相較于傳統(tǒng)的圓柱電池，4680大圓柱電池具有更高的能量密度、更大的容量、以及更穩(wěn)定的性能。未來，46系列圓柱電池憑借本身成本、性能、制造效率與安全上的優(yōu)勢，疊加下游特斯拉、寶馬、通用等車企的積極布局，動力電池市場對46系列大圓柱的需求不斷加大。預(yù)計到2025年，全球4系大圓柱動力電池需求量有望超150GWh。
一、定義及分類
圓柱電池是鋰離子電池的一種，其外形為圓柱形，由正極、負(fù)極、電解液和隔膜層組成。圓柱電池按大小大致可分為1865圓柱電池、2170圓柱電池、4680圓柱電池三類。
二、行業(yè)政策
1、主管部門和監(jiān)管體制
4680圓柱電池行業(yè)基本上遵循市場化的發(fā)展模式，各企業(yè)面向市場自主經(jīng)營，政府職能部門進(jìn)行產(chǎn)業(yè)宏觀調(diào)控，行業(yè)協(xié)會進(jìn)行自律規(guī)范。行業(yè)的主管部門是工信部，主要職責(zé)包括：提出新型工業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略和政策；制定并組織實施工業(yè)的行業(yè)規(guī)劃、計劃和產(chǎn)業(yè)政策，提出優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局、結(jié)構(gòu)的政策建議，起草相關(guān)法律法規(guī)草案，制定規(guī)章；監(jiān)測分析工業(yè)運行態(tài)勢，統(tǒng)計并發(fā)布相關(guān)信息；負(fù)責(zé)中小企業(yè)發(fā)展的宏觀指導(dǎo)，會同有關(guān)部門擬訂促進(jìn)中小企業(yè)發(fā)展和非國有經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有關(guān)政策和措施，協(xié)調(diào)解決有關(guān)重大問題等。
中國電池工業(yè)協(xié)會、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會是4680圓柱電池制造行業(yè)的自律組織，中國電池工業(yè)協(xié)會成立于 1988 年，經(jīng)國家民政部注冊批準(zhǔn)，具有法人資格，為跨地區(qū)、跨部門、跨所有制的國家一級協(xié)會。中國電池工業(yè)協(xié)會的主管部門是國有資產(chǎn)管理監(jiān)督委員會，同時接受國家民政部和中國輕工業(yè)聯(lián)合會的管理。協(xié)會主要職能為對電池工業(yè)的政策提出建議，起草電池工業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和電池產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，組織有關(guān)科研項目和技術(shù)改造項目的鑒定，開展技術(shù)咨詢、信息統(tǒng)計、信息交流、人才培訓(xùn)，為行業(yè)培育市場，組織國際國內(nèi)電池展覽會，協(xié)調(diào)企業(yè)生產(chǎn)、銷售和出口工作中的問題。中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會是經(jīng)中華人民共和國民政部注冊登記的國家一級行業(yè)協(xié)會，該協(xié)會主要業(yè)務(wù)范圍包括向政府反映會員單位的愿望和要求，向會員單位傳達(dá)政府的有關(guān)政策、法律、法規(guī)并協(xié)助貫徹落實；負(fù)責(zé)開展對行業(yè)國內(nèi)外技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和市場信息的采集、分析和交流工作，依法開展行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營統(tǒng)計與分析工作，開展行業(yè)調(diào)查，向政府部門提出制定行業(yè)政策和法規(guī)等方面的建議；組織訂立行規(guī)行約，并監(jiān)督執(zhí)行，協(xié)助政府規(guī)范市場行為，制定、修訂行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實施；協(xié)助政府組織編制行業(yè)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策；開展對行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測和評比工作。
2、國家層面相關(guān)政策
近年來，我國頒發(fā)了大量的政策，支持圓柱電池等動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，鼓勵企業(yè)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新。如2024年1月，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等四部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》，提出要加大動力電池關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在不明顯增加成本基礎(chǔ)上將動力電池循環(huán)壽命提升至3000次及以上，攻克高頻度雙向充放電工況下的電池安全防控技術(shù)。一系列法律法規(guī)及行業(yè)政策的推出，為行業(yè)的有序競爭及健康發(fā)展?fàn)I造了良好的制度環(huán)境，對進(jìn)一步擴(kuò)大市場需求、推動行業(yè)穩(wěn)定持續(xù)增長具有重要作用。
3、地方層面相關(guān)政策
