新能源汽车当前的痛点包括续航能力、充电效率、成本、安全性等，电池成为新能源汽车渗透率提升的关键。大圆柱电池拥有高能量密度、强快充、高安全、长寿命等相对优势，与中高端乘用车对于长续航和超快充的需求较为契合，成为了未来中高端电动车的最优解。目前各大企业积极规划布局大圆柱电池产线，大圆柱电池在2024年有望加速出货。

1、电池三种封装形式

按照封装形式来划分，锂电池可以分为方形、圆柱与软包三种形态。封装形式是指单体锂电池的封装结构，不同的封装形式对应不同的工艺制程，也对应了不同形态的电池精密结构件。目前，锂电池封装形式技术路线主要包括圆柱、方形、软包三种形式。

（1）方形：通常采用卷绕或者叠片工艺进行裸电芯的制作，以方形的铝壳或者钢壳作为封装材料。方形电池有成组效率高、单体容量大、结构简单的优点，但其一致性较低、散热难度大。

（2）软包：软包动力电池采用铝塑膜作为外壳，通常采用叠片工艺进行裸电芯的制作。软包电池有单体能量密度高、电化学性能良好、安全性高、设计灵活等优点，但其产品一致性要求更高、成组效率相对较低、成本相对较高。

（3）圆柱：圆柱电池通常采用圆柱形的钢壳进行封装，裸电芯制作采用卷绕工艺。圆柱电池具有一致性好、生产效率高、系统层面散热能力强，尺寸升级后可一定程度上改善其原本的单体能量密度低、模组所需电芯多及其导致的寿命差、管理复杂等问题。

2、圆柱电池发展历程

圆柱电池由索尼公司发明，早期应用于消费电池，特斯拉将其在电动车领域普及。1991年索尼公司发明全球首款商业化锂电池-18650圆柱电池，开启锂电池商业化进程。早期圆柱电池多用于笔记本电脑等消费类产品。2008年，特斯拉Roadster上市，搭载松下生产的近7000颗圆柱电池，开创电动汽车应用圆柱电池的先河。2017年，特斯拉与松下联合推出21700圆柱电池并搭载于Model3中，该电池采用NCA+少量掺硅负极方案，单体容量较18650电池提升约50%。2020年9月，特斯拉正式发布4680大圆柱电池，单体容量较21700电池提升5倍，并且成本实现进一步优化。

3、大圆柱电池优势

（1）能量密度得到提升

圆柱电池向大直径发展，能量密度得到提升。特斯拉21700电池较18650电池实现了单体能量50%的提升；4680电池较21700电池能量提升了5倍，功率提升了6倍，续航对应提升16%。随着电池尺寸的增大，电池不贡献能量密度的结构件等重量或体积占比会减小，从而电池的能量密度可以得到提升。此外，单体电池尺寸和容量提升后，整体电池包的空间利用率和成组效率得到相应提升，从而带来电池包的能量密度提升以及成本的下降（4680电池相比于21700电池单KWh成本降低14%）。

（2）兼顾续航和经济性

46mm外径是兼顾续航和经济性的设计方案。在动力领域，圆柱电池尺寸增大虽然能够提升能量密度、减少整车使用的电芯节数，降低电池管理系统的管理难度，然而也会带来性能和其他方面的问题。

大圆柱电池的高度尺寸则主要是与整车厂的底盘和电池包设计有关，目前主流的高度尺寸为80/95mm。其中，80mm高度设计以特斯拉为代表，而95mm高度设计以宝马为代表。

（3）能够实现快充具备安全性

大圆柱电池是目前几种主流电池形态中安全性最高的，因其应力均匀，散热性能好，电芯数量下降与无极耳设计等降低了电池的热管理难度，叠加泄压阀、集成结构件等技术增强了电池包的结构强度。由于大圆柱电池采用无极耳技术，缩短了电子电流在电池中的移动距离，从而能够大幅提高充电速度。

1、目前方形电池是主流路线，圆柱市场份额较低

2022年方形电池占国内动力电池装车量93.20%，圆柱占比仅4.50%。由于宁德时代、比亚迪等方形电池厂商在国内的统治性地位，2022年方形电池在国内的份额达到了93.20%，相对其他两种封装形式的电池拥有绝对的优势。

