（報告出品方/作者：國海證券，李航，邱迪）
1、 電芯大型化趨勢明确，大圓柱路線前景可期
1.1、 186502170046800，圓柱電池大型化趨勢明确
動力電池根據封裝形式的不同，主要分為圓柱電池、方形電池和軟包電池。三 種形态電池中，圓柱電池以正極、隔膜、負極的一端為軸心進行卷繞，封裝在圓 柱金屬外殼之中；方形電池采用卷繞或疊片工藝制造，不同于圓柱電池，方形電 池卷繞工藝通常有兩個軸心，将正極、隔膜、負極疊層圍繞着兩個軸心進行卷繞， 然後以間隙直入方式裝入方形鋁殼之中；軟包電池是典型的“三明治”層狀堆壘結 構，由正極片、隔膜、負極片依次層疊起來，外部用鋁塑膜包裝。
圓柱電池的發展時間最長，技術最為成熟，且标準化程度較高。最早的圓柱電 池是由日本 SONY 公司于 1992 年發明的 18650 锂電池，其中 18 表示直徑為 18mm，65 表示長度為 65mm，0 表示為圓柱形電池。由于 18650 圓柱電池曆 史悠久，是以市場普及率較高，是目前市面上最為常見的電池型号，被廣泛應用 于消費電子領域。
由于圓柱電池的技術最為成熟、一緻性較好，特斯拉将圓柱電池引入動力電池 領域。2008 年特斯拉首次使用松下的 18650 圓柱電池電芯作為車輛的動力電池， 并在 Roadster 上試驗過之後，開始在 Model S 上大規模使用。為提高電芯能量 密度和降低成本，2017 年特斯拉推出了與松下共同研發的 21700 圓柱電池，并 将該電池應用在Model 3車型上。21700圓柱電池直徑為21mm，長度為70mm， 電池能量較 18650 圓柱電池提升了 50%。此後特斯拉進一步将圓柱電池向大型 化更新，2019 年特斯拉申請 46800 大圓柱專利，并于 2020 年電池日對 46800 大圓柱電池進行宣傳，46800 大圓柱采用無極耳、新型矽材料和無钴技術，較 21700 圓柱電池的性能有較大提升，預計 46800 大圓柱電池能量将提升 5 倍、 續航裡程提升 16%、功率提升 6 倍。
相較于小圓柱電池，大圓柱電池具有高能量密度和低成本優勢。圓柱電池尺寸 從 21700 更新到 46800，電芯體積增加 448%，而表面積僅增加 180%，這表明 随着圓柱電池直徑的增大，結構件品質占電池包總重量的比例下降，大圓柱電池 的電池能量密度将有所提升，進而降低電池單 Wh 生産成本。從 21700 圓柱電 池更新到 46800 大圓柱可以降低 14%的機關生産成本。電芯大型化是特斯拉降 本增效的重要手段之一，圓柱電池大型化趨勢明确。
1.2、 圓柱電池在一緻性、安全性、材料應用等方面 優勢明顯
圓柱電池制造技術較為成熟，生産效率高，産品一緻性高。由于圓柱電池在鎳 氫電池和消費類電子産品（3C）锂離子電池上得到了長期的應用，業界積累了 大量的生産設計經驗，是以有較為成熟的自動生産線及裝置。此外，圓柱電池是 以卷繞的方式進行制造，卷繞工藝可以通過加快轉速進而提高電芯生産效率，而 疊片工藝的效率提高受限，圓柱電池生産效率較高。在卷繞過程中，為保證電芯 組裝成的電池具有高一緻性，需要對卷繞張力進行控制，張力波動會使得卷繞出 的電芯産生不均勻的拉伸形變，嚴重影響産品的一緻性。目前國内領先企業圓柱 電池張力波動控制在 3%以下，大批量生産的圓柱電池産品一緻性高。
受益于圓柱電池熱失控傳播阻斷特性、密封性好和産品一緻性高，圓柱電池在 安全性方面優勢明顯。由于方形、軟包電池具有平直表面，其組成模組後平面常 處于緊密接觸狀态，在熱失控時，側向方向上熱量傳遞明顯，而圓柱電池由于其 弧形表面，在充分接觸時仍存在較大間隙，一定程度上抑制了電池之間熱量傳遞， 是以圓柱電池可以在一定程度上阻止熱失控蔓延。同時，由于圓柱電池單體能量 低，可以減少熱失控蔓延初期的能量釋放總量，且圓柱電池的密封性較軟包好， 不易發生漏液現象，是以圓柱電池在安全性方面優勢明顯。此外，圓柱電池一緻 性高，可以一定程度上避免由于電池不一緻導緻的過充、過放和局部過熱的危險。
受益于圓柱結構體本身的材料力學性能，圓柱電池和高鎳材料、矽碳負極材料 相容性良好，對材料應用具有包容性。為提高電池能量密度，高鎳正極材料和矽 碳負極材料被應用到電池材料體系，但高鎳材料較差的熱穩定性和矽碳材料較高 的體積膨脹率對動力電池的安全性帶來了考驗。相較于方形電池和軟包電池，圓 柱電池結構體本身強度更高，對矽碳負極膨脹的容忍度較高，且圓柱電池的熱失 控傳播阻斷特性可以在一定程度上彌補高鎳材料熱穩定性差的缺點，是以在應用 高鎳材料和矽碳負極材料方面，圓柱電池優勢明顯。
1.3、 受益于大圓柱電池的高成組效率、低 BMS 難 度和高電壓平台适配性，大圓柱電池路線前景可期
圓柱大型化可以提高成組效率，彌補小圓柱電池成組效率低的不足。根據钜大 锂電資料，目前行業内圓柱形電池的模組成組效率約為 87%，系統成組約為 65%， 而方形電池則分别為 89%和 70%，圓柱電池成組效率較低。圓柱電池直徑變大 後，動力電池支架闆和集流片的孔徑變大，相應重量減輕，此外，動力電池包中 電芯數量的減少可以減少結構件用量，在提高電池能量密度的同時提高成組效率。
圓柱路線對車企的 BMS 技術要求較高，大圓柱路線可降低 BMS 控制難度。單 體圓柱電芯容量小，要達到一定的動力性能，需要的電芯數量衆多。一款 75KWh 的電動車動力電池組大約需要 7000 個 18650 電池，即使是 21700 電池也需要 4400 個，對 BMS 提出極高要求，對于在 BMS 領域積累薄弱的車企來說難度較 大，而換成 46800 電池僅需要 950 個電池，所需電池數量顯著減少，進而降低 BMS 控制難度。是以，大圓柱路線可降低車企對中遊電池企業的技術依賴程度。
46800 電池無極耳設計縮短電子傳輸路徑，進而降低電池内阻。極耳是從電芯 中将正負極引出來的金屬導電體，是電池在進行充放電時的接觸點。傳統圓柱電 池通過單極耳來實作電流收集，由于電阻的存在，電池在充放電的過程中，特别是大電流充放電的過程中會産生顯著的歐姆熱，引起電池溫度的升高，随着電芯 尺寸的變大，卷繞長度更長，會加劇内部電流和溫度分布的不均勻性，在極耳處 産生局部高溫。為降低電池内阻，減少充放電過程中歐姆熱，特斯拉對 46800 大圓柱電池采用無極耳技術，即整個集流體都變成極耳，導電路徑不再依賴極耳， 是以無極耳技術也稱全極耳技術。無極耳技術将電子的傳輸路徑從沿極耳到集流 盤的橫向傳輸變為集流體縱向傳輸，将電子傳輸路徑平均長度從銅箔長度 （21700 電池銅箔長度約 1000mm）降低到電池高度（80mm），進而将電池内 阻降低一個數量級。
大圓柱無極耳電池設計保證了電池充電效率。英國帝國理工大學的 Shen Li 等人 通過模拟仿真對單極耳電池和無極耳電池進行充放電過程發熱對比，計算得到無 極耳設計能夠有效的降低局部的電流密度，且産熱速率要比單極耳電池低兩個數 量級。研究表明無極耳設計可以減少大圓柱電池在充電過程中的産生的熱效應， 進而保證大圓柱電池的一緻性、安全性和充電效率。
