（报告出品方/作者：华泰证券，申建国、边文姣）
尺寸升级只是起点，技术创新引领发展相较于 18650、21700 电池等传统电池，大圆柱电池依托电池尺寸的升级，实现了单体电 池及整体电池系统在能量密度上的提升，并降低了电池的制造成本。然而尺寸升级只是大 圆柱电池在形式上的改变，支撑大圆柱电池实现降本增效的核心来自于其在单体和系统层 面上的技术创新，例如在单体电池层面引入的无极耳及干电极技术助力大圆柱电池克服快 充、温升问题；在电池系统层面，大圆柱电池采用单侧出正负极的结构改善了整体电池系 统的电气连接方式，进而支持圆柱电池向更大尺寸方向发展。
复盘发展：特斯拉主导圆柱路线，逐步向大尺寸发展
开端：特斯拉联合松下开启车用圆柱电池商业化
1991 年，全球首款圆柱锂电池由索尼发布并正式投入消费电池产品市场，由此开启了锂电 池的商用时代。2008 年，特斯拉首款豪华轿跑车 Roadster 问世，创造性地启用了 7000 多 节松下制造的 18650 三元锂电池，由此拉开了特斯拉与松下长达十年之久的合作序幕，两 者的合作开创了纯电动汽车圆柱电池时代。2017 年，特斯拉与松下共同研发的 21700 圆柱 电池成功应用于 Model 3 上，采用 NCA+硅碳方案，单体容量较 18650 电池提升约 35%。 2020 年 9 月特斯拉召开“电池日”活动，推出 4680 大圆柱电池，带领动力电池行业进入 大圆柱时代。自此，整车和电池领域内各企业争相布局大圆柱电池，希望在下一代车型和 电池设计上争取主动权，抓住动力电池市场。
趋势：圆柱电池逐步向大型化方向发展，预计 46 系成为动力电池主流
从产品型号上看，从 18650 到 21700 电池再到即将实现量产的 4680 电池，圆柱电池逐步 向着更大的尺寸方向发展。按照特斯拉的规划，4680 电池相较于 21700 电池在性能上实现 大幅提升——电芯容量提升 5 倍，功率提升 6 倍，电动汽车续航里程提升 16%，逻辑在于： 单体电池容量提升后，整体电池组 pack 的空间利用率和成组效率得到相应提升，从而带来 电池组的能量密度提升以及成本的下降（4680 电池相比于 21700 电池，在电池组层面，每 千瓦时成本降低 14%）。
46 系电池兼具性能与经济性，是最优直径尺寸的大圆柱动力电池。在动力领域，圆柱电池 尺寸增大虽然能够减少整车使用的电芯节数，降低 BMS 的管理难度，然而也会带来性能和 安全方面的问题。据测算，电池容量每提升 10%，其循环寿命大约会降低 20%，充放电倍 率会降低 30-40%，同时电池会有 20%左右的温升，如果持续增大电池尺寸，则会面临牺 牲安全性所带来的风险。从直径 46mm 开始，整车的续航开始下降，同时降本的边际效益 也逐步趋缓，因此从电池的整体性能和成本两方面看，46mm 直径是当前生产工艺水平下 的最优解。目前在特斯拉的主导下，相关车企、电池厂等均以 46 系大圆柱动力电池体系为 主要研发对象。
在户用储能领域，大圆柱电池产品规格较多，尚未形成主流型号。不同于动力大圆柱电池 大多基于 46 系列，针对户用储能市场，各企业生产的电芯产品规格和型号均有所区别，亿 纬锂能、鹏辉能源的大圆柱电芯以 40mm 直径为主，海辰储能则以 46mm 直径为主，高度 覆盖 80-300mm，其余企业生产的户储用大圆柱电芯从直径 26mm-60mm 均有布局。一方 面是由于户储大圆柱电池产品尚处于早期发展阶段，未形成统一标准；另一方面，户储为 适配不同场景产品需求，定制化电芯需求较多。目前，多数企业正在重点布局大圆柱磷酸 铁锂电池，致力于通过工艺、材料的创新，实现电池循环寿命突破 5000 次，以满足户用储 能电池产品 10 年以上的使用需求。
技术创新：大圆柱电池从单体到系统全面升级
相比于传统电池，4680 大圆柱电池不仅仅是在尺寸上进行升级，更主要是在单体和系统层 面上进行了技术创新。在单体电芯层面，相比于 18650 和 21700 电池，4680 电池最大的 创新是新增无极耳技术，又称全极耳技术，通过缩短电子移动路径、扩大散热面积，改善 了单体电芯增大带来的热量增加问题，突破了电池的快充瓶颈。2023 年初，美国专利商标 局授予了特斯拉电池干电极领域四项专利，可用于降低电池使用成本、提高电池使用寿命， 意味着特斯拉在干电极领域取得突破。在电池系统层面，4680 电池采用单侧出正负极的结 构，有利于电池系统层面的电气互连，避免了导线连接造成的集流器失效问题，降低了部 件电阻并增加了电池的能量密度。
无极耳技术助力冲破快充瓶颈，克服大倍率充放电时温度升高的问题。无极耳的设计具体 为去掉原有极耳，在电池的一端使用导电涂层进行覆盖，让其与电池壳体直接接触，使电 子可以直接在集流体和电池壳体间进行传导，而无需集中在极耳处传导。相比于传统电池 技术，无极耳应用具备的优势：1）电子移动路径缩短 5%-20%，使内阻减小 5-10 倍；2） 显著避免电子偏移和过电位现象的产生，提升了电池寿命；3）导电涂层和电池壳体的接触 面积达到 100%，分散了发热区域，有效解决了电池发热问题。
德国亚琛工业大学 Hendrik Pegel 等人通过对比克电池提供的真实商业化的无极耳大圆柱 电池进行参数化建模，探究了不同条件下电芯的最优化充电时间和热管理策略，验证了无 极耳设计对电池充电效率和热稳定性能的提升。数据显示，在电芯不发生析锂的前提下： 在 20℃环境下，4680 圆柱电池能够在 12 分钟内完成从 10%到 80%SOC 的快充，快充性 能相比常规单极耳电芯提升三倍。
干法技术化简极片制造工艺，大幅降低制作成本。传统电池一般采用湿法电极技术，制作 过程中将活性材料与粘合剂、溶剂混合，干燥后压成电极材料并安装使用。而特斯拉设计 4680 电池时，创新引入了干电极技术，具体过程为不使用溶剂，直接将少量（约 5-8%） 细粉状 PTFE 粘合剂与正/负极粉末混合，通过挤压机形成薄的电极材料带，再将电极材料 带层压到金属箔集电体上形成成品电极，化简了湿法中的浆制、涂布烘干和溶剂回收过程， 极大提高了极片制备的效率，并节约了制作成本。
干法技术极大地提升了电池性能，且更加适配大圆柱电池体系。相比于传统技术，干法技 术制备的电极一方面具备更高的压实密度，可以容纳