高镍化趋势的深入以及4680电池的放量，LiPF6有望被新型锂盐产品LiFSI逐步替代。LiFSI电导率及循环保持率优于LiPF6。电导率是衡量电解液离子传导能力的指标，在锂盐浓度相同时，LiFSI的电导率明显高于LiPF6，并且其黏度较低。而在电池循环放电的实际表现中，使用了LiFSI的电池循环前后的阻抗均低于使用LiPF6的电池，进一步印证了LiFSI能够为电解液带来更强的离子传导能力，此外，在容量保持率方面，当锂盐浓度相同时，在不同的循环次数下使用LiFSI电解液的电池容量保持率基本高于使用LiPF6的电池，具有更好的循环性能。主流电解液企业积极布局LiFSI产能。目前行业中主流的锂盐企业正在大力扩建LiFSI产能，按照各公司建设周期来看，平均周期约为15-24个月。在LiFSI需求量快速提升以及成本高企的背景下，提前进行相关产能布局的企业如天赐材料、多氟多、永太科技、时代思康等将拥有较强的电解液成本控制能力。LiFSI自供带来的成本优势将持续得到强化。按LiFSI成本30万元/吨，价格35万元/吨计算，当添加比例为1%时自供比例为100%的电解液较全部外购的电解液高出1.27pct的毛利率，而当添加比例为9%时自供比例为100%的电解液较全部外购的电解液高出4.93pct的毛利率。虽然目前LiFSI添加比例较低，但随着添加比例的提升，未来LiFSI自供对于电解液企业的盈利能力的重要性将得到持续强化。LiFSI需求量迎来高速增长。高镍三元电池作为三元材料电池的主要发展方向，渗透率正在快速提高，2017年至2021年的渗透率由5%一路上升至40%。LiFSI适配高镍体系，直接作为锂盐使用的必要性得到增强，需求量有望迎来快速增长。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年三元体系占全球锂电需求的40%/39%/38%/37%；5）磷酸铁锂体系及三元体系电解液单耗稳定在1400及800吨/GWh；6）2022-2025年，LiFSI作为电解液添加剂及锂盐使用比例分别为1.5%/2%/3%/5%及4%/5%/6.5%/8%。基于以上假设，我们预计，LiFSI的总需求量在2025年预计达到33.9万吨，2022-2025年CAGR为58%。其中作为添加剂使用的LiFSI的需求量在2025年预计达到13.1万吨，作为锂盐使用的LiFSI的需求量在2025年预计达到20.9万吨。2.4.复合铜箔兼具成本及安全优势高性能电池材料带来高成本压力。动力锂电池整体朝着高能量密度的方向发展，但高镍三元材料较传统的6系三元材料和5系三元材料的成本有所上升，由此带来了原材料的成本压力，性能与成本的兼顾成为了亟需解决的问题。迎合行业发展需求，铜箔开启材料创新。锂电铜箔是锂电池最重要的原材料之一，充当负极活性物质载体的同时又充当负极电子流的收集和传输体。目前主流的铜箔产品约占动力电池总质量的14%，更薄的铜箔可以为电池带来更高的能量密度，但同时也会带来更高的成本。部分企业为解决这一难题，在铜箔产品中引入高分子材料，通过材料创新降低铜箔的重量与成本，从而进一步改善电池的性能与成本的兼顾问题。“三明治”结构带来全新变化，PET铜箔产业化在即。传统锂电铜箔由铜原料制成，而复合铜箔则是在高分子材料的表面进行镀铜，产品剖面呈现“三明治”结构，目前PET材料是主流的复合铜箔材料。得益于PET材料的低密度、低成本以及材料本身的特性，PET铜箔能为电池带来更高的能量密度、更低的材料成本和更高的安全性。使用PET铜箔可大幅降低铜箔原材料成本。