受益于大圓柱電池内阻小、一緻性高，大圓柱電池和高能量密度材料及高電壓 快充系統适配度高。為解決消費者“裡程焦慮”問題，大部分廠商通過增加電池 容量提升續航裡程、增加充電速度減少充電時間這兩種方式解決該問題。為增加 電池容量，需使用能量密度更高的高鎳正極材料和矽碳負極材料；為減少充電時 間，需要提高電動車充電功率，即通過提高充電電流或提高充電電壓來增加充電 速度，而在功率相同的情況下，提高電壓可以減少線路電流，進而減少能量損失。 由于高能量密度材料和快充都容易在充電時産生析锂、膨脹等副反應，是以一般 情況下高能量密度材料和快充系統不能相容。目前電動汽車普遍使用的是 400V 電壓系統，由于單個锂離子電池電壓隻有 3~4V，是以需要 100 個左右電池串聯 才能達到 400V 電壓要求，而 800V 高電壓快充系統則需要 200 個左右電池串聯， 800V 高電壓快充系統對電池一緻性提出了更高的要求。由于大圓柱電池具有内 阻小的特點，同時兼具圓柱電池自身一緻性高、對高能量密度材料相容的優點， 是以大圓柱電池可以相容高能量密度材料和高電壓快充系統。（報告來源：未來智庫）
2、 電池環節：電池廠商布局大圓柱電池，大圓柱多重優勢助力圓柱份額提升
2.1、 動力電池行業集中度高，國内外技術路線布局有所差異
動力電池行業集中度有所提升，2021 年中日韓企業市占率超過 90%。根據 SNE Research 和起點研究統計，動力電池行業 CR3 由 2017 年的 45.9%提升至 2021 年的 65.1%，CR5 由 2017 年的 58.3%提升至 2021 年的 79.5%，行業集中度大 幅提升。2021 年全球動力電池企業裝機量前 10 名均為中日韓企業，占整體裝 機量的 91.2%，中國、日本、南韓企業數量分别為 6 家、1 家和 3 家。
國内外電池廠商對圓柱、方形、軟包三種技術路線布局有所差異。日本企業以 圓柱路線為主，1998 年松下生産的 18650 圓柱電池已經批量裝配在世界多個品 牌的筆記本電腦裡，由于松下對圓柱電池的技術積累較多，松下與特斯拉合作， 共同開創了圓柱形锂電池應用在純電動汽車上的時代。南韓企業 LG 化學和 SKI 以軟包路線為主，LG 化學依靠在消費類電子的軟包電池領域的積累，将軟包電 池應用到電動汽車上，軟包電池由于其體積和形狀的靈活多變性，尤其受到插電 式混合動力車的偏愛。國内企業在剛起步時，考慮到日本和南韓分别在圓柱和軟 包電池的技術積累，且圓柱電池非常考驗車企電池管理水準，軟包電池的鋁塑膜 國産化率低，是以以甯德時代和比亞迪為首的國内企業以方形路線為主。
2017 年至 2020 年，國内圓柱電池市場佔有率大幅下降，海外市場佔有率略有下降。 從國内市場看，2017 年後受補貼退坡影響，初期配套圓柱電池的短續航低端車 型無法得到補貼，圓柱電池市場佔有率從 2017年的27.2%下降至 2020年的 9.7%， 其市場佔有率主要被方形電池所取代，在此期間，以圓柱路線為主的比克、沃特瑪 等企業破産倒閉。從全球市場看，受歐洲新能源車滲透率快速提升的影響，海外 軟包電池出貨量增加，擠占一定圓柱電池市場佔有率，圓柱電池市場佔有率從 2018 年的 29%下降至 2020 年的 23 %。
電池企業加速布局 46800，大圓柱電池産能即将放量。為滿足大圓柱電池需求 量，除特斯拉自己的電池工廠布局 46800 外，國内外電池廠商也加速擴産布局 46800：海外企業松下和 LG 化學正在進行産品設計與研發以期達到特斯拉的要 求；國内電池企業億緯锂能、甯德時代、比克等也在積極布局相關技術。目前來 看，僅有特斯拉電池工廠和松下可以在 2022 年逐漸量産大圓柱電池，億緯锂能 和 LG 化學計劃于 2023 年實作量産。
46800 大圓柱電池的放量有望成為圓柱份額提升的重要支撐。根據特斯拉電池 日官方材料，如果未來 46800 電池成功量産，從 21700 電池更新到 46800 電池 可以降低 14%的機關生産成本，縮小三元電池和磷酸鐵锂電池之間的成本差距， 大圓柱電池将憑借高成本效益，對現有電池結構體系産生影響。未來在大圓柱電池 持續技術優化的背景下，我們預計 2025 年圓柱動力電池全球占比有望達到 27%， 圓柱動力電池需求量将達 318.2 GWh。（報告來源：未來智庫）
3、 材料環節：大圓柱電池需求增加，有望提升高能 量密度材料應用潛力
3.1、 高鎳正極：圓柱大型化趨勢下迎高鎳擴産高峰， 一體化布局鑄就高鎳正極材料龍頭
3.1.1、 高鎳材料能量密度優勢明顯，裡程需求驅動 NCM811 占比提升
正極材料是锂離子電池的重要組成部分，決定整個電池的性能，其成本約占電池 的 30%-40%。目前常見的正極材料有钴酸锂、錳酸锂、磷酸鐵锂和三元材料。 三元材料一般為鎳钴錳酸锂（NCM），由于鎳、钴、錳元素均在元素周期表第四 周期的相鄰位置，離子态的化學性質及半徑相似，能夠按照任意比例形成固溶體， 是以可以通過調整材料中鎳钴錳元素的比例來選擇性的放大材料某方面的優點， 來滿足不同電池性能要求：
（1）鎳元素：充放電過程中的氧化還原反應主要依靠鎳元素的變價，是以正極 材料中鎳元素的含量決定了電池的能量密度，但是過高的鎳元素比例又會導緻嚴 重的陽離子混排現象（指在放電時锂離子大量脫出的時候，受到外界因素作用， 二階 Ni 離子占據 Li 離子晶格中位置的現象），影響材料性能；
（2）钴元素：钴元素能夠抑制陽離子混排，穩定層狀結構，起到提升電導率降 低阻抗的作用，但是钴元素存在價格昂貴等問題；
（3）錳元素：錳有良好的電化學惰性，使材料始終保持穩定的結構，并且廉價 的錳也能夠起到降低電池成本的作用，但錳含量過高會對層狀結構産生一定破壞。
在三元正極材料中，行業主流的 NCM 型号包括 523、622 和 811 三種型号，高 鎳正極通常指鎳相對含量在 0.6 以上的材料型号。随着鎳含量的升高、钴含量的 降低，三元材料的能量密度逐漸提高，但材料的容量保持率和熱穩定性都會降 低，氧氣析出現象會更加明顯。目前，正極材料廠家主要通過離子摻雜和表面包 覆來對高鎳三元材料進行改性，進而改善高鎳 NCM 和 NCA 的性能：
（1）離子摻雜：高鎳三元材料的離子摻雜一般選擇離子半徑相近的離子進行摻 雜，分布在晶格内的摻雜元素起到支撐柱的作用，進而降低了循環過程中晶格體 積縮小的風險，是以通過引入離子可以穩定層狀結構，改善材料的電化學性能， 尤其是熱穩定性；
（2）表面包覆：表面包覆可以抑制材料在充放電過程中晶型的轉變和過渡金屬 的溶解，改變材料表面化學特性進而提高其電化學性能，避免或者減少電解液與 正極材料的直接接觸，防止電極過渡金屬的溶解；同時，包覆層作為導電媒體可 以促進顆粒表面的 Li 離子擴散，進而改善容量保持性能、倍率性能和熱穩定性； 此外，高鎳 NCM 正極材料存儲條件要求較高，當高鎳三元材料暴露于潮濕環境 中時，材料表面容易吸收空氣中的水和二氧化碳，生成 LiOH 和 Li2CO3等雜質， 嚴重影響其電化學性能，包覆改性可以在大規模生産時減少正極材料與空氣的接 觸，延長存儲壽命；常用的表面包覆劑有氧化物、磷酸鹽、锂鹽和導電材料等。
裡程需求驅動高鎳材料占比持續提升。為解決消費者“裡程焦慮”問題，廠商通 過增加電池容量提升續航裡程，高鎳三元材料具有能量密度高的特點，具備續航 裡程優勢，高鎳正極在三元材料中的占比快速提升。根據 GGII 資料，國内 NCM811 在三元材料中的占比從 2018 年的 11.5%提升至 2020 年的 24%。根據 鑫椤資訊資料，2021 年 8 月國内 NCM811 滲透率達到 41%，随着 2021Q4 頭 部企業高鎳産能的釋放，鑫椤資訊預計 2021 年大陸高鎳材料（NCM811 和 NCA） 的滲透率有望達到 40%。2021 年 11 月 18 日國家工信部釋出《锂離子電池行業規範條件（2021年本）》（征求意見稿），《規範》要求三元材料比容量≥175Ah/kg， 5 系和 6 系 NCM 三元材料比容量不滿足規範要求，而 8 系 NCM 和 NCA 高鎳 三元材料滿足此要求，國家政策規範有利于高鎳材料占比的進一步提升。
