特斯拉电池日故事惊喜连连or稀松平常

1、内容目录 HYPERLINK l _TOC_250007 故事一：电芯设计大电芯与无极耳 5 HYPERLINK l _TOC_250006 故事二：正负极材料硅负极与少钴化 7 HYPERLINK l _TOC_250005 负极材料：坚定硅负极路线 7 HYPERLINK l _TOC_250004 正极材料：重镍轻钴为未来方向 9 HYPERLINK l _TOC_250003 故事三：电池工厂干法电极与产能扩张 13 HYPERLINK l _TOC_250002 故事四：电池系统：一体化与结构化电池 18 HYPERLINK l _TOC_250001 聚焦提效降本 19 HYPER

2、LINK l _TOC_250000 投资建议 21图表目录图 1：特斯拉 4680 电池 5图 2：此前的 2170 电池 5图 3：电池极耳示意图 6图 4：无极耳电池结构 6图 5：无极耳电池截面结构 6图 6：特斯拉坚定硅基负极之路 7图 7：特斯拉负极成本将显著下降 7图 8：材料颗粒粉化示意图 8图 9：锂离子电池 SEI 膜生成过程 8图 10：特斯拉解决硅膨胀问题思路 9图 11：核壳体系图 10图 12：不同的正极材料对应不同车型与产品 10图 13：本地化供应原材料降低成本 11图 14：简化生产流程 11图 15：钴的价格远高于三元材料其他元素（元/吨） 12图 16：特

3、斯拉干电极技术展示 13图 17：干电极技术简化工序 13图 18：由活性材料、粘合剂和导电添加剂组成的最终粉末混合物 13图 19：混合物经过压光处理形成连续的自支撑的干涂层电极膜 13图 20：Maxwell 干电极工艺过程示意图 14图 21：宁德时代的正极材料搅拌机 14图 22：特斯拉 Giga 1 的电极涂覆干燥机 14图 23：Maxwell 干电极性能优势 15图 24：NCM811 干电极工艺制造的材料放电电压分布图 15图 25：硅碳负极干电极工艺制造的材料放电电压分布图 15图 26：干法电极与湿法电极的放电倍率性能比较（NCM111+C） 16图 27：特斯拉高速连续电

4、池产线 16图 28：特斯拉工艺电子化降本 16图 29：特斯拉动力电池产能规划 17图 30：特斯拉结构化电池设计 18图 31：特斯拉电池系统的优化 18图 32：Model 3 铸件示意图 18图 33：Model Y 铸件示意图 18图 34：特斯拉电池技术合力降本 19图 35：特斯拉降本时间路线图 19图 36：比亚迪刀片电池 19图 37：宁德时代 CTP 方案 19图 38：2019 年全球动力电池装机份额 20图 39：2020 年上半年全球动力电池装机份额 20图 40：特斯拉 Plaid Model S 20表 1：硅材料显著提升负极比容量和能量密度 7表 2：硅负极材料

5、在应用过程中产生的问题 7表 3：解决硅体积膨胀的几种方式 9表 4：正极材料的分类和应用 11表 5：高镍和高压方案对比 11表 6：蜂巢能源无钴正极材料开发关键点总结 12故事一：电芯设计大电芯与无极耳增大电芯尺寸。从应用于 Model S/X 的 18650 电池到应用于 Model 3/Y 的 2170 电池再到最新款的 4680，特斯拉不断调整电芯尺寸、提高电池能量密度、降低电池成本。新款 4680 电池的电芯直径为 46 毫米，长度为 80 毫米；与前款相比，能量密度增加 5 倍，电池功率提升6 倍，续航里程增加 16%。图 1：特斯拉 4680 电池图 2：此前的 2170 电池

6、资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心电芯尺寸的变化能够有效提升功率和能量密度。电芯尺寸的变大，能够在很大程度上提升功率和能力密度，从一定程度上来看，尺寸越大，容量越高，与此同时，单个电芯尺寸增加也意味着电池结构件使用量呈现下降趋势，使得电池包成组难度得到相应地下降。但电芯尺寸的增加可能会引发散热和鼓胀等相关问题。在散热性上，由于电芯尺寸的增加，电池内部发热部分距离壳体的距离拉长，致使传导介质增多，热量分布不均的问题也进一步凸显；与此同时，在充放电过程中，由于电芯尺寸加大导致的受力面积越大，有可能致使电池壳壁的形变，由此引发电芯内阻增加和局

