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【行业动态】新能源锂电设备产业梳理

发表时间:2021-07-12 22:10



•动力电池是驱动行业高增长的核心因素;消费电池将在短期内驱动行业的成长性;储能电池是驱动行业长期增长的驱动因素。

•国内动力电池新一轮扩产高峰到来,锂电设备企业订单爆发

    •政府政策。新能源汽车补贴政策延长到2022年底。“30·60”“碳达峰”和“碳中和”战略的目标将持续推动新能源汽车行业维持高景气。

     •市场空间。国务院发布《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,提出到2025年新能源汽车(销量)渗透率达到20%左右。而2021年3月,我国新能源汽车(销量)渗透率仅为8.94%。

     •产能扩张。锂电设备行业经过2018-2019年的低谷期后,2020年,在国内动力电池迎来扩产高峰的背景下,锂电设备需求有望提速。2020年全年先导智能新签订单创历史新高,达110.63亿元(不含税)。

•海外汽车电动化加速,锂电设备需求持续旺盛

     •欧洲碳排放政策趋严,新能源汽车扶持政策持续加码,汽车电动化进程势不可挡;高额的罚款、严格的燃油车禁售计划倒逼车企增加新能源汽车产量占比;新能源车销量加速增长。2020年达139.5万辆,同比大增137%。

    •美国电动车行业天量刺激,拜登政府出台《基础设施计划》,提出要投资1740亿美元发展电动汽车市场;美国动力电池产能缺口巨大。

•中国作为全球最大的动力电池产销市场,已经培育出全球最具规模和技术优势的锂电设备供应企业,有望受益新能源汽车全球化浪潮,持续获得国内外订单。

    •锂电设备全球呈现中日韩三分天下的格局,中国已经基本完成国产化。国产设备指标不亚于海外,且性价比更高并及时交货。




锂离子电池按外形分为软包锂电池、方形锂电池和圆柱形锂电池。

1.软包电池:液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。在结构上采用铝塑膜包装,在发生安全隐患的情况下软包电池只会鼓气裂开。

2.方形电池:通常指铝壳或钢壳方形电池。

3.圆柱电池:分为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、钴锰混合、三元材料不同体系,外壳分为钢壳和聚合物两种。


与圆柱和方形电池相比,软包电池的内部构成要素差别不大,最大差异在于软包电池采用铝塑膜作为封装外壳,而圆柱和方形电池外壳主要采用金属材料。

产品性能方面,三者各具优势。软包的主要优势在于高能量密度和高安全性。方形电池具有结构简单、能量密度高、技术较软包电池成熟等优势,市占率较高。但同时,圆柱电池历史悠久、工艺成熟、支持高能量密度材料,电动车龙头特斯拉采用松下及LG 圆柱电池作为其动力电池产品;软包电池采用铝塑膜为封装材料,安全性好、重量轻、外形设计灵活,LG、AESC 等软包电池龙头产品供应日产、现代等公司动力电池。电池封装形式共同发展也决定了圆柱、方形、软包模组PACK 线将呈共同发展态势。


除了电池结构和性能的不同外,软包电池和方形电池的制作工艺也不同。在前段工序上,软包电池和方形电池的制作工序基本一致,因此前段工序所需的设备稳定。相反,在中段和后段工序上,软包电池和方形电池的制作工序区别较大。方形电池的中段工序主要为卷绕、焊软连接、卷芯入壳、焊顶盖和气密性检测等,而软包电池的中段工序主要为叠片、TAB 焊接、极耳贴胶、电芯平压测Hi-pot 和热冷压等。在后段工序上,方形电池的主要工序为化成、焊接封顶、分容测试等,而软包电池的主要工序为化成、TAB 套绝缘管、容量测试、其他测试等。因此,锂电池未来仍有改造升级的需求,技术路径的切换将导致设备置换的需求。


正极材料:多种技术路线并行,高镍低钴三元长期趋势不变,磷酸铁锂份额提升

在以高端乘用车为代表的重视能量密度的场景下高镍三元优势明显,份额将扩大,而在中低续航乘用车及储能领域,磷酸铁锂将凭借其性价比和安全优势换发活力。

在一段时期内高镍三元和高性能5/6 系三元、CTP 方案、刀片等磷酸铁锂电池多种技术路线将会共同发展,长期来看高镍三元和磷酸铁锂份额将两头持续提升。


负极材料:人造石墨占比持续提升,硅碳负极逐步应用

石墨作为负极材料未来几年内仍将是主流,对锂离子电池性能及安全性起着非常重要的作用。天然石墨虽具备成本和比容量优势,但其循环寿命低,且一致性较差。而人造石墨的各项性能则比较均衡,循环性能优异,与电解液的相容性也比较好。


隔膜:涂覆技术改善隔膜性能,湿法稳定干法提升

涂覆隔膜与普通基膜相比,具备热稳定性高、热收缩低、与电解液浸润性高的优点,能够提高电池的安全性。

涂覆隔膜是利用粘结剂在基膜上涂布PVDF 或陶瓷氧化铝,该技术主要应用在湿法工艺上。

锂电池隔膜的主要生产工艺主要分为干法和湿法,但湿法膜涂覆将是大趋势。

湿法和干法各有优缺点,湿法工艺薄膜孔径小而且均匀,薄膜更薄,但是投资大,工艺复杂,环境污染大。干法工艺相对简单,附加值高,环境友好,但孔径和孔隙率难以控制,产品难以做薄。