在新能源汽車快速發(fā)展的背景下，圓柱電池等動力電池產(chǎn)業(yè)也受到了貴州、云南昆明等多個地區(qū)的大力支持，利好政策相繼出臺，鼓勵企業(yè)加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。2022年12月，昆明市人民政府發(fā)布的《昆明市新能源電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動方案（2022—2024年）》，提出在磷鎳錳系正極材料、硅碳負(fù)極材料、電池輔助材料等領(lǐng)域突破一批關(guān)鍵核心技術(shù)。高鎳正極、硅碳負(fù)極為4680圓柱電池重要原材料之一，一系列政策的出臺將推動高鎳正極、硅碳負(fù)極等核心原材料進(jìn)一步實現(xiàn)突破，加快4680圓柱電池量產(chǎn)進(jìn)程。
三、行業(yè)壁壘
1、技術(shù)壁壘
4680圓柱電池領(lǐng)域涵蓋了多個學(xué)科領(lǐng)域，不僅涉及電化學(xué)領(lǐng)域的各種研究成果和技術(shù)創(chuàng)新，還涉及到模具設(shè)計、結(jié)構(gòu)工程、電子設(shè)計及軟件開發(fā)等多個領(lǐng)域。4680圓柱電池產(chǎn)品作為定制化的產(chǎn)品，必須針對不同客戶的具體需求進(jìn)行研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)，因此企業(yè)必須具有深厚的綜合技術(shù)積淀。此外，大圓柱電池通常采用鋼殼作為封裝殼體，而鋰電池鋼殼的原材料鋼帶需要進(jìn)行預(yù)鍍鎳處理來增強(qiáng)耐腐蝕性，而當(dāng)前預(yù)鍍鎳環(huán)節(jié)主要被新日鐵、東洋鋼板等日本廠商所壟斷。
2、認(rèn)證壁壘
4680圓柱電池是動力電池的一種，下游應(yīng)用領(lǐng)域為新能源汽車，而車企對動力電池廠商進(jìn)入其供應(yīng)鏈體系具有嚴(yán)格的審核標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外知名企業(yè)的采購策略基本都采用合格供應(yīng)商認(rèn)證制度，通過制度化的開發(fā)、認(rèn)證與評估體系，確定企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程、管理能力、產(chǎn)品品質(zhì)等均能達(dá)到認(rèn)證要求后，才會與之建立長期、穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系。認(rèn)證主要包括企業(yè)認(rèn)證、產(chǎn)品認(rèn)證和產(chǎn)線認(rèn)證三項內(nèi)容。一般來說，車企為控制產(chǎn)品品質(zhì)和管理成本，動力電池的供應(yīng)商數(shù)量保持在少數(shù)幾家，并一旦形成合作，很難再次更換供應(yīng)商。這種機(jī)制對管理能力不強(qiáng)、生產(chǎn)控制不嚴(yán)格的市場競爭者形成了較高的進(jìn)入壁壘。
3、量產(chǎn)壁壘
4680圓柱電池最早由特斯拉在2020年9月提出，但由于電芯生產(chǎn)中的“干式涂布”工藝遲遲無法投入大規(guī)模量產(chǎn)，特斯拉4680電芯自2022年投產(chǎn)后一直都處于小批量生產(chǎn)階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，其余企業(yè)也處于小批量出貨、送樣階段。
四、發(fā)展歷程
圓柱電池最早出現(xiàn)在1991年前后，是日本索尼研制的1865圓柱電池，即直徑為18mm、長度為65mm的圓柱形鋰電池。1994年松下開始研發(fā)生產(chǎn)圓柱形鋰電池， 2008年特斯拉上市的首款車型Roadster采用了松下的1865圓柱電池，開啟了純電動車大規(guī)模使用圓柱形電池的商業(yè)化時代。2017年特斯拉與松下聯(lián)合研發(fā)的2170圓柱電池開始量產(chǎn)，并成功應(yīng)用于Model 3車型上，2170圓柱電池較1865圓柱電池能量密度與單體容量獲得了明顯提升，充電速度更快，生產(chǎn)成本更低。目前在新能源汽車應(yīng)用中，2170圓柱電池為市場最主流的電池型號。
隨著技術(shù)競爭加劇，圓柱電池亟需新突破。2019年，特斯拉申請4680大圓柱專利。2020年9月，特斯拉推出了4680圓柱電池，規(guī)格為直徑46mm*長度80mm，采用大電芯+全極耳+干電池技術(shù)，是電池形態(tài)的改進(jìn)和創(chuàng)新。根據(jù)特斯拉對外公布的數(shù)據(jù)，相較于2170圓柱電池，4680圓柱電池能量提升了5倍，充放電功率提升了6倍，續(xù)航能力增加16%。
五、產(chǎn)業(yè)鏈
1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析
4680圓柱電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原材料、生產(chǎn)設(shè)備等，正極、負(fù)極、電解液、隔膜仍是4680圓柱電池主要原材料。但與傳統(tǒng)動力電池不同，4680圓柱電池對正負(fù)極材料更加嚴(yán)苛，與高鎳正極材料、硅碳負(fù)極材料更加適配。4680圓柱電池的突破對新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義，有利于降低新能源汽車生產(chǎn)成本，提升續(xù)航能力。在“雙碳”戰(zhàn)略下，發(fā)展新能源汽車已成為全球普遍共識，全球新能源車企正不斷加強(qiáng)電池等核心技術(shù)研發(fā)，以促進(jìn)新能源汽車性能不斷提升。中國4680圓柱電池產(chǎn)業(yè)鏈如下圖所示：