7、部的电液枯竭。无极耳技术有望解决问题。传统电池是将多层材料压成薄片之后，卷起放入圆柱形的外壳中，通过阴极耳和阳极耳连接到电池容器的正极和负极。极耳是锂离子聚合物电池产品的一种原材料，一个极耳由两片胶片把金属带夹在中间形成，是从电芯中将正负极引出来并形成回路的金属导电体。极耳与电池壳体（圆柱/方形）或外部模组结构件（软包）进行连接，电流必须流经极耳到达电芯外。传统圆柱电池一般采用单极耳设计，一方面极耳细长不利于电流传导，另一方面电阻会随着长度的增加而相应提高，电池充放电时易使极耳和极耳连接处局部热量过大，影响电池寿命，也存在安全隐患。此外，由于极耳是额外的零件，其设计也增加了成本并提高了制造难度

8、。图 3：电池极耳示意图资料来源：特斯拉，搜狐新闻，安信证券研究中心特斯拉此前已披露了“无极耳”电池技术专利。此前，特斯拉的无极耳专利技术展示了至少一个电极为无极耳的电池技术通过激光技术将传统电池的极耳结构切割。新电池结构包括：涂覆第一涂层的第一盖板，且其沿宽度近端的第二部分由导电材料构成；第一盖板上方为隔膜，隔膜上方为第二盖板，并涂覆第二涂层。将各基板、隔膜、涂层沿中心更加密集卷绕，使正负极集流体能够与壳体或专门设计的盖板直接连接，电流即可直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导。图 4：无极耳电池结构图 5：无极耳电池截面结构资料来源：特斯拉专利申请书，安信证券研究中心资料来源：特斯拉专利

9、申请书，安信证券研究中心无极耳技术多方面帮助电池持续改善。无极耳技术对电池性能的提升体现在多个方面：1）突破圆柱电池的尺寸限制，使得功率重量比优于带极耳的小电池；2）增大电流传导面积、缩短电流传导距离（约 5%-20%），从而大幅降低电池内阻（约 5-20 倍）；3）内阻降低减少了热量产生，电极导电涂层和电池端盖的有效接触面积达到 100%，也有力提升散热能力，延长电池寿命；4）优化电池结构、简化生产工序，每千瓦时成本降低 14%；5）省去极耳焊接过程，提高生产效率，也降低了因焊接产生的不良率。故事二：正负极材料硅负极与少钴化负极材料：坚定硅负极路线坚持硅负极路线，使用重新设计的硅材料。特拉斯

10、在电池日中表示，1）目前通过使用高弹性的聚合物材料如氧化亚硅或者硅纳米材料来解决硅基负极的膨胀问题，可提升 20%的续航里程。2）鉴于目前硅材料的应用技术十分昂贵，特斯拉表示将使用重新设计的硅材料，将原材料硅直接运送到电池工厂进行加工，预计负极成本仅需 1.2 美元/kWh，将最终使电池生产成本下降 5%。图 6：特斯拉坚定硅基负极之路图 7：特斯拉负极成本将显著下降资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心硅基负极是新一代的负极材料。目前大多数锂电池是以碳基为负电极，但是电池的容量是由正负极之间可循环的锂决定的。如果正极放出的锂每次都被负极所

11、消耗，那么回正极的锂就会减少。由于硅常温下可以和锂合金化，并且具有 10 倍于石墨的理论单位放电量，也可以有效提高锂电池单位体积内存储的电量。同时，兼具有储量大、成本低、环境友好的优点，因此硅负极材料已成为下一代的负极材料。正极容量（ m Ah/g）负极容量（ m Ah/g）能量密度相对值能量密度提升幅度3501-200500（5%-8%硅）1.1212%800（20%硅）1.2626%表 1：硅材料显著提升负极比容量和能量密度资料来源：艾新平博士：硅基负极的表面改性和修饰，安信证券研究中心然而，硅负极材料储锂过程中的高膨胀率将导致部分应用问题的出现。硅负极在充放电过程中，即和锂发生反应的过程