3.1.2、 高鎳三元與圓柱電池優缺點互補，高鎳大圓柱電池優勢明顯
锂電池的熱失控主要是由電池内部溫度上升導緻。電池産熱是電池工作過程中的 必然産物，若電池的産熱速度比熱釋放即熱擴散速度要快，則會引起電池内部溫 度上升。電池過充、隔膜缺陷導緻的短路和外部沖擊導緻的短路等均會産生大量 的熱，使電池溫度上升。當這些熱量不能及時疏散，便會加劇反應的進行，并引 發一連串的自加熱副反應，正極材料副反應會加劇熱量釋放并産生氧氣，電池溫 度急劇升高，發生熱失控，最終導緻電池的燃燒，嚴重時甚至發生爆炸。
随着三元材料中鎳含量的增加，電池熱失控風險增加。研究結果顯示，NCM811 的熱失控起始溫度為 163.0°C，比 NCM622 的熱失控起始溫度低 22.5°C，且 在 150-200°C 的溫度範圍内，NCM811 的升溫速率遠高于 NCM622。此外， 在 100% SOC 情況下 NCM811 在放熱峰處的放熱量是 NCM622 的三倍。研究 表明，高鎳材料的熱穩定性更差，高鎳材料可以在相對更低的溫度下引起熱失控， 且熱失控時放熱量更高，這将導緻電池熱失控風險增加。
充電過程中，電池一緻性低将導緻過充電，進而引起熱失控。在電池充電至特 定 SOC 過程中，電池的不一緻性會導緻充電前 SOC 不同，具有高初始 SOC 的 電池在充電過程中會被過度充電。過度充電首先會導緻正極界面處的電解質分解， 導緻電池溫度緩慢增加，随後過量的 Li 離子從正極脫嵌，導緻正極材料不穩定 并産生氧氣，過量的 Li 離子沉積在負極上形成锂枝晶，锂枝晶逐漸生長并刺破 隔膜導緻電源短路發熱，引發熱失控和安全事故。
受益于圓柱電池熱失控傳播阻斷特性和産品一緻性高，大圓柱電池與高鎳三元 正極材料适配性高。圓柱型電池采用相當成熟的卷繞工藝，自動化程度高，且産 品一緻性高。圓柱形特有的弧形表面使其在充分接觸時仍存在較大間隙，可以在 一定程度上抑制了電池之間熱量傳遞。是以，圓柱電池在一緻性和散熱性能方面均優于方形電池和軟包電池，圓柱電池在應對熱失控方面具有優勢，将高鎳三元 材料應用在圓柱電池可以彌補高鎳三元材料熱穩定差的缺陷。此外，大圓柱電池 特有的無極耳設計可以減少大圓柱電池在充電過程中的産生的熱效應，進一步避 免高鎳三元锂電池熱失控的發生。高鎳三元材料應用在大圓柱電池中可以充分 發揮兩者的優勢，高鎳三元材料的高能量密度可以彌補圓柱電池成組效率低導 緻的比容量低的缺點，大圓柱電池的高一緻性和熱失控傳播阻斷特性可以彌補 高鎳三元材料熱穩定性差的缺點。
3.1.3、 大圓柱放量提升高鎳材料需求，三元前驅體和正極材料龍頭企業受益
大圓柱電池放量将提升對高鎳材料的需求，2025 年大圓柱電池對高鎳正極的需 求量将達到 26.1 萬噸。特斯拉自 2012 年起采用松下的 NCA 電池，此後電池正 極鎳含量不斷提升，目前松下 21700 電池正極鎳含量達到 80%。2021 年 7 月， 特斯拉首次使用 LG 化學生産的新型 NCMA 電池，該電池正極鎳含量已提升至 90%。對大圓柱電池對高鎳三元正極需求影響進行測算，參照 21700 對 18650 的替代速度，假設 2022 年圓柱電池以 21700 為主，2023 年以後 46800 逐漸替 代 21700，預計 2025 年大圓柱電池滲透率達到 54.7%。假設大圓柱電池均采用 NCM8 系、NCM9 系或 NCA、NCMA 等高鎳正極，則 2025 年大圓柱電池對高 鎳正極的需求量将達到 26.1 萬噸，是 2020 年全球高鎳正極需求量的近 3 倍。 在 2025 年高鎳電池三元正極需求量中，有近 45%的高鎳正極将用于大圓柱電池， 大圓柱電池放量将大幅提升高鎳材料需求。
三元前驅體：高鎳化利好一體化布局前驅體企業
三元正極材料産業鍊涉及環節較多，産業鍊結構較為複雜。NCM 三元産業鍊上 遊主要為鎳、钴、錳、锂與其他輔料供應商，中遊為前驅體與三元正極材料制造 商，下遊為锂電池生産廠商以及應用層面的電動汽車、3C、儲能等領域。其中， 前驅體環節是正極材料産業鍊的關鍵環節，以 NCM811 三元正極材料為例，前 驅體占據正極總成本的 60%左右。三元前驅體是鎳钴錳/鋁氫氧化物，通過與锂 源（高鎳正極材料一般采用氫氧化锂；低鎳、中鎳正極材料一般采用碳酸锂）混 合後燒結制成三元正極。三元前驅體的上遊産業鍊條較長，以鎳資源為例，從最 前端的原生礦（硫化礦、紅土鎳礦）經冶煉加工成為鎳中間品（高冰鎳、MHP、 MSP）再到硫酸鎳，最後加工為前驅體。
國内三元前驅體行業集中度較高，2020 年 CR5 達到 65%。在全球動力電池市 場需求持續旺盛的背景下，三元正極需求增加，帶動三元前驅體行業不斷擴張， 據鑫椤資訊統計，2021年國内三元前驅體總産量為62.06萬噸，同比增長82.3%。 目前國内三元前驅體行業集中度較高，據 GGII 統計，2020 年國内三元前驅體 市場佔有率前五分别是中偉股份、邦普、格林美、華友钴業和佳納能源，市占率分 别為 21.8%、15.5%、12.1%、11.2%和 4.5%。
随着正極高鎳化，鎳在三元前驅體成本中占比提升，将利好一體化布局的三元 前驅體企業。從前驅體成本結構看，硫酸钴、硫酸鎳等硫酸鹽原材料成本占比較 高，以華友钴業生産的三元前驅體為例，硫酸鹽原材料成本占比達 87%。随着 正極鎳含量的增加，單噸前驅體硫酸鎳使用量增多，硫酸鎳的成本占比将提高。 在高鎳化趨勢下對上遊鎳資源的需求将增大，導緻鎳供應緊張，價格大幅度上漲。 根據鑫椤資訊，截至 2022 年 3 月 23 日國産電池級硫酸鎳價格為 4.85 萬元/ 噸，較 2021 年年初的 2.95 萬元/噸上漲 64.4%，硫酸鎳的成本占比提升和鎳源 價格的提升使得前驅體企業對于一體化的意願得以強化。通過一體化布局産業鍊 上遊冶煉業務，将上遊硫酸鎳等原材料供應納入生産環節，能夠充分發揮産業鍊 協同效應，保證材料穩定供應和品質保障，以更低成本擷取原材料并提升三元前驅體材料性能，進而增強企業的成本優勢和盈利能力。目前，前驅體龍頭企業中 偉股份、邦普、格林美和華友钴業均布局了鎳冶煉産能，一體化布局将強化龍頭 企業成本優勢，行業集中度有望提升。
三元正極材料：高鎳化提高技術壁壘，具有技術儲備的正極企業具備發展潛力
大陸三元正極材料市場格局相對分散，高鎳化有望促使行業集中度提升。由于 大陸動力電池領域處于需求快速增長階段，三元正極材料企業擴産較強，競争較 為激烈，導緻行業相對分散。根據鑫椤資訊統計，2021 年大陸三元正極市場 CR5 為 53%，5 家頭部企業的市占率均在 10%左右，沒有出現絕對領先的龍頭企業。 随着三元正極向高鎳化發展，由于高鎳材料的技術壁壘較高，三元正極行業出現 明顯的集中趨勢，2020 年 1-10 月國内高鎳正極材料市場的 CR2 和 CR5 分别為 56%和 84%，高鎳三元正極材料市場龍頭優勢明顯。
高鎳三元正極加工難度大，技術壁壘高。三元正極以三次燒結工藝為主，由三元 前驅體和氫氧化锂混合後燒結制成。相對于 NCM523 等正常三元正極材料，高 鎳三元正極材料的制備工序相對更為複雜，對裝置要求更高，且技術難度更大：