传统铜箔由纯铜制备，铜成本占铜箔总成本约84%，而PET铜箔是在PET基膜表面进行镀铜，成本由PET价格和铜价共同决定，益于PET材料的低成本，PET铜箔能为电池带来更更低的材料成本。截至2023年4月10日，铜价约为6.9万元/吨，PET材料价格约为2.6万元/吨，经我们测算，6.5μm的PET铜箔较目前主流的6μm铜箔可降低62.42%的原材料成本，较目前最为先进的4.5μm铜箔可降低51.68%的原材料成本。使用PET铜箔可显著提升电池能量密度。PET材料密度约为1.4g/cm³，而铜的密度为8.96g/cm³，因此PET铜箔的单位面积质量远低于传统铜箔的单位面积质量。经我们测算，电池容量为50kWh前提下，6.5μm的PET铜箔较目前主流的6μm铜箔可提升能量密度9.64%，较目前最为先进的4.5μm铜箔可提升能量密度5.75%。断路效应保证电池安全性。锂离子电离迁移时的数量若超过负极可嵌入数量，会在负极表面产生锂枝晶，枝晶会穿透隔膜，继而造成内短路并引起热失控。PET铜箔受到穿刺时产生的毛刺尺寸较小，且铜箔中间的高分子材料层会发生断路效应从而控制短路电流不增大，从根源上杜绝电池爆炸起火的可能性。开启272亿市场新空间。PET铜箔在安全性和成本方面显著优于传统铜箔，并且能为动力电池提升能量密度，考虑到产品具备多方面的优势，我们预计PET铜箔在铜箔市场的渗透率将快速提升。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年PET铜箔渗透率分别为0/4%/10%/20%；5）PET铜箔单耗稳定在11.5㎡/kWh；6）2022-2025年，PET铜箔价格分别为6/6/5.5/5元/㎡。基于以上假设，经我们测算，2025年PET铜箔需求量为54.4亿平米，市场空间为272亿元，2022-2025年CAGR为245%。设备企业迎来新机遇。传统铜箔核心生产设备是生箔机与阴极辊。复合铜箔核心生产设备是真空磁控溅射设备和电镀设备。需先使用真空磁控溅射在PET材料表面制作金属层，再采用水介质电镀的方式将铜层加厚从而形成PET铜箔，PET铜箔的高需求量将为PET铜箔设备企业带来新的行业机遇。3.4680电池推动多个辅材环节需求提升3.1.4680为PVDF需求增长提供新动能硅碳负极的高膨胀率影响与隔膜间界面接触性。4680电池采用的硅基负极方案能够为电池提供更高的能量密度，但硅基负极存在高膨胀率的问题，材料在充放电时膨胀率达到300%以上，易导致负极极片与隔膜间接触性变差，造成电池阻抗升高，功率性能和循环寿命劣化。粘结剂PVDF提供匀浆和粘结作用。目前PVDF是主流的正极端粘结剂及隔膜涂覆层产品。4680电池通过增加隔膜负极侧的PVDF涂覆用量的方法来改善负极极片与隔膜粘结性，减少粉料脱落的问题，提升离子导电性。PVDF可控制硅膨胀。通过PVDF与聚四氟乙烯树脂的单体（TFE）使用悬浮块共聚法合成新型粘结剂PVDF-b-PTFE，该粘结剂附着于硅表面时会形成网笼，有效控制嵌锂过程中硅的膨胀。部分脱氢氟化法可以使氢化物端纳米硅晶体和PVDF发生化学交联反应，得到足够稳固的Si-C网络，为硅膨胀提供足够的空间。4680电池带动PVDF需求快速提升。据联创股份披露，4680电池中PVDF总用量将提升至8%，远高于传统三元电池1.5%和磷酸铁锂电池的3.5%PVDF用量，因此随着4680电池的快速放量，PVDF的需求量也会得到提升。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年4680对三元电池渗透率分别为0%/5%/10%/15%；5）2022-2025年,4680电池、磷酸铁锂电池、普通三元电池中PVDF单耗分别稳定在8%、3.5%、1.5%。