12、中存在严重的体积膨胀，体积膨胀率可达到约 360%，这将有可能导致电池的材料颗粒粉化和电极脱粉，进而产生循环性能不佳的问题；与此同时，体积膨胀率过高将导致表面 SEI 膜的重复生长，造成低循环库伦效率等问题。表 2：硅负极材料在应用过程中产生的问题弊端结果产生问题储锂过程中体积膨胀率较高材料颗粒粉化电极脱粉循环性能较差表面 SEI 膜的重复生长低循环库伦效率资料来源：艾新平博士：硅基负极的表面改性和修饰，安信证券研究中心材料颗粒粉化和电极脱粉影响循环性能。在充放电过程中，硅负极材料的体积膨胀会产生裂纹，之后使得材料颗粒粉化，破坏电极材料与集流体的接触性，其次膨胀产生的力对极片形成挤压效应，使得

13、极片存在断裂的风险，进而影响电池整体的循环性能。图 8：材料颗粒粉化示意图资料来源：有理有据，搜狐新闻，安信证券研究中心SEI 膜不断重复生长将使锂离子电池容量不断衰减。当电池充满电解质且进行第一次充电时，正极材料的一些锂离子会被负极、电解质和锂离子之间的反应消耗掉。这种寄生反应形成 SEI（Solid Electrolyte Interphase，固体电解质界面）。SEI 是电池的重要组成部分，因为它可以防止电解质与负极中的碳反应。但是问题在于，一旦进行第一次充电，在放电过程中从负极返回正极的锂离子就会损失一些。结果导致了“第一次循环容量损失”，这种现象在所有常见类型的锂离子电池中很普遍。而

14、在硅基负极体系中，SEI 膜会随着硅体积的膨胀而发生破裂，新暴露在表面的硅会继续生成新的 SEI 膜，这样一来将不断地消耗来自正极的锂和电解液，电池的内阻将持续增加，容量也将迅速衰减。图 9：锂离子电池 SEI 膜生成过程资料来源：科路得，小木虫，安信证券研究中心理论上目前已有多种方式解决硅体积膨胀的问题。目前从理论上，材料颗粒粉化问题可以通过纳米化、多孔化和合金化减小硅的绝对体积膨胀来解决；电极脱粉问题可以采用表面键合的粘合剂维持电极结构完整性来解决；而表面 SEI 膜重复生长的问题，目前可以利用硅的高活性的悬空键构建致密，稳定的包覆层。方式具体描述解决问题表 3：解决硅体积膨胀的几种方式纳

15、米化通过减小硅材料的粒径，缩短锂离子的扩散距离，提高锂离子嵌入脱出的电化学活性，从而降低硅在充放电过程的体积变化多孔化增加其内部空隙，为硅在脱嵌锂过程中的体积膨胀预留缓冲空间，缓解材料的应力，并提高锂离子往材料内部的输运效率合金化引入第二组元形成 SiM 合金，利用 M 基体的延展性、成键特性有效降低硅合金的体积膨胀系数，并利用高的电子导电率来提高电荷传递硅体积膨胀导致的材料颗粒粉化等硅体积膨胀导致的材料颗粒粉化等硅体积膨胀导致的材料颗粒粉化等表面键合的粘结剂-解决电极脱粉，维持电极结构完整性氧化亚硅+碳包覆制备氧化亚硅，并在其基础上进行碳包覆硅体积膨胀导致的表面SEI 膜的重复生长，并提高循