2、圆柱电池日韩企业市场率领先，46系未来将成为汽车和储能用电池的主流型号

根据EVTank数据显示，目前圆柱电池日韩企业全球市场率领先。2022年全球主要圆柱电池企业的竞争格局进一步优化，行业集中度持续提升，日本松下、韩国的LGES和三星SDI三家企业在圆柱电池的市场合计份额由2021年的48.9%增长到2022年的59.7%，LGES的市场份额提升最为明显。EVTank的研究表示，圆柱电池未来需求端的增长将以汽车和储能为主，以4680、4695等为代表的大圆柱电池在2022年实现了小批量的生产并预计在未来将迎来大批量出货，成为汽车和储能用电池的主流型号。

3、各大车企和电池企业跟进大圆柱设计方案

特斯拉4680电池发布以来，全球主要车企及电池厂积极跟进，纷纷布局大圆柱电池。特斯拉在2020年9月的电池日推出了4680电池。2023年6月及10月，特斯拉第1000万颗及第2000万颗4680电池相继下线，意味着特斯拉在6-10月的生产速度已达到250万颗/月。此外，松下也在美国进行了4680电池的布局，以满足特斯拉的需求。国内电池企业亿纬锂能、国轩高科等也已有大圆柱电池项目落地。

车企积极布局大圆柱电池。除特斯拉加速推进4680电池落地及大规模应用外，宝马、通用、江淮等海内外车企均已公开宣布将使用或考虑使用大圆柱电池，大圆柱电池的批量应用进程有望提速。

电池企业快速推进大圆柱电池的研发及工业化，大圆柱电池在2024年有望加速出货。基于应用端对大圆柱技术的广泛接纳，目前全球已超50家企业布局大圆柱电池产品并进行了产能规划，其中达GWh级产能规划的企业超15家。特斯拉目前已有2座工厂开始4680电池的批量化生产，其长期产品端方面，旗下Model Y AWD车型已实现装机，同时搭载4680电池的电动皮卡Cybertruck车型也将进入批量交付阶段，远期特斯拉还计划在电动卡车Semi上应用大圆柱电池产品。亿纬锂能等开始起量，2023年行业产能预计达12GWh。2023Q3起特斯拉4680大圆柱电池生产效率已明显提升，预计特斯拉自制电池2024年将加速量产，亿纬锂能2023年底已量产4680电池，预计2024年有望加速量产并实现装车。

4、企业加速布局储能市场，助力大圆柱需求提升

户用储能未来几年需求仍有望高增长。户用储能电池技术路线以磷酸铁锂为主，主要包括方形、软包及圆柱等不同类型电池，其中方形以50Ah-100Ah为主，软包为30Ah-80Ah，圆柱为10Ah-50Ah。

大圆柱磷酸铁锂电池备受户用储能市场的青睐。目前，户用储能系统容量正从3kWh-5kWh向5kWh-20kWh迭代，储能系统的升级对电池容量、成本、功率以及安全性提出了更高的要求。大圆柱电池得益于无极耳技术、制造工艺和材料体系优化，在单体容量、成本、性能、循环和安全方面优势明显。

多家企业密集布局大圆柱磷酸铁锂储能电池。2023年1月24日，特斯拉首次确认不仅会将4680电池用在电动汽车上，还会将其拓展到储能领域，例如户储电池Powerwall。国内包括亿纬锂能、鹏辉能源、海辰储能、航天锂电等不少电池企业自2022年已经规划或开始布局适用于储能市场的磷酸铁锂大圆柱电池。

大圆柱电池上游包括正极、负极、电解液、结构件等材料及制造设备。中游为大圆柱电池制造商。下游为应用领域。大圆柱电池将推动电池结构设计变化及电化学体系优化与迭代。

1、大圆柱电池在设计与工艺实现全面升级

（1）生产技术

大圆柱电池采用全极耳技术提升快充性能、增大散热面积。极耳是从圆柱电芯中将正负极引出的金属导电体，主要成分为铝和铜，是电池充放电的接触点。全极耳技术是将电子的传输路径从沿极耳到集流盘的横向传输变为集流体纵向传输。

全极耳技术优势在于：1）提高安全性：电子流通路径缩短，电池发热量有望明显下降。同时全极耳设计增大了极耳端面的散热面积，增强电池的热稳定性。2）提升倍率性能：全极耳设计降低电池内阻，提高电子流动速度，提高快充性能。

特斯拉提出干电极技术，简化工艺、降低成本。干电极技术是指将PTFE（聚四氟乙烯）粘合剂与正极/负极活性材料混合，再通过喷涂或者高温挤压等方式形成材料带，然后将电极材料带层压到集流体上形成电极。

