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一、4680電池的革新亮點

1.1 無極耳解決散熱難題，助力更大體積的突破

4680電池以它的尺寸命名，是一款直徑46毫米、高80毫米的圓柱體電池，是21700電池體積的5.48倍。更大體積將電池的能量提升5倍，并且能夠實現(xiàn)量產大量電池組，節(jié)約了材料以及成本，促使電池生產成本降低14%。然而大體積帶來了熱量的不可控，增加了燃燒爆炸等風險。

無極耳的革新設計便解決了這一難題。往常電池結構中的極耳是從電芯中將正負極引出來的金屬導電體。在使用極耳的情況下，4680電池的尺寸過大，電流路徑過長，會增加電阻和散熱。而4680電池去除了單一的極耳，電極一端通過涂蓋的導電材料使其直接與電池外部連接，形成全極耳的模式。50毫米的電路長度替代從前250毫米的長度，降低了電阻，大幅改善電池的散熱、減少熱量的產生。

據(jù)特斯拉電池日披露，全新的無極耳以及尺寸使得電池續(xù)航里程提升16%、功率輸出提升6倍、能量提升5倍。

1.2 干電極工藝，簡化步驟，減少成本

通常的濕電極工藝將材料粉末放入溶劑中，進行干燥、壓縮成膜。4680電池的電極設計中，干法工藝替代了濕法工藝，省去了溶劑的步驟，直接將粉末壓成薄膜，去除了干燥、回收溶劑等繁瑣的步驟。

當實現(xiàn)了干電極工藝規(guī)模的擴大，按照特斯拉2021最新電池日的PPT原文顯示，生產的占地面積減少90%、能量消耗減少90%、投入成本大幅減少。

二、4680電池的核心材料增量

2.1 負極材料：硅替代石墨，續(xù)航里程增加20%

4680電池將使用硅基負極材料。相比鋰電池的典型負極材料石墨，硅對于鋰的嵌入是石墨的9倍、在地球上更為豐富。而硅的難點是，當它充滿鋰時，體積會膨脹4倍，粒子的擠壓會導致材料的絕緣，失去電池容量。

據(jù)特斯拉電池日披露，為了解決這個難點，4680電池將回歸使用原始冶金硅。負極的成本降低到1.2美元/千瓦時，相較使用石墨成本降低88%。同時，硅將增加電池20%的續(xù)航里程。

“特斯拉特制硅”目前更多類似概念，目前的4680電池將采用硅碳負極材料。據(jù)石大勝華（603026）紀要的硅碳負極最新進展，硅碳負極（SiOx-C）的摻混量預計從10%提升到15%。1GWh的4680電池消耗約750噸的硅碳負極材料。

2.2 正極材料：高鎳去鈷，利好高鎳正極材料

4680電池的正極將最大限度利用鎳。正極的成本每千瓦時降低15%。

根據(jù)車型，正極材料的配比分為三類。鐵用于對能量密度要求不高的中等續(xù)航產品。2/3鎳和1/3錳的搭配用于中長續(xù)航產品。高鎳用于長續(xù)航產品，例如Cybertruck, Semi等大車型。

特斯拉目前披露的正極材料搭配極具概念性，具體的用量和體系無法確定。據(jù)海通國際的“金屬行業(yè)藏寶圖”，按照目前的NCM811三元高鎳體系，1GWh的4680電池消耗約3086噸的硫酸鎳、413噸的硫酸鈷、248噸的硫酸錳、619噸的鋰LCE。

2.3 隔膜及電解液：PVDF、LiFSI用量上升

4680電池的正極和負極都將在隔膜上涂覆PVDF（聚偏氟乙烯樹脂）。據(jù)獨角獸智庫的“特斯拉4680電池近況及受益產業(yè)鏈分析電話會紀要”，4680電池的PVDF用量由2%提升到8%。據(jù)全國能源信息平臺，含2% PVDF的三元電池1GWh的PVDF用量約為20噸。那么我們推算含8%PVDF的4680電池1GWh的PVDF用量將提升至約80噸。