16、环性能资料来源：艾新平博士：硅基负极的表面改性和修饰，电池材料综合平台，安信证券研究中心特斯拉将通过纳米化和聚合物材料包覆的方式解决硅膨胀问题。从特斯拉的解决方案来看，我们预计其会在生硅基础上，无论是用硅材料还是用氧化亚硅，都将通过缩小硅材料的粒径，缩短锂离子扩散距离，同时利用纳米硅间形成的间隙缓解硅的体积膨胀问题，与此同时，通过表面高分子材料的包覆，有可能构筑起稳定致密的 SEI 膜和包覆层，提高硅负极循环库伦效率。图 10：特斯拉解决硅膨胀问题思路资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心正极材料：重镍轻钴为未来方向重镍轻钴，核壳体系。从金属的角度来讲，镍能量密度相较于其他元素较高，且

17、成本较低，而钴由于资源的稀缺性导致成本较高，价格昂贵，在此基础上，特斯拉将重视正极材料中镍的应用，减少甚至消除钴的应用；与此同时，我们预计特斯拉会持续使用表面改性中的核壳体系，由于电池的热稳定性和循环性要求，需要在正极中掺杂其他元素，采用核为镍酸锂，壳为掺杂其他元素的镍酸锂的方式，可以有效避免镍酸锂内核和电解液的接触，且由于是表面改性，降低了掺杂引起的潜在比容量损失。图 11：核壳体系图资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心不同正极材料对应不同车型和产品。特斯拉准备针对不同的车型和产品使用不同的类型的材料。磷酸铁锂将在未来被广泛用于 Model 3 和储能领域；同时，似乎镍锰二元正极材

18、料将用于少部分储能和其他长续航乘用车型；高镍将被用于皮卡和卡车。图 12：不同的正极材料对应不同车型与产品资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心建立正极工厂，实现本地化供应。同时，特斯拉宣布在北美建立正极生产工厂的计划。公司会在美国对镍和锂两种资源实现本地化生产线和供应链。同时，简化镍的提取过程，使得整体正极材料生产流程得到进一步简化，实现成本的下降。图 13：本地化供应原材料降低成本图 14：简化生产流程资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心目前电动汽车用正极材料主要是三元和磷酸铁锂。三元正极材料对应的锂电池在同等条件下具有能量密

19、度高，续航能力强的特点；而磷酸铁锂电池具有安全性好，成本低的特点，两者被广泛应用在电动汽车领域。其中，三元材料又可以分为 NCM（镍钴锰）和 NCA（镍钴铝）两种。正极材料工作电压（V）可逆容量(m Ah/g)材料比容量(Wh/kg)优缺点应用领域钴酸锂3.9180702能量密度高、成本高、安全性不高-改性锰酸锂4110440比能量低、成本低、安全性好物流车为主，大巴车和乘用车等磷酸铁锂成本低、寿命长、高安全性、比能量低、 大巴车为主，乘用车和低温性能差物流车等三元（NCM）3.8180680比能量高、成本较高、安全性一般乘用车为主，物流车等三元（ NCA）3.8180680比能量高、成本较高

20、、安全性一般乘用车为主，物流车等富锂3.6270972预期比能量高、寿命尚未满足条件尚未实现规模化应用表 4：正极材料的分类和应用3.4155527资料来源：黄学杰博士：正极材料和电池技术安信证券研究中心整理三元正极材料将朝高镍化和少钴化两个趋势发展。在三元材料中，镍和钴是主要的电化学活性元素，其中镍拥有较高的能量密度，而钴则在一定程度上能够帮助维持材料层状结构稳定、改善材料循环和倍率性能。锂离子在低镍三元材料中迁移活性较低，此外，与钴相比镍的电压更高，容量更大，因此为了不断提高三元正极材料的比容量，镍含量的提高是必然趋势，与此同时，由于钴资源的稀缺性，决定了钴价格相对昂贵，若要体现三元正极材

21、料的性价比，就要实现少钴化甚至无钴化。高镍路线主要有高镍路线和高压路线两种方式。目前，从理论上来说，高镍路线，或者说提升电池能力密度路线主要有两种，其中，高镍方案，是通过提升比容量较高的镍材料在三元材料中的占比，形成能量密度的提升；而高压方案则是通过在保证正常运行的前提下，提升充电电压，形成能量密度的提升。方案镍含量充电电压（ V）材料特性循环寿命热稳定性其他高镍方案90%4.2-4.35对空气不稳定，合成困难一般差倍率性能较高高压方案低（50%）4.6-4.5对空气稳定，合成工艺简单差一般钴含量较高提升成本表 5：高镍和高压方案对比资料来源：CATL，安信证券研究中心钴资源稀缺性带来的高成本