（1）混合工序難點：由于氫氧化锂與高鎳三元前驅體的粒度和密度大小差異較 大，是以實作固相均勻混合難度較大；此外，氫氧化锂含有結晶水，在混合過程 中摩擦放熱造成氫氧化锂脫水，部分氫氧化锂會生産團聚，影響混合效果；傳統 高混機在使用前驅體與氫氧化锂混合時，無法将氫氧化锂分散混合均勻，提高轉 速又容易破壞三元前驅體顆粒，是以，高鎳三元生産過程中對混合機要求較高；
（2）燒結工序難點：由于高鎳三元材料中的二價鎳難以氧化成三價鎳，必須在 純氧氣氛中高溫合成，是以窯爐材質必須耐氧氣腐蝕；此外，高鎳材料使用氫氧 化锂做锂源進行高溫合成，氫氧化锂容易揮發且堿性很強，需要窯爐材質有較強 的耐堿腐蝕性；
（3）水洗工序難點：高鎳三元材料的表面殘堿含量過高，會給材料電化學性能 帶來許多負面影響，國内廠家普遍采用水洗和在較低的溫度二次燒結工藝來降低 高鎳正極表面殘堿含量；由于高鎳三元材料表面對濕度敏感，是以水洗過程中固 液比、水洗時間、攪拌強度、過濾時間與幹燥過程均很難控制，如果處理不好， 之後的三元材料容量與循環性能明顯下降而達不到動力電池的使用要求。
龍頭企業擴産加速，高鎳化有望助力具備技術儲備的企業進一步提高市占率。 由于高鎳三元正極材料對前驅體制備、燒結工藝和過程控制以及生産環境的要求 苛刻，是以正極材料企業除了對于持續研發能力要求很高以外，對核心生産裝置 的各項性能和産線設計的細節要求同樣較高，是以對于新進入者而言，無論是材 料的配方設計還是關鍵裝置的選型或工藝細節設計均構成較大的挑戰。此外，由 于高鎳三元正極材料對安全性能的苛刻要求，高鎳三元正極材料廠商需要滿足的 客戶認證要求遠高于普通三元正極材料，高鎳三元正極産品具有較高的客戶粘性。 在高鎳正極需求大幅增加的背景下，具有量産能力且通過客戶認證的容百科技、 天津巴莫、當升科技、振華新材加速擴産高鎳正極，預期 2023 年國内高鎳正極 産能突破 50 萬噸，較 2020 年年末産能提升近 370%，三元正極行業集中度有 望進一步提升。
3.2、 矽基負極：矽基負極需求向上，商業化程序有望加速
3.2.1、 石墨負極接近理論比容上限，高比容矽材料備受關注
目前負極材料以石墨為主。锂離子在正極和負極之間的穿梭形成了锂離子電池作 為電源工作的基礎。是以，負極的锂離子插入能力是決定锂離子電池性能的主要 因素，其脫嵌锂電壓和比容量對電池能量密度影響較大。目前商業化的負極材料 主要碳基材料（天然石墨、人造石墨和無定形碳）、矽基材料和钛酸锂。其中石 墨材料由于其具有導電性能好、體積膨脹小、循環穩定性好等優點，用途最為廣 泛：人造石墨主要用于大容量的車用動力電池和倍率電池以及中高端電子産品锂 離子電池；天然石墨主要用于小型锂離子電池和中低端電子産品锂離子電池。目 前動力電池負極材料以石墨為主，據 GGII 統計，2021H1 人造石墨和天然石墨 負極出貨量占比分别為 85%和 14%，石墨負極出貨占比達到 99%。
石墨材料負極接近理論比容量上限。目前高端石墨負極材料比容量已達到 360-365mAh/g，接近其理論比容量最大值 372mAh/g。随着新能源汽車對續航 能力要求的不斷提高，為進一步提升電池能量密度，需要開發出具有更高比容量 的負極材料，具有高比容量的矽元素受到研究人員的關注。
矽材料理論比容量是石墨材料的十餘倍，受限于體積膨脹率高和 SEI層不穩定， 矽基負極商業化程度低。矽在自然界分布很廣，在地殼中占比約 26.3%，僅次 于氧。锂離子嵌入過程中形成矽锂合金 Li22Si5 相，對應的理論容量是天然石墨 的十多倍，同時矽的電壓平台為 0.4 V 左右，在充電過程中不存在析锂隐患，大 大提高了锂離子電池的安全使用性能。雖然矽材料具有極高的理論比容量、儲量 豐富等諸多優勢，但是矽材料作為锂離子電池負極材料在嵌锂過程中所面臨的體 積膨脹引起的材料粉化、SEI 層反複再生、導電性較差等問題嚴重阻礙了矽負極 材料的商業化應用：
（1）材料粉化與電極破壞：矽在充放電過程中會發生巨大的體積膨脹效應，嵌 锂生成 Li-Si 合金的體積膨脹率高達 320%，這種不斷收縮膨脹會造成矽負極材 料産生裂紋直至粉化，破壞電極材料與集流體的接觸性，使得活性材料從極片上 脫離，引起電池容量的快速衰減；其次，膨脹在電池内部會産生很大的應力，對 極片形成擠壓，随着多次循環，極片存在斷裂的風險，且這種應力還可能造成電 池内部孔隙率的降低，減少锂離子移動通道，造成锂金屬的析出，影響電池安全 性；
（2）不穩定的 SEI 層：嵌锂過程中，電解質會發生分解并沉積在矽表面形成 SEI 膜，由于脫嵌锂過程中矽體積的持續變化，暴露在電解液中新的矽表面 SEI 膜厚度持續增加，持續生長的 SEI 膜會不斷地消耗來自正極的锂和電解液，最 終導緻電池的内阻增加和容量的迅速衰減；
（3）導電性較差: 矽的導電性能較差，在高倍率下不利于電池容量的有效釋放。
廠家通過預锂化技術、納米化技術和複合材料技術來提升矽基負極的電化學性 能，以加速矽基負極的商業化程序：
（1）預锂化技術：運用預锂化技術能有效補償矽負極在首次循環過程中由于 SEI層不穩定導緻的活性锂損失，提高電池的首次庫倫效率、能量密度以及循環壽命； 穩定金屬锂粉（SLMP）是一種在商業生産中應用最廣泛的預锂化試劑；
（2）納米化技術：納米材料表面的原子也具有更高的平均結合能，是以，納米 材料可以在體積膨脹過程中更好地釋放應力，矽顆粒的納米化可以有效緩解矽脫 嵌锂過程中的體積膨脹；但是其較大的比表面積會加劇矽表面 SEI 層的形成， 且細小的納米顆粒容易發生團聚而加快容量的衰減，故通常引入碳材料，設計出 低維化的納米矽管矽碳複合材料；
（3）矽碳複合技術：通過在矽顆粒表面包覆碳材料可以有效緩沖循環過程中的 體積膨脹，此外碳可以增加顆粒的導電性，碳的多孔結構有利于锂離子和電子在 矽顆粒和電解液之間的快速傳輸；
（4）氧化亞矽複合材料：氧化亞矽在首次循環過程中與锂離子反應生成 Li4SiO4、 Li2O 以及納米矽顆粒，Li4SiO4和 Li2O 可以有效地緩解矽顆粒的體積效應。
特斯拉全新生矽材料有望促進矽基負極推廣。特斯拉在電池日公布全新生矽負 極，通過增加高彈性的離子聚合物塗層以重新穩定矽材料表面結構，提升電池的 穩定性和安全性。生矽負極可以提高電池 20%的續航裡程，并推動電池成本降 低 5%。生矽負極技術有望将制造成本降至 1.2 美元/kWh，成本大幅度降低有望 促進矽基負極的推廣。
3.2.2、 矽基負極适配大圓柱電池，矽基負極規模商業化程序加速
目前商業化矽基負極主要應用于圓柱電池，大圓柱電池放量将提升矽基負極需 求量。納米矽碳和氧化亞矽是目前商業化程度最高的兩種矽基負極材料，矽基負 極材料是按一定比例（5%-10%）摻雜在石墨中進行應用。由于方形電池和軟包 電池對膨脹非常敏感，是以矽基材料仍難以應用在這兩類電池上，目前矽基負極 主要應用在結構體本身強度更高的圓柱鋼殼電池上。特斯拉通過在人造石墨中加 入矽基材料，已在部分車型上采用矽碳負極作為動力電池新材料，未來随着特斯 拉大圓柱電池放量，矽基負極需求量将大幅度提升。