基于以上假设，经测算得到2025年锂电级PVDF需求量为15.8万吨，2022-2025年CAGR为49%，其中4680电池带来的用量提升为1.7万吨，占锂电级PVDF总用量的10.8%。3.2.碳纳米管导电剂提升4680循环寿命碳纳米管导电剂可以提升高镍硅基电化学性能。4680电池采用高镍+硅基的体系，大幅提升电池的能量密度，但高镍三元材料中的主要电导率的钴元素比例下降，影响电池整体导电性，同时硅基负极在多次充放电后已形成硅负极颗粒化，影响电池循环寿命，因此正负极都需要添加导电剂来改善相关性能。碳纳米管导电剂在硅基负极中表现出良好的性能。碳纳米管具有很高的强度，高电导率和高长径比等理想特性。作为一维导电剂与传统零维导电剂连用可形成更好的导电网络，可以显著提升电池的循环寿命，又因其添加量较小，还能够为电池提供更高的能量密度。适配4680电池对导电性和循环性能提出高要求，市场份额有望在其带动下获得高速增长。碳纳米管加速渗透，需求量快速提升。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年三元体系占全球锂电需求的40%/39%/38%/37%；5）2022-2025年，正极材料中CNT渗透率为28%/36%/45%/55%；6）磷酸铁锂、三元、负极材料中CNT的掺混比例稳定在1.5%、1%、0.1%。基于以上假设，经我们测算，预计2025年锂电池碳纳米管的需求量为3.91万吨，2022-2025CAGR为79%。3.3.高难度焊接工艺拉升激光焊接设备需求无极耳结构焊接工艺难度大，焊接工序和焊接量有所提升。4680电池放弃了传统的双极耳结构，而是直接从正极和负极剪出极耳，通过集流盘实现无极耳结构，缩短极耳间距，提升电池功率。多极耳很难折叠整齐，因此对工艺要求很高，无极耳结构也决定了焊接方式将从传统的点焊替换为面焊，工序更为复杂，经我们测算焊接量较传统极耳结构电池提升4-5倍。激光焊接成4680电池焊接工艺的最优选择。激光焊接设备由于具有熔深深、速度快、变形小、功率密度大等优势，能够大幅提升电池焊接过程的一致性和安全性，并能降低成本，延长电池使用寿命。从焊接操作的角度来看，激光焊接受外部环境影响较小，非常适合高端精密制造，激光焊接工艺是4680电池的最优选择。动力电池装机量提升推动激光焊接需求提升。全球动力电池需求的提升可以推动激光焊接设备的需求。激光焊接设备约占动力电池投资额5%-15%，选取中位数10%，假设1）2022-2025年全球市场新增锂电需求为313/363/372/449GWh；2）每GWh动力电池投资额约为3.5亿元，经我们测算，2025年全球动力电池激光焊接新增投资额将达157亿，2022-2025年CAGR为30%。4680带动超30亿元激光焊接新增投资额。假设4680电池2022至2025年对于三元电池渗透率分别为0/5%/10%/15%，经我们测算得到2025年4680电池将会给全球激光焊接设备带来17亿元新增市场规模，2022-2025年CAGR为35%。3.4.纤体罐企业迎来新机遇4680电池与200ml纤体罐尺寸较为接近。4680电池的直径为46毫米，高80毫米，在尺寸比例上已接近易拉罐行业的纤体罐产品。纤体罐较传统易拉罐的尺寸更为细长，其中200ml纤体罐的直径为50毫米，高95毫米，与4680电池的尺寸最为接近。易拉罐设备企业可通过调整尺寸参数从而切入4680电池壳体的制造领域。新能源电池装机量需求高增推动壳体需求持续增长。电池壳体的需求总体上随着锂电池需求的提升而持续增长，考虑到锂电池朝着高能量密度的方向发展，锂电池平均能量密度将有所提升，电池结构件轻量化的趋势也将降低电池壳体的质量比重。