干电极技术优势在于：1）简化工艺：省却了传统湿法工艺中将具有粘合剂的溶剂与正极/负极粉末混合后，将浆料涂在集流体上干燥的环节。2）降低成本：节省了溶剂的原料成本与溶剂使用、蒸发、回收的设备成本。3）电极性能好：粘合剂以纤维状存在，使得电极活性物质与导电剂颗粒接触更为紧密，电极的导电性好、容量高、充放电速度快。4）兼容负极补锂工艺：干电极技术无需使用有机溶剂，因而负极补锂时可以直接使用锂粉，以此优化首效低的问题。

（2）生产流程

结构件和工艺方面，随着产业化放量大潮将近，相关电池公司扩产意愿逐渐明朗，极耳激光切割、揉平、激光焊接等设备环节面临着升级需求，以激光设备和激光器为代表的设备有望率先受益，同时由于电池结构件的复杂程度提高，单体价值量随之提升，围绕特斯拉产业链的结构零件和零件材料公司有望受益。

大圆柱电池生产流程主要包括：电极制备、电芯卷绕、组装、注液、化成、分选等几大工序。大圆柱电池与21700电池生产工艺差别之处主要在于：极耳模切与揉平、集流盘焊接等工序。

极耳模切/卷绕：部分设备企业致力于打造激光模切卷绕一体化，新产品技术迭代加快。无极耳结构对激光切割的速度、精度提出更高的要求，也增加了卷绕环节的难度，其中卷绕张力控制、卷绕速度及效率都是影响电池产品良率的关键。部分企业从设备集成化着手，通过结构和功能的创新设计，将激光切割设备、卷绕设备、极耳成型结构集成，大幅节约占地面积，并降低了成本和能耗。

极耳揉平：无极耳揉平工艺产生新需求。在大圆柱电池制造工艺中，无极耳电芯卷绕后通常端部不平整且有较多毛刺，为避免电芯入壳时对电池外壳的内侧壁造成刮伤，需对电芯端部进行揉平处理，待电池卷芯的断面平整后再与集流体焊接。

新型无极耳揉平技术有望打开新的市场空间。目前，逸飞激光通过创新开发的行星式揉平整形技术，在正负极集流体许用应力范围值内，实现了无极耳高速、无损成型，严格控制了因摩擦导致集流体受损、破裂产生的粉尘与颗粒。骄成超声采用的超声波揉平设备具有所需压力小、揉平过程变形小、箔材紧密程度高、需要能量小，瞬间功率小等特点，近年来已与宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等锂电头部企业建立了良好的合作关系。

激光焊接：设备有望实现单体价值量提升，并受益于大圆柱电池放量，迎来量价齐升。无极耳圆柱电池规模化生产应用的核心在于通过激光焊接实现集流体与集流盘、正负极盖板的全面积焊接。极耳数量的增加对焊接的精度、质量、一致性提出了更高的要求，促使激光工艺设备从传统电池的脉冲激光器点焊，转变为4680的连续激光焊接设备，激光焊接工序从5道增加至7道。

电池包结构设计方面，部分大圆柱电池采用CTC（电芯集成到汽车底盘）设计。圆柱电池壳体可提供一定的结构刚性，因而能够在受到外部冲击后更好防止形变影响电芯内部结构，与CTC设计具有更高契合度。

2、化学材料变化：大圆柱电池推动电化学体系优化与迭代

化学材料方面，技术创新使得大圆柱电池具备更高的安全上限，相比于21700电池，大圆柱电池可以适配高镍正极、硅基负极等更高能量密度的化学体系，从而充分发挥其优势，这进一步推动了大圆柱电池材料体系的更新：为解决硅基负极的膨胀问题，导电剂需要使用单壁碳纳米管；为适配正极高镍化，需要提升新型锂盐LiFSI的用量比例。

（1）正极材料：助力高镍与超高镍材料需求快速增长

大圆柱电池需要提升单体电芯能量密度：大圆柱电池相较目前主流的方形电池成组效率较低，需搭载更高能量密度的材料来提升单体电芯的能量密度，从而保障其成组后保持可观的能量密度。

提升正极材料能量密度的主要技术路径为高电压化和高镍化：动力电池的性能主要取决于能量密度这一核心指标，而正极材料的能量密度高低将直接影响动力电池的综合表现。容量与电压两者共同决定了材料的能量密度。