較石墨負極材料而言，矽基負極材料的制備工藝複雜，擁有較高技術門檻。矽 碳負極材料是将納米矽與基體材料通過造粒工藝形成前驅體，然後經表面處理、 燒結、粉碎、篩分、除磁等工序制備而成的負極材料；矽氧負極材料是将純矽和 二氧化矽合成一氧化矽，形成矽氧負極材料前驅體，然後經粉碎、分級、表面處 理、燒結、篩分、除磁等工序制備而成的負極材料。為確定産品具備高一緻性、 高安全性、高循環性和低膨脹性，大規模生産存在一定困難，且各家工藝均不同， 目前沒有标準化工藝。目前采用較普遍的制備方法主要有化學氣相沉積法、溶膠 凝膠法、高溫熱解法、機械球磨法。高難度的生産工藝和産品批量制備能力是進 入矽基負極材料領域的主要門檻。
國内企業加速布局矽基負極，規模商業化程序加速。矽基負極在日本起步較早， 該材料在日本已經得到批量使用，日本松下公司釋出的 NCR18650C 型電池的 容量高達 4000mAh/g，并于 2013 年量産，此外日立、信越、三菱均已實作矽 碳負極的量産。目前，國内僅有少部分企業實作了量産，大部分仍然處于中試或 者實驗階段。研發或生産矽基負極的企業主要有：負極企業如杉杉股份、璞泰來、 凱金能源等；校企合作的團隊如天目先導、新安股份等；跨界進入負極領域的企 業如國軒高科（電池企業）、石大勝華（電解液企業）、矽寶科技（化工材料企業） 等。
3.3、 LiFSI：大圓柱帶動 LiFSI 需求提升，國内企業 大規模布局加速
3.3.1、 LiFSI 性能優勢明顯，高鎳化助力提升 LiFSI 需求
電解液是锂電池四大關鍵材料之一， 其主要成分為有機溶劑、電解質锂鹽和添 加劑。锂鹽是電解液的關鍵部分，锂鹽的選擇對電池的容量、能量密度、功率密 度、工作溫度、循環性能及安全性能均有較大影響，是以優質锂鹽需要具備高離 子導電性、高溶解度、低結晶點、高穩定性、SEI 成膜能力、強抗水解能力和對 鋁箔鈍化等特質：
（1）高離子導電性：高電導率的電解液可迅速傳導锂離子，提高充放電效率； 由于锂鹽在溶液中溶解伴随着锂鹽中陰陽離子的解離, 形成溶劑化的溶液結構， 是以低解離能保證锂鹽溶解後形成的電解液具有較高的電導率, 進而實作電池 的高倍率；
（2）高溶解度：高溶解度保證電解液中具備足夠的锂離子進行傳輸；
（3）低結晶點：低結晶點可以避免锂鹽在電池工作的溫度範圍内發生結晶析出， 可以避免電解液電導率驟降的風險，進而保證電池在低溫環境下可以正常工作；
（4）高穩定性：锂鹽應具有較好的熱穩定性、化學穩定性和電化學穩定性，當 電池在高壓、高溫下工作時, 锂鹽不會與其他組分發生反應（形成 SEI 層過程除 外）；
（5）具有SEI成膜能力：電極表面在首圈循環後會形成一層固态電解質膜（SEI）， 這層鈍化膜能夠允許锂離子而阻擋電子通過, 并阻止電解液的連續消耗, 對電池 循環穩定性具有重要意義，是以良好的 SEI 成膜性能可保證後續循環過程中電 解液不會被持續消耗；電解液中锂鹽和添加劑成分均會影響 SEI 層的性能和穩 定性；
（6）強抗水解能力：有些锂鹽的陰離子與水接觸會後會發生水解（尤其是在高 溫和高電壓情況下），形成 HF，這會嚴重影響電池的壽命，同時增加锂鹽制備、 儲存和處理的額外成本；
（7）對鋁箔鈍化：锂鹽需對鋁箔集流體具有良好的鈍化作用，防止高電壓下電 解液腐蝕鋁箔。
性能穩定的六氟磷酸锂 LiPF6是目前主流的溶質锂鹽，但是存在遇熱易分解、抗 水解性查、低溫易結晶等缺點，其在高溫、低溫、潮濕等環境中表現不佳。LiPF6 的化學性質不穩定，對溫度和水分敏感，在高溫和潮濕環境下易發生分解，産生 有危險性的 HF，嚴重影響電池壽命。在低溫環境下，LiPF6 易産生結晶，導緻電 解液電導率下降。
随着電池正極鎳含量的增加，材料熱穩定性和安全性降低，高鎳電池對電解液 比對性提出更高要求。由于鎳離子具有較高的催化活性，随着正極鎳含量的增加， 正極材料中鎳将催化電解液氧化分解；此外電解液中的痕量水會與 LiPF6 反應， 生成具有酸性物質的 HF，侵蝕電池正極，導緻過渡金屬的溶解，使過渡金屬離 子溶出，溶出的過渡金屬離子會聚集在隔膜空隙和負極表面，阻礙锂離子的傳輸 和劣化負極側的界面 SEI 層結構，甚至導緻電解液在負極表面持續分解，影響 電池的正常工作；由于高鎳材料熱穩定較差，高溫會加劇過渡金屬的溶解，進一 步惡化電池狀态。為保證高鎳正極電池的正常工作和安全性，采用高安全性、高 能量密度的電解液替代普通電解液是未來的重要趨勢。
相比于 LiPF6，雙氟磺酰亞胺锂（LiFSI）具有電導率高、抗水解能力強和熱穩 定性好等優點，更适用于高鎳電池：
（1）電導率高：LiFSI 分子中的氟原子具有強吸電子性, 能使 N 上的負電荷離 域，離子締合配對作用較弱，使 Li 離子更容易解離, 因而 LiFSI 具有較高的電導 率；
（2）抗水解能力強：通過對 LiPF6 和 LiFSI 進行水解測試，結果顯示測試期間 LiFSI 溶液中的水含量和 HF 濃度幾乎保持不變，而 LiPF6溶液中的水在第 9 天 就被全部耗盡，HF 濃度大幅增加，這表明 FSI-陰離子具有更好的抗水解性能；
（3）熱穩定性好：研究顯示 25℃環境中使用 LiPF6 作為锂鹽的電解液和使用 LiFSI 作為锂鹽的電解液具有一緻的電池循環性能，但在 60℃高溫環境中，LiPF6 電池的容量隻有 LiFSI 電池的一半，表明 LiFSI 具有更好的熱穩定性，添加 LiFSI 的電池在高溫下性能更好。
雖然 LiFSI 對鋁箔具有一定的腐蝕作用，但目前可以通過加入少量添加劑但如含 氟鈍化鋁箔添加劑等來解決。此外，LiFSI 擁有更低的結晶點，使其在低溫下不 易發生結晶析出，進而避免電解液電導率驟降的風險，保證電池在低溫環境下可 以正常工作。是以，LiFSI 與 LiPF6 相比能夠顯著改善新能源電池的使用壽命， 提升新能源汽車在夏季和冬季的續航裡程與充放電功率，并改善新能源汽車在 極端條件下的安全性，LiFSI 有望成為下一代主流锂鹽。
目前 LiFSI 主要作為 LiPF6 的添加劑使用。研究表明，将 LiFSI 與 LiPF6 按照特 定比例配比的電解液具有更好的低溫放電和高溫性能保持能力、更長的循環壽命、 更高倍率放電性能和更高的安全性能。相比于現有 LiPF6 單一溶質電解液，電解 液中添加有 LiFSI 的電池的使用壽命、夏季或冬季的續航裡程與充放電功率、整 體安全性均得以提升，目前主流配方 LiFSI 的添加比例在 2-10%。随着動力電池 的高鎳化和高壓化，LiFSI 添加比例有望提升。
3.3.2、 LiFSI 需求有望大幅提升，龍頭公司強者恒強
LiFSI 進入規模化生産階段，價格下降促使産業化程序加快。由于 LiFSI 在有水 的情況下受熱或者高溫條件下易分解，正常生産過程中引入的其他金屬離子會對 其性能帶來不利影響。為滿足電解液使用要求，LiFSI 對于水分、金屬離子、遊 離酸等名額有嚴格限定，導緻 LiFSI 生産技術門檻較高，是以 LiFSI 在應用之初 的價格偏高，制約了 LiFSI 的快速産業化。随着 LiFSI 生産工藝不斷優化，價格 不斷降低，據康鵬科技招股說明書顯示，2018 年、2019 年和 2020 年單噸 LiFSI 的價格分别為 52.9、49.0 和 41.4 萬元，價格降低促使 LiFSI 産業化應用程序進 一步加快。