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年，动力电池平均能量密度分别为250/280/300/320Wh/kg；5）壳体质量占比分别为19%/19%/18%/18%。基于以上假设，经我们测算，预计2025年电池壳体需求将达到133万吨，2022-2025年CAGR为28%。易拉罐企业在新能源发展的浪潮中有望凭借自身高效的结构件制造工艺，打造企业业绩增长的新动能。3.5.壳体预镀镍迎来国产替代新机会镀镍工艺保护电池钢壳。电池按照壳体材料的不同可以分为钢壳、铝壳、软包电池。其中钢壳电池拥有较高的物理稳定性及抗压力，但是在高电压下与正极材料接触后易被氧化，因此生产企业会采用镀镍的方式提高壳体的化学稳定性，而且，高温回火工艺温度较高，分子活力大，增强了壳体压力，提升壳体与电芯结合性，进一步提升电池的电化学性能。预镀镍性能优于后镀镍。根据镀镍环节所处顺序的不同，圆柱电池壳体可分为预镀镍钢壳和后镀镍钢壳。其中预镀镍工艺是一种在电池壳冲压之前对基础钢材进行镀镍，再通过高温回火处理从而让钢层和镍层之间相互扩散渗透形成镍铁合金层的技术工艺。预镀镍工艺对生产设备、电镀液配方、扩散退火温度参数以及钢带平整技术等方面拥有较高技术壁垒。但是凭借着优异的镀层均匀性可以进一步提升产品的焊接、力学以及耐腐蚀性能，在新能源汽车、高端电动工具等领域已成为行业主流趋势。预镀镍迎来国产替代新机遇。目前预镀镍产能主要被新日铁、东洋钢板等日本厂商以及韩系的TCC以及欧洲的塔塔所垄断，国内企业或迎来市场新机遇。市场格局相对稳定，全球实际市场需求约为20万吨，海外厂家目前无大规模扩产计划，所以4680电池的放量对于本土企业获取预镀镍市场份额是一次难得机遇。预计2025年预镀的需求量为36.6万吨。假设1）2022-2025年全球新能源汽车销量分别为1050/1694/2297/3007万辆，其中国内及国外销量分别为656/1050/1470/1985万辆及394/644/827/1022万辆；2）2022-2025年国内、国外单车平均带电量分别为45/46/46/47kWh及57/58/60/62kWh；3）2022-2025年储能及消费类锂电需求分别为159/238/345/321GWh及114/131/150/171GWh；4）2022-2025年，三元电池在全球锂电占比分别为40%/39%/38%/37%；5）2022-2025年，预镀镍单耗分别为1000/1000/980/960吨/GWh；6）我们预计大圆柱电池将成为未来预镀镍市场的重要支撑，预镀镍在消费电池的需求量处于逐年小幅增长的水平。基于以上假设，经我们测算，预计2025年预镀的需求量为36.6万吨，2022-2025CAGR为35.1%，呈高速增长态势。4.投资分析4.1.宁德时代：全球龙头率先布局动力电池全球龙头，连续多年全球装机量第一，具备极深的电池技术积累和极强的研发体系，在4680型号电池已规划8条共12GWh产线。预计2025年开始小批量供货BMWGen6.长期产能规划中国和德国工厂各20GWh，总计40GWh。4.2.亿纬锂能：圆柱电池深耕者迎来发展机遇公司多年深耕电池领域，早期业务为锂原电池，短时间成长为该领域龙头。2010年布局消费电池领域，在电子烟、电动工具、二轮车和TWS领域全面发力。2014年公司开始拓展动力储能电池业务，公司是少数拥有方形、软包、圆柱全封装形式产线建设和三元、磷酸铁锂材料路线全覆盖的企业，拥有优质的客户资源包括戴姆勒、宝马、小鹏等。公司布局4680电池20GWh的产能22年开始建设