新能源汽车行业前沿技术专题研究：结构件卧式拉伸

动力电池封装方式可分为圆柱、方形、软包

方形、圆柱、软包是主流的动力电池三大封装方式。

圆柱电池：通常将正负极与隔膜被卷绕到负极柱上，以钢壳或铝壳进行封装，之后注入电解液，再封口；方形电池：通常使用卷绕或者叠片制造，是目前市场占比最高的产品结构；软包电池：通常采用铝塑膜包装，即在液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。常使用卷绕或者叠片制造。

方形、圆柱、软包电池性能比较

圆柱电池采取卷绕工艺，包括钢壳和铝壳两种，4680大概率使用镀镍钢，主要企业有松下、LG等；方形电池采取卷绕或叠片工艺，目前铝壳居多，主要企业有宁德、比亚迪等；软包采取卷绕或叠片工艺，采取铝塑膜封装，主要企业有LG、三星SKI等。

4680演进过程

日本SONY公司在上世纪90年代研发出最早的圆柱锂电池18650，此后18650电芯一直为圆柱电池主要型号，直到特斯拉宣布Model 3将启用2170，圆柱电池迭代进入下一阶段。2020年，特斯拉在电池日上宣布下一代电池选择为圆柱4680，该电池是2170圆柱电池直径两倍，且单体能量密度比以往提升5倍，大幅提升性能并降低制造成本。

常规的圆柱电池除形状外，结构与方壳电池类似。圆柱电池主要由正负极片、隔离膜、正负极导流盘、防爆阀、正负极盖板组成。

对称型的圆形产品让成型工艺有更多的可能。壳体由于产品热扩散的要求，需要使用钢材进行加工，同时为了规避钢材锈蚀的问题，需要在表面进行镀镍合金化处理。壳体、导流盘、盖板都需要进行圆形加工，双侧出极耳相应的导流盘和盖板都需要进行位置调整。

全极耳设计为了过流和热扩散。极耳的主要作用是作为极片与极柱的导电通路，决定了电池内阻和电池发热量。与立式极耳相比，全极耳设计把导电通路从局部小块，变成了整个平面的线形焊接，使发热量减少强化了快充性能。

4680电池，即直径46mm，高80mm的圆柱电池。特斯拉预计4680将在2170基础上，容量提升5倍，里程提升16%，成本下降14%。

2170和4680主要差别：1）快充提升性能提升、2）成本更低（结构件减少、BMS控制较简单、生产效率提升等）；3）工艺难度大幅提升（全极耳、封装差别等）。

动力电池壳体、顶盖的制造流程

立式冲压是借助冲压设备的动力，使金属材料在模具里受到变形力而产生分离或塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的冲压件。卧式冲压是利用专用模具将剪裁后所得的平板坯料制成开口空心件的方法，所用模具一般由凸模、凹模和压边圈构成。立式冲压主要用在工业、汽车、航空航天、电器和电池精密结构件等领域，冲压拉伸工艺主要用在五金件、易拉罐等领域。

壳体和顶盖的制造：壳体的生产工艺主要是冲压和拉伸，顶盖的生产工艺包括冲压、焊接、注塑等。

立式冲压工艺流程

立式冲压包括冲裁、弯曲、拉深和成型等工序。全球钢材中60-70%是板材，大部分板材通过冲压进行加工。

模具是冲压生产工艺的核心装备，其先进性直接决定冲压技术的先进性。因此，冲压件的特点为：1）尺寸与精度由模具保证，精密模具制造周期长、成本高；2）可用模具制造壁薄、质轻、刚性好、形状复杂的零件；3）节约成本。通常不需加热毛坯和大量切削金属，不但节能，而且节约金属。4）适合大量生产，比较高效。

卧式冲压通常用来加工精度比较高和尺寸比较薄的易拉罐罐体。在拉伸开始时，平板扭料同时受凸模压力和压边圈压力作用，其凸模的压力要比压边圈的压力大得多。坯料受凸模向下的压力作用，随凸模进入凹模，最后坯料被拉伸成开口的筒形件。

拉伸的重要应用领域是两片罐制造，冲杯和拉伸是其核心工序。拉伸模具的特点为：1）设备价值量高，精度高；2）拉伸生产节拍很快，成本低。PPM可达1000以上，远超冲压数十级的PPM水平，折旧成本大幅摊薄。

易拉罐制造的拉伸工艺适用于圆柱对称结构，在圆柱型动力电池领域具有可行性。目前拉伸工艺制造铝壳产品可量产，但钢壳仍处于产品研发阶段。

4680对于电池的核心要求是使用钢材、高精度、低成本和兼容更高长度电池壳生产。传统机械件公司主要以立式拉伸为主，在钢材壳体的制造上有量产进展，并通过了下游验证。而卧式拉伸的制造工艺，在尺寸精度、生产成本和尺寸兼容性上有更大的空间，钢材壳体的技术应用也在加速开发中，对于立式工艺有一定的技术冲击。

