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锂电池4680大圆柱最新专题报告:全极耳助力,硅基负极蓄势待发
文章来源:未来智库 发布时间:2022-11-02 阅读:3168 次
摘要:特斯拉主导大圆柱电池,带动多家整车厂入场,预计25年大圆柱电池需求量有望超过 280GWh。目前46系大圆柱电池最主要的推动者还是特斯拉,按照特斯拉的计划,得州超级工厂产出的 Model Y将搭载4680电池,一季度末将开启交付,预计到2022年年底,特斯拉4680电池产能将达到每年100GWh,2030年达到 3TWh。
电池厂家争先布局大圆柱,量产在即。松下在今年5月已经开始小量试产4680电芯,并计划2023年起为特斯拉提供4680电池,年产能 10GWh,约满足15万辆汽车的电池需求;LG 4680电池预计 2023 年下半年投产,规划产能9GWh;三星SDI计划2024年量产468电池,规划产能8-12GWh。国内方面,宁德时代规划了 12GWh的4680 电池产能,预计 2024 年开始量产;亿纬锂能46 系大圆柱电池今年8月完成中试,预计今年底将有一部分产能释放,远期产能 40GWh。
一、4680 全极耳设计,倍率+安全双提升
特斯拉 4680 电池采用的全极耳设计缩短了极耳传导距离。全极耳(无极耳)工艺的圆柱型锂电池,能量密度高,输出功率提升数倍,同样空间下车用搭载这种锂电池续航里程增加 13%,且电池成 本每千瓦时可以降低 10%以上。全极耳设计可以提升电池倍率+安全,提升电池续航和降低电池成本,有助于国内锂电池,尤其是大圆柱锂电池装机量再拓新的台阶。


二、4680引领材料变革,硅基负极产业化进程加速
1、硅基负极潜力巨大,产业化应用逐步成熟
高能量密度成发展趋势。4680 电池采用硅基负极,能量密度达到 300Wh/kg。目前用户对能量密度需求越来越高,在石墨负极逐渐难以满足更高能量需求情况下,使用其他负极成为一种选择,4680电池作为特斯拉追求高能量密度的一种设计方案,使用硅基负极,或将引领硅基负极应用趋势。
2、4680推动硅基负极产业布局加速
当前硅基负极主要应用在消费电子、电动工具等领域,而4680电池将规模应用拓展到动力电池领域。目前硅基负极市场价在20-30万元/吨,与5 万元/吨人造石墨(中端)相比价格高出4- 6倍,而硅基负极的毛利率也能达到50%,目前应用上依然缺乏性价比。但参考 2022年5月, 石大胜华3万吨年硅碳负极项目可行性报告,规划硅基负极产能3万吨/年,测算的销售价格7万元/吨左右。随着硅基负极在动力电池领域渗透加速,未来产业化和规模化将降低硅基售价,叠加中游材料厂让利等因素,硅基负极性价比将逐渐提升。
各大负极厂商纷纷布局硅基负极。杉杉股份和贝特瑞在硅基负极布局较早,产品最为成熟,已实现量产并批量供货,并且在电动工具等领域得到了部分运用。石大胜华、硅宝科技、杰瑞股 份等公司目前虽普遍处于中试阶段,但扩产力度不小,硅基负极产能有望得到进一步释放。
3、适配硅基负极,碳纳米管渗透率或将提升
碳纳米管导电性能优,适配硅基负极。碳纳米管(CNT)是一种新型导电剂,可以降低降低锂电池的内阻,提高锂电池极片的粘结强度和电池循环寿命。与炭黑相比,碳纳米管可以在活性物 质之间形成的线接触式、面接触式导电网络更为充分,能够更加明显提升导电性能,碳纳米管可以有效降低阻抗,导电性能更好。在达到相同导电效果,碳纳米管的用量仅为炭黑的1/6- 1/3。此外,碳纳米管可以缓解硅材料在充放电过程中由于膨胀造成的结构坍缩,适配硅基负极。
单壁碳纳米管+硅负极性能更优,循环性能提升四倍。单壁碳纳米管解决了硅负极的关键和根本性问题,在硅负极颗粒体积膨胀并开始出现裂缝时,这些颗粒仍可通过 TUBALL 单壁碳纳米管保 持较好的连接,防止负极材料破裂,提升硅负极循环寿命和循环性能,循环性能可以提升四倍。

单壁碳纳米管提升15%电池续航里程。据OCSiAI,添加 TUBALL 单壁碳纳米管可生产内含 20%SiO的负极,电池能量密度可高达300Wh/kg和800 Wh/l,实现快充性能。在续航上,与目前市场优质的锂离子电池相比,含单壁碳纳米管的电池续航里程可提升15%以上。此外,添加单壁碳纳米管后可以将负极中的SiOX含量提高到 90%,能量密度可以实现达到 350Wh/kg。我们认为4680电池将带动硅基负极应用量提升,这或将带动单壁碳纳米管渗透率提升。