2021年圆柱锂电池未来发展趋势 深挖圆柱锂电池倍率性能优化空间

电芯工艺革新换代，深挖倍率性能优化空间。随着电动工具应用场景的多元化，瞬时充放电的需求日益提升，回顾历史从最初的10400再到现今最主流的18650以及正在逐步上量的21700电芯，高倍率已成行业未来确定的发展趋势。行业内主要围绕提升电池能量密度、功率密度、降低电池温升、提升高低温性能、提升电池滥用情况下的安全性能、提升电池的抗震性等方面继续开展项目研发，我们认为优化方向将主要集中于材料端和工艺端。

1. 圆柱锂电池材料端：高镍+硅基体系，聚焦能量密度提高

四大主要材料构成圆柱电芯，正极占据主要成本。圆柱型锂芯电池原材料主要系正极、负极、电解液、隔膜以及外壳等组件。以2.2Ah的18650电池为例，一个锂离子电池约重45g，其中三元正极材料重量约17.6g，石墨负极材料重量约9.0g，电解液重量约6.8g，隔膜重量约0.9g；以最新价格计算，三元正极/石墨负极/电解液/隔膜的成本占比分别为58%/7%/12%/4%。 

三元正极+石墨负极为当前主流材料体系，国内材料厂商为供应主流：由于对低温状态的性能以及电池能量密度的要求，目前电动工具用圆柱型锂电池以采用三元正极材料为主，并采用石墨负极或硅基负极。随倍率性能的进一步提升，对容量的需求会使得电池采用品质更高的高镍三元材料如NCM8系或NCA材料。在对品质及结构无特殊要求前提下，国产电芯原材料多来自于国内龙头材料厂。对于品质要求较高的高镍三元材料，部分厂家会选择国外厂商为主要供应商。 

材料差异性对电芯倍率起决定性作用。锂电池的电化学性能主要取决于体系材料的开发与结构设计，其中正负极的优化方向主要是通过缩短锂离子的传导距离以及提升电导率，从而提升倍率性能；而隔膜、电解液的优化方向则是趋向减小接触电阻以及提升SEI膜的稳定性。

图：影响高倍率锂电池放电性能的因素 

高镍三元或成未来高倍率主流正极材料。高镍材料如NCM8系等能让电池的可反应电子数增多，相比磷酸铁锂与常规三元材料能量密度显著更高，我们预计圆柱形锂电池未来也将步入高镍化发展大趋势。国内代表厂商如蔚蓝锂芯已形成了NCM与NCA兼具的锂电池路线体系。 

硅基材料有望成为石墨负极替代首选。硅基材料理论比容量高达4200mAh/g，约为现今主流材料石墨负极的10倍，同时在充电时可以避免表面发生的析锂现象，有着更好的安全性，未来如硅碳、氧化亚硅等材料的利用将显著提高能量密度并优化电池的高低温性能。圆柱型锂电池龙头之一长虹能源已有硅碳负极技术储备。

2. 圆柱锂电池工艺端：聚焦工艺创新，自动化+精细化大势所趋 

锂电芯生产分为三段工艺。圆柱型锂电芯生产工艺流程主要包括正负极极片制作、电芯装配、化成、高温老化、测试、分容、分选等。正负极极片制作为将以嵌锂化合物为主的正极材料与粘结剂、导电剂按比例调制搅拌均匀后涂覆在金属表面正极片，将以石墨为主的负极材料按比例调制搅拌均匀后涂覆制成负极片，最后按规定尺寸分切；电芯装配是将正负极极片卷绕组合并进行焊接、注液合成电芯；化成、高温老化、测试、分容、分选等工艺是成型必备工艺，其目的是激活电芯以在正负极材料表面形成SEI膜并进行分类以保证电芯生产一致性。

提升倍率聚焦制备工艺创新。除材料端优化外，制备工艺同样集中于减少离子传输距离，提升SEI膜稳定性等方向进行创新突破，如热压化成工艺可有效提高SEI膜稳定性并减少厚度，波浪形涂布可有效增加极片的孔隙率，增加极耳数量也可显著降低DCR。

图：热化成工艺制备电池倍率性能更好（D电池热化成制备） 

生产线自动化+精细化要求。圆柱锂电芯分为A品、B品、C品，其良品率与锂电设备的精细化程度高度相关。海外电动工具龙头对精细化要求普遍较高，采购的前提是电芯厂商配备韩国自动化生产线。目前技术前端的韩国生产线日生产效率为200ppm，从代表公司角度来看，蔚蓝锂芯具备多条200ppm生产线；长虹能源新增产能全面引进200ppm生产线，生产效率位于同业前列。 

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）