我們假設電解液中，LiFSI（雙氟磺酰亞胺鋰鹽）添加劑的比例將提升到5%。每GWh三元電池的電解液使用量約700-900噸。取800噸電解液中5%，4680電池每GWh的LiFSI用量將約40噸。

2.4 4680電池部分材料用量

根據(jù)以上分析和計算，總結出4680電池的部分材料用量。

三、2022-2030年搭載4680電池的車型的載電量

3.1 搭載4680電池的車型的產量將大幅增長

特斯拉將搭載4680電池的車型有大型車輛Cybertruck，Semi以及ModelY。

首批裝載4680電池的車型Model Y預計在2022年第一季度開始生產。根據(jù)2021年約90萬的Model 3/Y產量推算，我們假設預期2022年生產100萬輛Model Y。

Cybertruck將在2023年開始量產，預計2023的產量為25-30萬輛。Semi將在2023年開始量產。據(jù)馬斯克披露，生產4年后，Semi的產量預計達到一年10萬輛。

我們對特斯拉不同車型產量的估計，假設CAGR50%的增速，預計2022-2030年三種車型的產量。產量增多、新車型加入， 4680電池的需求十分強勁。

3.2 搭載4680電池的車型總共所需的電能

據(jù)Electric Vehicle Database，一輛Model Y的電池容量是75kWh，一輛Cybertruck的電池容量是250kWh，一輛Semi的電池容量是500kWh。按照每個車型的電池容量和產量，我們可以得到2022-2030年搭載4680電池的車型總共需要的能量。

2022年4680電池產量的需求約75GWh，2030年4680電池產量的需求約3160GWh（3.16TWh），較2022年增長約4113%。以上估算也符合馬斯克在電池日發(fā)布4680電池概念時提到的計劃：“4680電池產量在2022年達到一年100GWh、在2030年達到一年3TWh?！?/p>

四、2022-2030年4680電池對金屬材料需求的拉動

4.1 鋰、硅、鎳的需求強力增長

根據(jù)噸/GWh的材料用量，考量特斯拉體系下的4680電池拉動的金屬材料需求。其中鋰作為電池核心材料，硅作為負極主要材料、鎳作為正極主要材料，需求增勢最為顯著。

4680鋰電池的量產必然拉動了鋰的需求。我們預計2022年特斯拉4680電池對鋰的需求約4.6萬噸（LCE），2030年的需求預計達到一年195.6萬噸（LCE）。

負極的石墨替換成硅，4680電池將全新注入對硅的需求。我們預計2022年硅碳負極材料的需求約5.6萬噸， 2030的需求約237萬噸。

4680電池同樣帶動鎳的需求增量。我們預計2022年硫酸鎳的需求約23.1萬噸，2030年的需求約975.2萬噸。

本文以NCM811體系的正極材料用量來進行分析，鎳在正極材料的占比為80%。特斯拉想要把正極材料的鎳比例提升至最高，未來可能將采取NCM91、NCMA等超高鎳體系，鎳的比例可能高于80%。

4.2 錳的需求龐大

特斯拉4680電池拉動最大的需求量為鎳、硅、鋰，其次便是錳。

2022年特斯拉對硫酸錳的需求約1.9萬噸，2030年的需求達到78.4萬噸。

本報告以NCM811體系的正極材料用量來進行分析，錳在正極材料的占比為10%。

4.3 PVDF 、LiFSI不容忽略：新需求涌入

PVDF和LiFSI用量的上升的比例雖小，但也不容小覷。至2030年，特斯拉4680電池一年需約12.6萬噸的LiFSI作為電解液添加劑，約25.3萬噸的PVDF作為隔膜粘合劑。

五、不確定性分析

汽車的產量存在不確定性。本文以目前特斯拉披露的生產計劃進行分析。而Cybertruck，Semi因為4680電池的短缺把上市時間從2021年推遲到了2023年。2022年特斯拉能否開啟4680電池的量產、是否還會推遲生產Cybertruck等車型是不確定因素。

本文來源微信公眾號“堅守核心資產”，智通財經編輯：陳秋達。