LiPF6價格持續上漲，LiFSI 經濟性逐漸顯現。2018-2020 年單噸 LiPF6 價格一 直維持在 10 萬元左右，成本較低、性能相對穩定的 LiPF6成為主流的溶質锂鹽。 在下遊裝機需求高速增長的背景下，LiPF6市場出現供不應求的狀态，疊加上遊 原材料瓶頸和疫情的影響，LiPF6 擴産速度較慢，使得 LiPF6 價格大幅度上漲。 根據百川盈孚資料，截至 2021 年 12 月 15 日，LiPF6 達到 55 萬元/噸，較年初 的 10.7 萬元/噸上漲超過 400%。由于短期内市場 LiPF6新增産能投放有限，後 續将繼續上漲，2023 年之前 LiPF6 價格有望維持高位，GGII 預計，LiPF6 價格 有望突破 60 萬元/噸。在 LiPF6價格高企的背景下，LiFSI 經濟性逐漸顯現，有 望加快新型锂鹽 LiFSI 的替代。
電池高鎳化和 LiFSI 成本下降助力 LiFSI 需求放量。添加有 LiFSI 的新能源電池 電解液可以大幅度提升充放電次數，同時也可以使鎳、高電壓正極等活性極強的 電極材料保持穩定，進而延長電池壽命，并對易燃的電解液起到阻燃作用。是以， 随着動力電池的高鎳化和LiFSI 成本的下降，LiFSI添加比例有望提升。假設 2025 年高鎳電池LiFSI添加比例為10%，則高鎳電池的LiFSI需求量将達到4.7萬噸， 2020-2025 年 5 年複合增速達 132.5%。
LiFSI 需求即将迎來放量，廠商擴産程序加速。目前 LiFSI 國内産能主要集中在 天賜材料、康鵬科技、多氟多、永太科技、新宙邦等企業手中，總年産能在 6500 噸左右，其中天賜材料産能占比近四成，是 LiFSI 市場的絕對龍頭；海外産能主 要集中在南韓天寶和日本觸媒，總産能 1 千噸左右。随着下遊對 LiFSI 需求的增 加，國内企業開始加速進行 LiFSI 産能規劃，天賜材料、永太科技和多氟多均制 定了萬噸級别的擴産計劃。目前大部分在建和規劃的 LiFSI 産能将在 2023-2025 年陸續投産，預計到 2025 年大陸 LiFSI 産能将超過 11 萬噸，較目前産能增長 超過 1000%。
天賜材料推進雙氟磺酰亞胺（HFSI），一體化布局推動 LiFSI 成本下降，受益于 産業鍊循環和成本優勢，龍頭公司有望強者恒強。天賜材料新增 6 萬噸 HFSI 産能建設，對應約 5.5-6 萬噸 LiFSI 供應能力，一體化布局有望推動 LiFSI 成本 下降。此外，天賜材料作為國内電解液龍頭，在業務布局上充分考慮産業鍊上各 産品之間的聯系，打造具有循環優勢的锂離子電池材料産品群。天賜材料“年産 40 萬噸硫磺制酸項目”在此循環中處于重要位置，在為 LiFSI 提供部分原材料 的同時降低了 LiFSI 裝置及尾氣處理的成本，起到了降低成本和循環減排的效 果。天賜材料通過自産主要産品的核心關鍵原材料，建構循環産業鍊體系，擷取 持續的成本競争優勢，将鞏固和擴大公司在行業的地位和影響力，有望強者恒強。
3.4、 碳納米管：大圓柱助力碳納米管滲透率提升，龍頭企業技術優勢加深護城河
3.4.1、 碳納米管性能優越，大圓柱電池助力碳納米管滲透率提升
導電劑作為動力電池的關鍵輔材，可以增加活性物質之間的導電接觸，提升锂 電池中電子在電極中的傳輸速率，進而提升锂電池的倍率性能和改善循環壽命。 锂離子電池充放電過程需要锂離子和電子的共同參與，這需要電池的電極是離子 和電子的混合導體。正極活性材料多為過渡金屬氧化物或者過渡金屬磷酸鹽，它 們是半導體或者絕緣體，導電性較差，必須要加入導電劑來改善導電性；石墨負 極材料的導電性稍好，但是在多次充放電中，石墨材料的膨脹收縮，使石墨顆粒 間的接觸減少，間隙增大甚至有些脫離集電極，不再參與電極反應，是以也需要 加入導電劑保持循環過程中的負極材料導電性的穩定。為了保證電極具有良好的 充放電性能，在極片制作時通常加入一定量的導電劑，在活性物質之間、活性 物質與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的接觸電阻，加速電子 的移動速率。
锂電池目前常用的導電劑主要包括炭黑類、導電石墨類、VGCF（氣相生長碳纖 維）、碳納米管以及石墨烯等。其中，炭黑類、導電石墨類和 VGCF 屬于傳統 的導電劑，其在活性物質之間各形成點、面或線接觸式的導電網絡；碳納米管和 石墨烯屬于新型導電劑材料，其中碳納米管在活性物質之間形成線接觸式導電網 絡，石墨烯在活性物質間形成面接觸式導電網絡。
導電劑在正極材料中的添加量服從“滲透門檻值”理論，即在不添加或添加少量導 電劑時，導電物質不能建構有效的導電網絡，當添加量增加到一定值後，導電物 質能能夠在正極材料活性物質中形成有效的導電網絡，提升正極材料的導電性能， 之後再增加導電劑的含量也不能顯著提升正極材料導電性能。由于新型導電劑材 料在活性物質之間形成的線接觸式、面接觸式導電網絡更為充分，能夠更加明顯 的提升正極材料活性物質的導電性能，進而降低導電劑在正極材料當中的添加量。 根據三順納米招股說明書，傳統炭黑導電劑添加量一般為正極材料重量的 3% 左右，而碳納米管、石墨烯等新型導電劑添加量可降低至 0.5%-1.0%。
碳納米管作為空心管狀結構，能夠提升極片的吸液性，進而降低電池使用過程中 的電解液損耗，提升其壽命性能。此外，相對于傳統導電劑而言，碳納米管具備 更好的導電性能、導熱性能和結構強度，使锂電池循環過程中保持良好的電子和 離子傳導，進而大幅提升锂電池的循環壽命：
（1）導電性能優勢：碳納米管的碳原子以正六邊形的微觀形式組成基礎單元結 構，這種結構下共轭效應顯著，電子可以脫離單個碳原子的束縛而在較大範圍内 自由運動；碳納米管與纖維類似呈長柱狀，其纖維狀結構能夠在電極活性材料中 形成連續的導電網絡，碳納米管的用量僅為傳統導電劑的 1/6-1/2 就可以達到同 樣的導電效果；此外，碳納米管具有雙電層效應，能有效提升锂電池倍率性能；
（2）導熱性能優勢：碳納米管具有優異的導熱性能，可以沿管長方向迅速傳導 熱量，其良好的導熱性能還有助于電池充放電時散熱，降低電池極化，改善電池 高低溫性能，提升電池循環性能；
（3）結構強度優勢：碳納米管具有極高的強度和極大的韌性，添加碳納米管後 極片有較高的韌性, 能改善充放電過程中材料體積變化而引起的剝落, 提高循環 壽命。
雖然碳納米管在性能方面明顯占優，但是目前大陸導電劑市場仍以炭黑、導電 石墨等傳統導電劑為主。根據 GGII 統計資料顯示，2020 年大陸導電劑市場傳 統導電劑占比近 80%。碳納米管作為一種新型材料，在市場應用的早期價格較 高，較高的價格是早期碳納米管替代炭黑成為動力锂電池主流導電劑存在的主要 障礙。據天奈科技招股說明書，2018 年碳納米管和 SP 的粉體價格分别為 45-55 萬元/噸和 5.6-6.5 萬元/噸，碳納米管粉體價格是炭黑價格的近 10 倍。此外，碳 納米管需要分散成漿料再導入電池，是以碳納米管導電劑的使用成本遠高于炭黑。 盡管在锂電池中添加量較炭黑更少，但受制于目前單價較高因素的影響，各锂電 池生産企業對使用碳納米管導電劑依然需要一個逐漸接受的過程。
大圓柱電池與高鎳正極+矽基負極材料體系适配性高。為提高電池能量密度，高 鎳正極材料和矽碳負極材料被應用到電池材料體系，但高鎳材料較差的熱穩定性 和矽碳材料較高的體積膨脹率對動力電池的安全性帶來了考驗。相較于方形電池 和軟包電池，圓柱電池結構體本身強度更高，對矽碳負極膨脹的容忍度較高，且 圓柱電池散熱性能良好的特性可以在一定程度上彌補高鎳材料熱穩定性差的缺 點，是以在應用高鎳材料和矽碳負極材料方面，圓柱電池優勢明顯。此外，相較 于小圓柱電池，大圓柱電池具有高能量密度和低成本優勢，圓柱電池大型化趨勢 明确。大圓柱放量将推進産業鍊降本增效，同時促進高鎳正極和矽基負極滲透 率的提升。
