一、4680大圆柱性能提升显著，特斯拉躬身入局引爆需求
圆柱电池工艺最为成熟，防热扩散上亦有优势。按照封装方式不同，可以将锂离子电池分为圆柱、方形和软包，三种电池的组成要素区别不大，核心差异在于圆柱和方形电池采用了金属材料作为外壳，而软包电池采用了铝塑膜作为外壳。此外，在制造工艺上，圆柱和方形电池常采用卷绕的制造工艺，而软包电池常采用叠片的制造工艺。圆柱电池生产工艺最为成熟，在生产效率、良品率、投资成本、产品一致性等方面都有一定优势，例如在良品率方面松下的21700圆柱电池能够达到99%以上，远高于方形电池目前90%的水平。另外在安全性方面，圆柱电池单体容量低，单个电池热失控释放的能量小，且圆柱电池的弧形表面使得电芯之间的接触为线接触，相比于方形和软包的面接触，在一定程度上限制了电池之间的热传递，从而更不易引起热蔓延。
图表 1：不同形状三元电池对比
三元软包三元方形三元圆柱壳体铝塑膜钢壳或铝壳钢壳或铝壳制造工艺叠片卷绕卷绕平均能量密度（Wh/kg）260 240 250 工作电压（V）  3.71    3.71    3.65
单体容量（Ah）30-80100-300  3.5-24
循环寿命（次）150020001500 成组效率70%75%65%
安全性好差中
生产效率低中高
特斯拉超级工厂
圆柱尺寸增加能够提升能量密度和成组效率，降低系统成本和BMS难度。圆柱电池按尺寸大小可分为各种型号，如常见的18650即直径18mm，高65mm的圆柱电池，此外还有常见型号21700、4680。随着尺寸的变大，圆柱电池性能也会发生改变：1）提高能量密度，特斯拉Model 3的21700圆柱电池相较原来Model S的18650圆柱电池单体容量提升35%，能量密度提升20%以上。2）提高成组效率，圆柱电芯直径变大后，电池支架板和集流片孔变大，相应重量减轻，电池系统中电芯数量减少，同时焊接配件的数量也相应减少，提高了空间利用率。3）降低系统成本，随着单体电芯容量增大，辅助结构件比例降低，将会降低PACK成本，如21700电池相较18650电池系统成本降低了9%，而特斯拉4680电池成本相比21700更是下降了14%。4）降低BMS难度，圆柱电池单体容量较小，因此整车需要圆柱电池数量较大，如特斯拉model Y采用18650需要7000+个，21700需要4000+个，4680需要960个，电芯数量减少的同时也降低了BMS 的难度。
图表 2：不同尺寸圆柱电池对比
型号电池规格电池容量能量密度
4680 直径46mm*长度80mm 22Ah284.4Wh/kg
21700 直径21mm*长度70mm 4Ah254Wh/kg
18650 直径18mm*长度65mm    2.65Ah211Wh/kg
特斯拉4680大圆柱电池尺寸更为适宜，性能提升更为显著。圆柱电池尺寸增大虽然能够减少整
车电芯节数，降低BMS难度，但是从直径46mm开始，整车的续航开始下降，同时降本的边际效益趋缓，因此从提高续航和降低成本的角度，直径46mm是圆柱电池的黄金尺寸。而在高度方面，宝马采用的是4695方案，高度虽不及直径对性能的影响程度，但高度增加会提升径向散热难度，同时会增厚底盘厚度，影响设计美感和风阻。特斯拉4680大圆柱电池配合高镍正极、全极耳、高硅负极、干法电极、CTC等革命性技术，最终电池成本有望降低56%，续航里程提升54%，单位产能设备投资额下降69%。
图表 3：圆柱电池对续航和成本的影响
图表 4：特斯拉4680大圆柱电池性能提升显著
特斯拉主导大圆柱电池，带动多家整车厂入场，我们预计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。宝马4695电池有望在2024年量产，或许会成为
宝马未来纯电平台Neue Klasse的主力电池。此外，蔚来、江淮、保时捷、东风岚图等多家整
车厂也明确表示旗下车型会搭载4680大圆柱电池。我们预计2025年46系大圆柱渗透率接近
20%，需求量有望达到283.95GWh，接近21年全年动力电池装机量，年复合增速超过280%。
图表 5：整车厂4680布局情况
企业布局
特斯拉特斯拉已规划在美国加利福尼亚州、德克萨斯州、内华达州以及德国柏林的四个超级工厂自产4680电池。按照此前计划，其4680电池的年产量将在2022年达到100GWh、在2030年达到3TWh。
蔚来蔚来汽车正在自研4680圆柱电池和磷酸锰铁锂电池，并计划量产这两种电池，供给蔚来旗下车型及子品牌阿尔卑斯使用，该品牌定位20万-30万元市场区间，预计将于2024年上市。
江淮CBAK能源科技宣布，已与江淮汽车签署了一项为期三年的联合产品开发战略协议，联合开发包括4680型号的圆柱形锂电池及电池组。目前江淮汽车正在进行基于46系列的全新平台规划。未来将开发4680/46105系列电芯，并实现整包CTP。
宝马2022年9月9日，宝马宣布将从2025年起率先在“新世代”车型中使用全新的46系大圆柱电池，并与供应商在中国、欧洲、北美自贸区各建立2家电池工厂，共6座工厂，每厂产能20GWh。
Rimac 克罗地亚电动超跑制造商Rimac正在开发一种基于46系列电池的电池模组，目标是在2023年供应不少于4万电池组，到2028年达到不少于20万电池组。
图表 6：全球46系大圆柱电池需求测算
2021E2022E 2023E 2024E2025E 全球电动车销量（万辆）6501070147819442468
全球动力电池装机量（GWh）296.8535.22 783.10 1,088.43 1,456.16 圆柱电池占比（%）17%18%21%26%30%
圆柱电池装机量（GWh）48.97 96.34 164.45 282.99 436.85 46系大圆柱占圆柱渗透率（%）0%5%15%35%65%
电池厂家争先布局大圆柱，量产在即。自特斯拉2020年9月电池日发布4680电池后，全球电
池巨头都在加速推进4680电池的研发和生产。1)目前进展最快的还是特斯拉自产电芯，2022年
1月，特斯拉加州工厂成功下线100万颗4680电池，电池良率已从最开始的27%提高到了90%。
2)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。3)LG 4680电池预计2023年下半年投产，规划产
能9GWh；4)三星SDI计划2024年量产4680电池，规划产能8-12GWh。国内方面，1)宁德时代
规划了12GWh的4680电池产能，预计2024年开始量产；2)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；3)比克电池作为国内最早布局
4680电池的企业，产品系列齐全，预计2024年开始量产。