22、倒逼三元材料去钴化。钴的使用导致正极材料的成本超过三元电池总成本的 40%，而且在某种程度上，钴元素并不参与电池的电化学反应。目前全球超 70%的钴金属供应来自刚果，钴资源的稀缺性使得目前每吨钴的价格仍远高于三元材料所用的其他元素。图 15：钴的价格远高于三元材料其他元素（元/吨）电解锰镍板钴铝8000007000006000005000004000003000002000001000002020-08-312020-06-302020-04-302020-02-292019-12-312019-10-312019-08-312019-06-302019-04-302019-02-282018

23、-12-312018-10-312018-08-312018-06-302018-04-302018-02-282017-12-302017-10-302017-08-300资料来源：Wind，长江有色市场，安信证券研究中心但无钴化目前仍面临一定挑战。由于钴能够帮助维持材料层状结构稳定、改善材料循环和倍率性能，因此无钴化有可能将导致电芯的倍率性能降低，内阻增大。且去除钴元素后，电芯的锂镍混排概率增加，表面的活性也升高。因此三元电池的结构循环稳定性和高温性能存在的挑战将更大。因此无钴化目前仍面临一定挑战。无钴正极材料的实现需要形成元素比例、新元素掺杂、包覆和前驱体的协同。根据蜂巢能源 NMX 无

24、钴正极材料的基本开发思路来看，无钴正极材料的实现需要形成元素比例、新元素掺杂、包覆和前驱体的协同，在元素比例上，对镍和锰的比例进行设计（特斯拉认为镍三分之二，锰三分之一是较优解）达到最优状态，使得镍锂混排降低到最低，同时具有较低的内阻。其次掺杂部分元素，针对导电性、内阻和循环稳定性进行优化。包覆方面，通过纳米化网络或其他方式进行有效包覆，致力于锂离子扩散系数和导电性提升。在前驱体方面，优化粒度分布和颗粒强度，有效提高无钴正极材料性能。领域方式表 6：蜂巢能源无钴正极材料开发关键点总结元素比例优化镍锰比例新元素掺杂通过掺杂，进一步降低镍锂混排和内阻包覆方式纳米化包覆，关注扩散系数和导电性前驱体优

25、化粒度分布、颗粒强度、比表资料来源：蜂巢能源，安信证券研究中心故事三：电池工厂干法电极与产能扩张特斯拉正式推出干电极技术工艺。特斯拉在 2019 年以 2.35 亿美元的价格收购了 Maxwell，并获得了其超级电容、干电极、负极补锂等相关技术。其中，在电池日特斯拉正式推出干电极的技术工艺应用，其通过先对电极进行湿法处理，然后进行干法处理加工，以此来简化相关工序，据特斯拉披露有望简化工序，但目前技术工艺并未正式开始应用在量产领域。图 16：特斯拉干电极技术展示图 17：干电极技术简化工序资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心特斯拉的干电极工

26、艺全部通过无溶剂方式执行。从粘接原理来看，特斯拉的干电极工艺通过将混入活跃的负极或正极材料颗粒的 PTFE（聚四氟乙烯，粘合剂）原纤维化，形成负极或正极材料的自支撑膜（self supporting film）。总体来说，特斯拉的干式涂覆电极技术由三个步骤组成：(1)干粉混合；(2)粉末成膜；(3)薄膜成集电极层；全部以无溶剂方式执行。且所有干粉材料均使用特斯拉专有的干式涂覆工艺进行混合，通过调整薄膜加工条件来控制材料的负载重量和活性层厚度，可以生产出多种干膜电极结构。图 18：由活性材料、粘合剂和导电添加剂组成的最终粉末混合物图 19：混合物经过压光处理形成连续的自支撑的干涂层电极膜资料来源