由于碳納米管具備優異的導電性能、導熱性能和結構強度，大圓柱電池放量帶 來的高鎳正極+矽基負極發展趨勢将催生碳納米管市場需求：（1）碳納米管優異 的導電性可以彌補高鎳三元正極和矽基負極本身導電性能較差的缺陷；（2）碳納 米管結構強度高，添加碳納米管後極片有較高的韌性, 能改善矽基負極在充放電 過程中矽材料體積膨脹效應引起的 SEI 層剝落, 進而提高電池循環壽命；（3）由 于碳納米管具有優異的導熱性能，有助于電池充放電時散熱，可以彌補高鎳三元 材料熱穩定差的缺陷；（4）碳納米管憑借其較高長徑比特性和雙電層效應，相較 于炭黑能夠進一步提高锂電池的倍率性能；（5）碳納米管可以通過更少的添加量 來提升正負極活性物質填充量，進而進一步提升锂離子電池的能量密度。未來随 着大圓柱電池放量以及碳納米管大規模産業化的普及，性能優異的碳納米管有 望加速對炭黑的替代程序，GGII 預測到 2025 年中國導電劑市場碳納米管導電 劑占比将達 55%。
3.4.2、 技術與性能構築核心競争力，龍頭公司産能擴張強者恒強
由于生産合格的碳納米管導電劑對碳納米管導電漿料企業的綜合實力要求較高， 碳納米管導電劑行業集中度高，CR5 接近 90%。作為符合動力锂電池需要的導 電劑，碳納米管導電漿料不僅要求制備的碳納米管具有較高的長徑比、純度等優 良的名額，也對碳納米管導電劑生産企業分散技術提出較高的要求。同時，锂電 池企業對導電漿料供應商有嚴格的考察程式，全面評估其産品品質、穩定性、一 緻性以及持續供貨能力，對碳納米管導電漿料企業的綜合實力要求較高，是以碳 納米管行業集中度較高。根據 GGII 統計分析，2020 年大陸碳納米管導電漿料 出貨量排名前三的企業分别為天奈科技、集越納米和卡博特（收購三順納米）， 市占率分别為 32.3%、23.8%和 19.6%，CR3 和 CR5 分别為 75.7%和 89.2%， 行業集中度較高。
催化劑制備和碳納米管分散是生産碳納米管導電劑的核心步驟及難點。碳納米 管粉體制備的關鍵步驟在于催化劑的制備，因為碳納米管的生長依賴于催化劑， 催化劑的品質、性能将直接影響後續産出的碳納米管粉體的品質。碳納米管作為 導電劑的推廣初期以粉體的形式供給锂電池廠商試用，但由于碳納米管比表面積 高和長徑比大，容易出現團聚現象，難以直接将碳納米管均勻分散在锂電池電極 材料當中。是以在锂電池生産過程中，通常先将碳納米管在特定溶劑當中進行分 散，制成碳納米管導電漿料後再使用，分散工藝是制備碳納米管導電漿料的難點。
天奈科技掌握的碳納米管催化劑制備技術，可以控制碳納米管的定向增長，做 到直接控制碳納米管管徑、長度以及純度等三個核心名額。清華大學的“基于 納米聚團流化原理的高純度碳納米管批量制備基礎研究”從原理上解決了碳納米 管連續化宏量制備生産的難題，天奈科技取得上述研究相關發明專利的獨占許可 使用權，奠定了公司第一代碳納米管産品産業化的基礎。自第一代碳納米管産品 産業化成功後，受清華大學層狀載體催化劑概念的啟發，天奈科技通過對催化劑 活性元素、助催化元素的選擇與優化以及載體的表面修飾，自主開發了第二代碳 納米管長度可控的定向生長催化劑。在該種催化劑的作用下，碳納米管的管徑由 催化劑活性中心顆粒大小控制，同時生長的碳納米管的長度可控，是以生産的碳 納米管長徑比較大。天奈科技自主開發的第三代以尖晶石為主的複合結構催化劑， 除進一步提高碳納米管的長徑比以提升導電性外，同時提升了産品的碳純度。相 應的碳納米管産品中的活性金屬殘留量低、導電性更優異。
天奈科技技術優勢建構護城河，産品性能領先行業鍛造核心競争力。除催化劑 制備技術外，天奈科技在分散工藝方面也擁有較多技術儲備。為制備出合格的碳 納米管分散漿料，天奈科技使用了包括高速分散機、膠體磨、均質機、超聲裝置 等多種分散裝置，最終成功選出最合适的分散劑、分散方法和裝置，将碳納米管 通過漿料形式導入锂電池，并實作商業化及産業化。碳納米管的長徑比（長度和 直徑比）和碳純度是影響碳納米管性能的核心名額，碳納米管管徑越細、長度越 長，導電性能越好。目前天奈科技第二代、第三代碳納米管産品性能已經處于國 内領先地位，同時，天奈科技基于自身強大的自主研發能力，每 2-3 年推出一 代新産品，通過産品疊代保持自身競争力。
天奈科技産能加速擴張，深度綁定锂電客戶龍頭地位穩定。目前公司具有年産 2000 噸碳納米管粉體及年産 30000 噸碳納米管導電漿料産能，已有産能超過國 内同行業其他公司。随着動力電池高鎳正極和矽碳負極需求的快速增長，碳納米 管滲透率将提升，為滿足碳納米管需求量，天奈科技積極規劃擴産。從未來産能 新增情況來看，未來新增産能主要來源于“年産 300 噸納米碳材與 2000 噸導電 母粒、8000 噸導電漿料項目”、“碳納米管與副産物氫及相關複合産品生産項目”、“碳納米管複合産品生産項目”及“年産 8000 噸碳納米管導電漿料生産線項 目”，當項目全部建成達産後，預計 2027 年天奈科技碳納米管導電漿料年産能 将達到 10.6 萬噸。經過多年發展，天奈科技在碳納米管及導電漿料市場上已經 形成品牌影響力、技術水準、人才儲備等多方面競争優勢，積累了一批穩定的核 心客戶，與國内甯德時代、比亞迪、ATL、中航锂電、億緯锂能等國内一流锂電 池生産企業建立了長期穩定的合作關系，深度綁定多家锂電大客戶的天奈科技有 望在項目達産後穩步擴大市場規模，進一步提高公司市占率。
4、 結構件環節：大圓柱需求放量，打開圓柱結構件增量空間
4.1、 大圓柱電池前景廣闊，圓柱結構件市場快速擴張
锂電池精密結構件主要包含锂電池的殼體和頂蓋，精密結構件占電池材料成本 比重為在 10-16%之間，是锂電池重要組成部分之一。精密結構件作為锂電池外 殼，起到傳輸能量、承載電解液、保護安全性、固定支承電池、外觀裝飾等作用。 是以，精密結構件作為锂電池關鍵部件，需具備高尺寸精度、高表面品質、高性 能等特性。
按照電池封裝技術路線的不同，圓柱電池、方形電池和軟包電池對應的結構件分 别為圓柱結構件、方形結構件和鋁塑膜，其中圓柱和方形結構件統稱為硬殼，一 般為鋼殼或鋁殼。
殼體作為電芯内活性物質與外界全生命周期的屏障，是電池外殼的重要組成部分。 圓柱殼體規格型号較為統一，根據電池尺寸分為 18 系列、21 系列、26 系列 和 46 系列等。方形殼體标準化程度較低，規格型号構成較為分散。
圓柱電池頂蓋（安全閥）主要用于電池過載時的斷電與釋壓，以防止電池内壓 過高而發生爆炸，是锂電池等高能量密度電池安全防護的必備部件。圓柱電池 頂蓋由密封圈、防爆鋁片、鋼帽、隔離圈和連接配接鋁片等部分組成，各部件的工作 原理如下：（1）密封圈：位于安全閥外部，主要起到密封電池和隔離封裝殼體與 安全閥的作用；（2）鋼帽：位于安全閥頂部，用于防爆鋁片的保護和電池組間的 連接配接；（3）防爆元件：由隔離圈、防爆鋁片和連接配接鋁片組成，在電池内部壓力達 到臨界值時及時斷開電路、釋放電池内部壓力，進而實作防爆功能。