行业空间测算

目前各封装路径的占比约为：圆柱7%，方形70%，软包23%，考虑到大圆柱生产成本低，知名主机厂强推等因素，假设25年方形占比约65%，圆柱20%，软包15%。

目前结构件成本约占电池成本10-15%，每Wh结构件约0.55元，考虑4680将搭配CTC技术，节约结构件成本等因素，预计25年结构件成本下降至0.4元/Wh。（报告来源：未来智库）

若卧式冲压走通，其将在4680电池生产中占主导地位。预计25年圆柱结构件空间156亿元，其中4680（及以上尺寸）占比将达到80%以上，对应4680结构件市场空间从0提升到125亿。

主要从事卧式拉伸公司的进展

卧式拉伸设备近20年基本由美国STOLLE、 德国SCHULER、日本Asahi占据主体份额，STOLLE的DWI卧式冲压机是之前制罐厂的主流设备。斯莱克的冲压设备与STOLLE技术相当，并且成本更低。

昇兴股份两片罐的核心设备冲杯机和拉伸机均向STOLLE采购，其铝瓶的高速生产技术与斯莱克的DWI技术基本相同。斯莱克从二片罐的卧式冲压设备和DWI工艺延伸至电池壳生产中，昇兴股份凭借二片罐领域的多年技术积累和同源设备，有望复刻斯莱克的发展。

昇兴股份：包装领军企业或凭借同源技术跨界锂电

昇兴股份是我国包装领军企业，主要产品包括三片罐、二片罐以及铝瓶。下游核心客户包括养元饮品（六个核桃）、天丝红牛、王老吉、银鹭、青岛啤酒、华润啤酒、百事可乐、可口可乐、锐澳、元气森林等品牌。

公司近年来盈利表现欠佳，主要原因是：1）三片罐客户销量较差，供货价格及产能利用率不理想；2）自15年后，国内二片罐市场持续低迷，处于行业出清期，利润较差收入占比提升，但因为二片罐业务目前仍 处于底部回暖阶段，盈利能力亦处于回升期，从而拖累整体净利率水平；3）融资扩产财务费用率上行。

斯莱克：易拉罐设备制造商率先开始结构件布局

客户覆盖国内主要金属包装企业，主要竞争对手为海外厂商：公司客户包括奥瑞金、中粮包装等国内金属包装企业，同时向海外扩展业务；易拉罐设备行业经过多年洗牌，目前仅剩Stolle、Belvac、DRT等海外厂商能与公司竞争，国内其他设备商在技术水平上与公司差距较大。

技术领先，公司将DWI技术应用到锂电池电池壳领域，研发出大批量自动化生产线。生产率高达1200只/分钟，远高于行业的50-150只/分钟；并且圆柱钢壳一致性更好，材料利用率更高。子公司盛达新能源圆柱钢壳年产能30亿只，已向新乡弘力批量供货；安徽斯翔圆柱铝壳建设年产能3亿只，处于测试阶段，目标客户为国轩高科，宁德时代等。方形电池壳已完成了实验室模拟和部分主要生产设备的设计，量产项目正在建设，公司在结构件布局领先，据wind一致预期21/22年净利润1.3/2.5亿，对应111/58X。

科达利：全球动力电池结构件龙头

公司2017年在深圳中小板上市，产品主要由锂电池精密结构件和汽车结构件两类构成，具有先进的冲压加工技术和精密冲压配套设备，是国内最早从事动力锂电池精密结构件生产的企业之一。

龙头地位稳固，公司客户结构优秀。2020年，公司生产的动力电池壳及防爆盖板在国内市占率为80%，海外市场占有率60%。其电池结构件业务与宁德时代、比亚迪、力神、亿纬锂能、中航锂电等强势动力电池企业均建立深度合作关系，且也有尝试与LG、松下、Northvolt等海外电池厂商合作。公司2017-2018年业绩利润下滑主要原因是铜、铝材料价格大幅提升导致公司毛利率下滑，目前公司已有方法应对金属价格波动，据wind一致预期21/22年净利润5.0/9.5亿，对应82/43X。

4680还需要关注的环节：原材料-镀镍钢

我们认为4680电池壳大概率采用SPCC镀镍钢生产，主要原因是：1）结构强度强；2）壳体的绝缘性考虑；3）可实现NP（无热扩散）。

难点：镀镍钢的品质若不过关，可能会导致在冲压过程中镀层破裂，工序中的合金化是最关键环节。

进展：目前仍是海外厂商供应，包括TCC钢铁，东洋钢铁，新日铁等；国内在镀镍钢领先的是宝钢集团样品已经通过下游验证，后期宝钢可能会投建镀镍产线，进行镀镍钢生产。

报告节选：

（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。）