27、：Maxwell，安信证券研究中心资料来源：Maxwell，安信证券研究中心特斯拉（Maxwell）的干电极工艺简单，成本优势领先。工艺过程从电极粉末开始，如特斯拉的 NCA 正极粉末，将少量（约 5-8）细粉状 PTFE 粘合剂与正极粉末混合，然后将混合的正极+粘合剂粉末通过挤压机形成薄的电极材料带，将挤出的电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。工艺过程如下图所示。总体来看，干电极提供了许多优势，包括简化工序情况下带来的制造成本降低，消除溶剂毒性，使液体敏感电池化学反应的应用和提高电池性能，特别是在高能量密度时，与传统的湿涂层电极相比，放电倍率性能更好。图 20：Maxwell 干电极

28、工艺过程示意图资料来源：Maxwell，安信证券研究中心相较于传统方式，干电极是一种工艺创新。传统的锂电池制造工艺：使用含有粘合剂材料的溶剂，NMP（N-甲基吡咯烷酮）是其中一种常见溶剂。将具有粘合剂的溶剂与负极或正极粉末混合后，把浆料涂在电极集电体上并干燥。这种湿法涂覆技术存在着溶剂毒性、电极材料与溶剂之间反应、涂覆电极物化性质的不良变化等缺点，而且制造工艺需要巨大、昂贵且复杂的电极涂覆机，制造成本高昂。而无溶剂干电极工艺使电池的负极和正极不使用溶剂，使用粘合剂和导电剂代替溶剂。该方法可以帮助使电极比常规做法更厚，电池中的电极材料越多，它可以存储的能量就越多，而且干法工艺还可以使用高能量密度

29、的液体敏感材料生产电极，而这些材料不能用于湿法涂覆工艺。Maxwell 声称，这可以将电池容量提高到300Wh/kg，比现有的最佳电动汽车电池高出 20。除此之外，在成本方面，干电极使制造设备支出成本更低，由于没有溶剂烘干蒸发环节能量使用更少，溶剂本身的成本节省及溶剂后处理成本。同时，无溶剂可以很好的解决负极补锂的工艺难题（SEI 膜持续生长机理），显著提升锂电池的能量密度和循环寿命。图 21：宁德时代的正极材料搅拌机图 22：特斯拉 Giga 1 的电极涂覆干燥机资料来源：CATL，安信证券研究中心资料来源：Maxwell，安信证券研究中心干电极工艺带来多方面增益。在能量密度方面，具备 30

30、0 Wh/kg 的能力，未来有可能突破 500 Wh/kg；相对于如今 250 Wh/kg 附近的顶级 NCM 锂电池，这是化学技术上的重大改进。在循环性能上，可能将锂电池的寿命延长 1 倍以上。而在成本改善上，该技术还可将电池成本降低 10到 20+，每辆车最高可节省 2000 美元成本。图 23：Maxwell 干电极性能优势资料来源：Maxwell，安信证券研究中心利用 Maxwell 的干法涂覆电极技术，可以制备 NCM 811、NCA、LFP、LTO、硫碳、硅碳负极等多种正负极干电极。Maxwell 实验室通过干电极技术涂覆技术制造 NCM 811 正极和硅碳负极电池，可以显著提高电

31、池的放电容量。根据 Maxwell 数据，NCM 811 干电极在放电结束时表现出典型的稳定电压平台放电曲线。硅碳负极干电极在 0.5V 左右产生了硅锂脱盐的电化学特性，显著提高了能量密度。图 24：NCM811 干电极工艺制造的材料放电电压分布图图 25：硅碳负极干电极工艺制造的材料放电电压分布图资料来源：Maxwell，安信证券研究中心资料来源：Maxwell，安信证券研究中心干电极对于高能量密度和高倍率的电极更为有利。Maxwell 的干式涂层电极技术使聚合物粘结剂网络具有独特的电极微结构，允许活性材料与导电碳网络间具备高离子导电性和电子接触性。作为一种无溶剂工艺，该结合机制是由活性材料