大圓柱電池放量将提升對圓柱結構件的需求，2021-2025 年 CAGR 達 32%。根 據動力電池需求量、圓柱電池滲透率和甯德時代锂電池外殼/頂蓋成本以及甯德時代電池銷量對動力電池結構件市場規模進行了測算，具體假設及測算情況如下： 根據甯德時代招股書，2017 年外購外殼/頂蓋成本約 7.23 億元，而當年甯德時 代電池銷量11.84GWh，估算得到2017年锂電池結構件價格約為0.61億元/GWh； 根據甯德時代 2019-2020 年動力電池機關銷售價格的變化，假設動力電池單價 年降 7.5%；在結構件成本占比不變的情況下，假設 2017-2025 年結構件機關價 值量年降 7.5%。 測算結果得到 2025 年動力電池圓柱結構件市場 空間将達到 117.7 億元，較 2021 年提升超 200%，2021-2025 年 CAGR 達 32%。
大圓柱趨勢緻機關電池結構成本下降，助力結構件廠商盈利性提升和産業鍊降 本。受益于圓柱結構件市場持續增長，圓柱結構件廠商出貨量有望穩步提升。由 于動力電池對動力锂電池精密結構件的品質、性能和安全性都具有很高的要求， 動力锂電池精密結構件供應商在進入锂電池生産采購體系前須履行嚴格的資格 認證程式，經過認證後，電池企業不會再輕易切換供應商，結構件企業與電池廠 商高度綁定。是以，結構件龍頭企業有望在下遊需求增長過程中受益，市占率進 一步提高。在未來圓柱電池大型化的趨勢下，單 GW 結構件用量減少，機關結 構件成本有望進一步降低，助力結構件廠商盈利性提升和産業鍊降本。
4.2、 技術壁壘構築行業護城河，易拉蓋生産裝置龍 頭技術更新趨勢明顯
動力電池精密結構件（包括頂蓋和殼體）是沖壓加工的沖壓件。沖壓加工是指 利用安裝在壓力機上的模具對材料施加變形力使其産生變形或分離的一種壓力 加工方法。動力電池精密結構件的半成品從矽鋼帶、鋁帶、銅帶施加外力使之産 生變形或分離是精密結構件生産的關鍵步驟，而前述沖壓過程主要通過沖壓模具 完成，故沖壓模具決定了沖壓效率、沖壓結果的主要方面，是以模具技術是生産 精密結構件的核心技術。
在精密模具設計及制造方面，模具品質的高低決定了産品的精度、品質，尤其是 核心部件防爆片、反轉片的關鍵加工過制造技術。同時由于目前動力锂電池産品 規格、型号和種類繁多，各産品均需單獨制造模具，具備較強模具開發能力的企 業可能及時響應客戶的需求，模具開發企業進入結構件領域有先天優勢。國内 企業斯萊克、震裕科技均是傳統模具開發企業，後借模具開發領域優勢進入锂電 池結構件領域。
電池精密結構件的生産技術對锂電池安全性、壽命、一緻性、連通性和電池容 量産生影響：
（1）安全性：通過結構件安全防爆技術能避免或減少電池内部電化學反應異常 時可能出現的電池壓力過大産生的安全事故；
（2）壽命：高低溫狀态下的結構件密封技術能降低電池使用狀态下的正負極滲 漏故障，進而提高電池安全性和使用壽命；
（3）一緻性：使用集自動裝配、焊接、鉚接、檢測功能、追溯系統于一體的蓋 闆自動裝配技術以及精密拉伸技術使得鋁殼生産精度更高，産品一緻性更好；
（4）連通性：銅鋁軟連接配接技術能克服新能源汽車在颠簸震動等惡劣使用條件下 電池與電池之間連接配接的松動或脫落問題，增強連通性，減少斷路故障；
（5）容量：鋁殼深度拉伸技術在保持外殼強度的前提下，能将鋁殼的拉伸度提 高，強度不受影響的同時壁厚變薄，進而增加機關體積下的電池容量。
電池精密結構件生産屬于多技術融合，綜合了金屬材料、機械工程學、模具開發、 化學、電子、機電、精密控制等多種學科的技術，每個環節的技術水準都将對産 品的品質和性能産生直接影響；同時精密結構件的制造技術、品質控制等需要通 過大量的生産實踐來積累生産經驗，尤其在前期的産品研發、模具開發和針對客 戶不同産品的快速響應等方面，需要積累深厚的行業經驗後才能和下遊客戶進行 良好的對接和配合；此外，動力锂電池精密結構件對産品精密度、品質、一緻性 和制造流程等有較高的要求，生産過程一般通過精密生産裝置和高水準的生産環 境來保障。是以，新進入企業難以在短期内實作多學科的交叉整合，掌握核心 工藝和關鍵技術，電池精密結構件較高的綜合技術積澱要求造就了較高的行業 技術壁壘。
動力锂電池精密結構件作為動力電池的重要配套行業，由于下遊锂電池生産行業 集中度較高的原因，動力電池精密結構件的市場格局也相對集中，行業呈現一 超多小市場格局，科達利全球市占率超 40%。锂電精密結構件行業其他公司包 括南韓 Sangsin EDP、日本 FUJI SPRINGS、金楊股份、震裕科技、斯萊克等， 市場佔有率較為分散。
科達利深耕動力電池精密結構件産業多年，擁有業内最廣泛的客戶基礎。客戶 覆寫了 CATL、松下、LG、比亞迪、億緯锂能、中航锂電等優質動力锂電池生産 商。科達利在在國内的華東、華南、東北、等锂電池行業重點區域以及境外的德 國、瑞典、匈牙利均形成了 12 個生産基地的全球産能布局，目前全部達産的生 産基地包括惠州生産基地一期及二期、江蘇生産基地一期以及原深圳、上海、西 安生産基地。這幾大生産基地的産能擴張将對科達利客戶增長的産能需求形成 有效配套，以最快的速度滿足客戶的産能擴充需求。科達利經過二十多年的發 展，在動力電池精密結構件領域積累了豐富的産品和技術經驗，擁有高精密度、 高一緻性的生産工藝，具備生産大圓柱電池精密結構件的能力。未來随着大圓柱 電池的放量，與下遊龍頭企業深度綁定的科達利有望為客戶提供大圓柱電池精密 結構件，進一步提高公司的市場競争力及市場占有率，保障持續盈利能力。
斯萊克借易拉罐領域優勢，拓展動力電池結構件業務。圓柱電池結構件與二片 式易拉罐産品結構類似，其生産裝置與易拉罐生産裝置所使用的技術原理基本一 緻，斯萊克動力電池結構件生産裝置僅需在現有易拉罐高速生産裝置的基礎上進 行部分調整。目前，斯萊克易拉罐高速生産線的生産效率最高可達 3000 罐/分 鐘，産品性能處于國際前列。斯萊克憑借其在易拉蓋、罐生産裝置領域積累的研 發成果及生産經驗，推出的動力電池結構件生産裝置的生産速度為 1200 隻/分鐘， 遠高于國産裝置的 50 隻/分鐘和進口旭精機的 150 隻/分鐘。提高結構件生産設 備的生産速度可以減少投入的裝置數量，進而避免或減少因不同裝置生産導緻 的一緻性問題和大批量生産中存在勞動密集、生産成本高等問題。此外，斯萊 克研發的電池殼生産線還具備精度高、工藝創新等特點，生産出的高光潔度電池 殼（被稱為“鏡面殼”）更适用于高品質要求的動力電池領域。在大陸制造業升 級、新能源汽車行業快速發展并對新能源電池有大規模需求的背景下，斯萊克電 池殼生産線有望對現有的傳統單機沖床生産電池殼的工藝形成沖擊。此外，4680 圓柱電池殼與 330ml 易拉罐尺寸（直徑為 58mm，高度為 102mm）接近，且産 線布置相似，斯萊特生産大圓柱電池殼具有行業内其他公司不具備的獨特優勢。
5、 投資分析
随着電池技術進步、産品力提升和基礎設施不斷完善，新能源汽車滲透率加速提 升，帶動動力電池需求釋放，動力電池規模化發展将進一步推動行業成本下降， 使得新能源汽車發展形成正向回報。
4680 大圓柱電池有望明年開始量産配套特斯拉部分車型，關注布局大圓柱電池 産能的電池廠商，由于 4680 大圓柱電池與高能量密度材料适配性較高，關注大 圓柱電池産能擴張帶來的锂電産業鍊中高鎳正極、矽基負極、LiFSI 和碳納米管 環節的增長機會，以及 4680 大圓柱電池放量對圓柱結構件的需求提升。此外， 由于大圓柱全極耳技術采用雷射切與雷射焊接，将有利于雷射焊接、切割裝置。
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精選報告來源：【未來智庫】。