（2）负极材料：更适配掺硅负极，碳纳米管搭配使用

硅基负极是负极材料发展方向：目前，石墨负极材料的比容量性能逐渐趋于理论值。为进一步提升动力电池的能量密度，新型负极材料正在积极研发中，其中，硅基材料由于具有极高的能量密度（理论比容量为4200mAh/g，是石墨负极材料的10倍）、较低的脱锂电位以及相对出色的安全性能，有望成为下一代负极材料研发的主流方向。

大圆柱电池更适配硅基负极：硅基负极材料在能量密度方面有明显优势，但是硅基负极材料的膨胀较大，在电池多次充放电过程中极片容易受到损坏从而导致循环寿命下降。

特斯拉自产4680电池采用硅负极：在2020年9月22日的电池日上，特斯拉表示计划采用冶金硅作为原材料，通过离子导电高分子进行涂覆、以及特殊胶粘剂（Binder）混合的形式，通过包覆方法以及改进粘结剂的方式来提升性能。

（3）电解液：新型锂盐LiFSI用量有望稳步提升

新型锂盐LiFSI更加契合大圆柱电池高电压、高倍率的特点。与传统的六氟磷酸锂相比，LiFSI在导电性、化学稳定性、热稳定性等方面均具有更出色的表现，进而能够增强电池的宽温性、高安全等性能。

企业积极扩产LIFSI，成本和性能将决定开工率。LIFSI最开始由日本触媒于2013年开始量产，且受工艺壁垒高、提纯过程复杂等影响，该产品呈现垄断特点。随着2017年前后国内企业陆续开展中试，如天赐材料、康鹏科技、新宙邦等公司相继突破技术瓶颈，逐步打破日韩企业垄断格局。国内厂商积极扩产，2023年底总产能预计超过7万吨，其中国内产能超过94%。

（4）导电剂：单壁碳管更适配高镍+硅负极体系

高镍正极和硅基负极带动碳纳米管（CNT）需求。高镍正极导电性能差，CNT更契合需求。硅基负极理论比容量高但应用面临较大挑战：1）硅材料体积膨胀率达300%（碳材料为16%），材料易粉化；2）负极活性物质易脱落；3）SEI膜处于破损修复动态阶段，厚度持续增加，界面阻抗提高，活性物质消耗。

碳纳米管（特别是单壁碳纳米管）是硅基负极的理想导电剂之一：1）导电性能优异；2）弹性高、机械性能强；3）比表面积大、中空结构优；4）改善倍率特性、高低温性能等。

多壁碳纳米管市场方面，国内天奈科技行业领先、2022年市占率达到40.3%，集越纳米、道氏技术等亦有可观份额；海外企业来看卡博特收购三顺纳米切入该领域，LG化学依托自身化工优势自研自用，日本东丽凭借碳材料领域优势积极服务海外电池客户。单壁碳纳米管是导电剂发展新机遇，OCSiAl超前布局谋求先机。

（5）补锂剂：提升能量密度，改善首圈效率

补锂剂能够优化电池首圈效率和循环寿命。负极表面在形成SEI膜过程中，会不可逆消耗一定量的正极活性锂，进而造成首圈效率低、循环寿命差等问题。

根据所作用电极的差异，补锂可分为正极补锂和负极补锂。负极补锂多使用锂粉、锂箔等产品。负极补锂虽然作用更加直接且性能改善更明显，但是由于金属锂活性高使用难度大、锂粉难溶于粘结剂等问题，使得其量产存在较大困难。正

补锂剂未来有望在大圆柱电池领域得到广泛应用：1）动力电池领域：硅基材料存在首圈效率低的问题，补锂剂能够显著提升其首圈效率并改善其循环寿命，推进硅材料产业化进程。2）储能电池领域：添加补锂剂后将进一步优化体系循环寿命。

1、高端市场46系将逐步替代2170，中低端市场仍然以方形铁锂为主

在三元圆柱电池市场中，基于更优良的能量密度，快充性能和热稳定性，能够认为46系电池有望逐步替代2170电池，在2023-25年中逐步提升在中高端车型中安装量占比。

2、预计2026年全球大圆柱电池装机量有望达到381GWh

综合考虑目前的市场情况，假设如下：（1）动力电池装车量在2026年达到2061.2GWh，同时大圆柱电池在动力电池中的渗透率达到18%；（2）户储电池装车量在2026年达到172.3GWh，大圆柱电池渗透率达到6%。预计2026年全球大圆柱电池装机量有望达到381GWh。