32、颗粒表面的点接触构成相互连接的网络。这种干法连接结构不那么突兀，可以使锂离子更好地进入活性物质颗粒。这一特点对于高能量密度和高倍率的电极极为有利。通过干式涂层电极和湿式涂层电极之间的案例比较（两种电极均以 NMC111 为阴极，以石墨为阳极，在相同浓度下用不同的粘结剂材料制备）：放电倍率测试结果表明，在高能量密度的电极中，干式涂层电极的容量保持率远高于湿式涂层电极。图 26：干法电极与湿法电极的放电倍率性能比较（ NCM111+C）资料来源：Maxwell，安信证券研究中心同时，特斯拉在组装和其他工艺上持续降本。在组装上，特斯拉致力于形成大体量、连续性的组装，通过 1 条组装线匹配 20gwh

33、，能够将效率提升 7 倍。而在工艺电子化方面，特斯拉将通过电子系统形成多个电芯同时的定型加工和管控，在此基础上，特斯拉预计成本将节省 86%，程序将节省 75%。图 27：特斯拉高速连续电池产线图 28：特斯拉工艺电子化降本资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心特斯拉自产电池产能扩张规划，2022 年 100GWh，2030 年 3TWh。特斯拉计划在 2022 年自产电池产能将达到 100GWh，2030 年到 3TWh，从 2022 年开始的复合增长率近 53%。图 29：特斯拉动力电池产能规划资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究

34、中心故事四：电池系统：一体化与结构化电池延续一体化设计思路。参照飞机发动机一体化设计（指将发动机、短舱、吊挂与飞机机翼一起经过权衡分析、反复迭代和优化设计，最终得到最佳推进系统的优化动力装臵装机构型的设计与装配过程），特斯拉也将一体化设计和制造的理念持续延续，对新能源车头部和尾部进行一体化设计，合金铸造等。结构化电池设计。参考飞机将邮箱内臵于飞机设计的结构中，特斯拉将把电池直接内臵在汽 车结构中，这将有效减轻车辆的整体重量，减少中间工序，与此同时，搭配碳纤维支架，形 成一个蜂巢状结构，并减少零件耗费量，特斯拉预计此措施将进一步缩短整个制造过程约 10%的时间，且创造出的新空间可以装进更多电池，

35、提升约 14%续航里程。图 30：特斯拉结构化电池设计图 31：特斯拉电池系统的优化资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心此前，从 Model 3 到 Model Y 的转变已体现出一体化设计的理念。特斯拉此前为 Model Y运用的是多向铸造机铸造的一体化车身，通过压铸机，目前 Model Y 仅需要两块巨大铸件进行一体化车身构筑，随着电池日一体化路线的再提出和升级，预计未来将仅需一块铸件，而此前的 Model 3 则需要用到 70 块铸件，在当时的比较之下，Model Y 的生产周期被大大减少。图 32：Model 3 铸件示意图图 3

36、3：Model Y 铸件示意图资料来源：特斯拉官网，安信证券研究中心资料来源：特斯拉官网，安信证券研究中心聚焦提效降本特斯拉的电池技术有望使得续航里程有 54%的提升，每 KWH 成本节约 56%，投资额降低 69%。其中电芯设计方面将使成本下降 14%；负极方面，硅含量提升将使成本下降 5%成本，续航提升 20%；正极方面；重镍轻钴路线以及自制正极原料等将使成本下降 12%；电池工厂方面干电极技术和组装线效率提升，以及使用电子系统多电芯加工，将使成本下降 18%；电池系统方面一体化与结构化电池设计，将使集成度提升，预计降低 7%成本。因此以上技术成熟后，续航里程有 54%的提升，每 KWH

37、成本节约 56%，单 GWh 产线投资额降低 69%。但目前技术的成熟仍需要一点时间，预计于 2022 年开始实现提效降本。图 34：特斯拉电池技术合力降本图 35：特斯拉降本时间路线图资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心资料来源：特斯拉电池日发布会，安信证券研究中心持续降低成本依然是产业面临的首要任务。站在消费者的角度，最好的电池意味着在保障安全的基础上厂商可以提供的更便宜、续航更长、充电更快/性能更强的动力电池，至于是否是革命性的技术变化是次要的。Elon Musk 发布的 5 大黑科技，其实就是特斯拉的电动车产业的降本宣言，而在此之前，宁德时代和比亚迪也先后推出 CTP 理念和

38、刀片电池理念，专注于降本提效。图 36：比亚迪刀片电池图 37：宁德时代 CTP 方案资料来源：比亚迪，安信证券研究中心资料来源：CATL，安信证券研究中心动力电池的主角，短期仍是中日韩三国角力。电池日没有出现化学性质的革命性变化，特斯拉的 5 大黑科技，除干电极技术外，大电芯、硅基、高镍低钴、一体化设计等其他技术专业的动力电池厂商也都有积极的布局，比如宁德时代计划在 2023 年推出的 CTC（Cell to Chassis）技术等。短期来看，动力电池领域的主角在一定时间内仍然将是 CATL、LG、松下等龙头企业，从全球动力电池装机来看，2020 年上半年，全球装机基本形成三足鼎立态势，其中

39、松下、LG 化学和宁德时代市场份额分别为 26%、25%和 21%（宁德时代在一季度受疫情影响装机份额下降明显，二季度装机全球第一）；而从集中度来看，全球动力电池装机的集中度进一步上升，2019 年全球动车电池装机 Top 3 装机占比约 68%，到 2020 年上半年这一占比已提升至 72%。不过，特斯拉 2022 年 100GWh、2030 年 3TWh 的动力电池发展规划以及从上游锂资源到末端光充储一体化的能源体系建立，这些依然是值得我们重点关注和思考的问题。图 38：2019 年全球动力电池装机份额图 39：2020 年上半年全球动力电池装机份额其他32宁德时代29LG化学12松下27

40、其他28宁德时代21LG化学25松下26资料来源：Markline，安信证券研究中心资料来源：Markline，安信证券研究中心新款 Model S 发布，明年有望交付。与此同时，性能最强的车型 Plaid Model S 将开放预订，最快于 2021 年开始交付，从续航里程来看，特斯拉新款 Model S 是特斯拉车型中至今为止续航里程最长的车型，有望超过超过 520 英里（836 公里）。与此同时，该车性能达到了跑车水平，新款 Model S 上周于拉古纳赛道创下历史最佳记录，百公里加速时间约 2 秒，售价来看，目前加上补贴该车型普通版售价为 89,490 美元，三电机版售价为 134,4

41、90 美元。图 40：特斯拉 Plaid Model S资料来源：特斯拉官网，安信证券研究中心降本技术将会首先被用在平民化车型中。而特斯拉电池日所提的降本技术，在逐步实现后，将首先被用在其平民化车型（售价 2.5 万美元）中，规划将在三年左右推出售价为 2.5 万美元配套最新电池技术的平民化车型。投资建议虽无颠覆世界的革命性变化，但依然是碾压式的技术迭代。因疫情影响一再推迟的 2020 Annual Shareholder Meeting and Battery Day，终于在 2020 年 9 月 23 日揭开了神秘的面纱。为电池日造势许久的 Elon Musk，并未给关注者带来电化学层面的

42、颠覆性革命，业界所期待的百万英里续航电池和无钴电池都没有如期而至。然而，无极耳的 4680 电池、硅负极、去钴化、CTC、干电极等 5 大黑科技依然是在动力电池行业碾压式的技术迭代。同时，续航里程 836 km、百米加速低于 2.1 秒的 Model S Plaid 以及 2.5 万美元的高性价比版电动车继续引领全球电动车产业，丰俭由人的选择也让消费者为之兴奋。毫无疑问，持续降低成本依然是产业面临的首要任务。站在消费者的角度，最好的电池意味着在保障安全的基础上厂商可以提供的更便宜、续航更长、充电更快/性能更强的动力电池，至于是否是革命性的技术变化是次要的。Elon Musk 发布的 5 大黑科技，其实就是特斯拉的电动车产业的降本宣言。特斯拉预期其新的电池技术有望使续航里程有 54%的提升，每 kWh成本节约 56%以及投资额降低 69%。这些成本的下降