三元电池广泛采用湿法隔膜。


电解液:添加剂构筑企业护城河,价格上涨提升行业景气度

电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子的作用,是锂离子电池获得高电压,高比能等性能的保证。一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料在一定条件下按一定比例配制而成。

六氟磷酸锂是目前商品化锂离子电池中使用的最主要的电解质锂盐,作为锂离子电池电解质锂盐在电极上形成适当的SEI 膜,对正极集流体实现有效的钝化。


锂电铜箔:负极集流体主材

锂电池除了正极、负极、电解液与隔膜四大材料外,用于存放正负极材料的集流体也是重要辅材之一,其主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来形成较大的电流对外输出。铜箔和铝箔由于具有良好的导电性、氧化保护膜、质地较软有利于粘结、制造技术较成熟、价格相对低廉等优势被选择作为锂电集流体的主要材料,其中正极电位较高铜箔的容易发生嵌锂反应因此多采用铝箔,而负极电位低铝箔已形成锂铝合金因此一般采用铜箔。从工艺上看,负极活性物质由负极活性物质碳材料、导电剂、粘合剂均匀混合后,涂覆于铜箔集流体表面,经干燥、辊压、分切等工序,制得负极电极,因此对于负极来说铜箔的质量对负极制作工艺及电池性能有很大影响。

锂电铜箔核心技术主要体现为锂电铜箔厚度、单位面积质量、抗拉强度、延伸率、粗糙度、抗氧化性等技术指标。

伴随新能源汽车领域对动力电池性能的要求不断提升,锂电铜箔也在向高密度、低轮廓、超轻薄化、高抗拉强度、高延伸率等方向发展,应用端以8μm 锂电铜箔向6μm 切换为例,应用薄型化铜箔可以直接提升电芯3%-5%能量密度。而生产端以科创板上市公司嘉元科技为例,公司产品从2001 年的单面毛35μm到2018 年的双面光6μm 极薄铜箔,再到2019 年的5μm 和4.5μm 极薄铜箔,整体上轻薄化趋势非常明确。



涂布工艺

涂布是制备正负极极片的第一道工序,涂布机将搅拌后的浆料均匀地涂在金属集流体箔材上并烘干制成正、负极片,涂布厚度精确到2μm 以下。涂布机制造难度高,客户定制要求多,需要长时间认证,成本占整体设备的20%左右。在行业起步初期,日韩涂布机供应商凭借先发优势在一致性和稳定性方面保持优势,经历多年发展,国内设备厂商凭借国内市场端与成本端的优势已经成功反超海外企业,涂布机国产化率超过80%。国内设备与下游电池企业良性互动研发,本土设备厂商工艺不断突破,在涂布机精度、自动化程度方面达到世界领先水平。以公司为例,璞泰来子公司新嘉拓研发的二代宽幅高速双面涂布机,涂布宽度最大可达1400mm,在主流的800mm 幅宽基础上,相同速度下增大75%的产能;其技术水平已达到6um 基材100m/min 涂布速度量产,优于国外同行业8um 以上基材40-70m/min 水平;并可实现全自动化生产。

锂离子电池极片制造关键工序为涂布。夹缝式挤压型涂布机是一款应用狭缝挤出式涂布模头对基材进行非接触式涂布的一款设备。该设备通过配置狭缝挤压涂布模头、精密计量供料系统与进料阀体配合可实现连续涂布和条纹涂布两种类型的涂布功能。目前主流锂电池涂布机的辊面宽度为750mm,涂布速度为70m/min。国内主要的涂布机设备商为璞泰来(新嘉拓),赢合科技和科恒股份(浩能科技),其中赢合科技的双层狭缝式挤压涂布机的辊面宽度最大可达1600mm,极限涂布速度可达150m/min。


卷绕工艺

锂离子电池电芯的制造工艺主要有卷绕和叠片两种工艺方法。圆柱形全自动卷绕机是圆柱形电芯制造设备。设备用于正、负极片开卷纠偏后,正/负极耳进行超声波焊接、贴胶,极片入片后同隔膜一起卷绕成圆柱形电芯,在完成切断,贴终止胶带,烫孔,直径检测,短路检查后,最后用传送带送出至ATC 电芯自动装盘。国内主要的卷绕或叠片机的设备商为先导智能,赢合科技,其中赢合科技圆柱形全自动卷绕机的卷绕速度常规可达35ppm,目前也可以做到45ppm,可6 小时不停机的水平,产品合格率为99.5%。



我国锂电设备厂商技术积累深厚,近年来不断加深与下游头部客户的绑定,逐渐走向海外。

1)前段设备核心企业包括新嘉拓(璞泰来旗下)、雅康精密(赢合科技旗下)、浩能科技(科恒股份旗下),三者体量相近,合计约占国内涂布机市场的半壁江山,但是国产前段设备在技术上与海外仍有一定差距,尚未实现完全国产化。

2)中段设备核心企业包括先导智能,赢合科技等。先导智能是中段设备霸主、宁德时代核心供应商,同业中业绩体量国内最大;并在后段设备也有深厚积累,具备锂电设备整线生产能力。赢合科技在前段涂布机、辊压机和中段卷绕机等领域有丰厚的积累。目前来看,国产中段设备已实现对海外的超越,并进入了外资电池厂的供应链。

3)后段设备核心企业包括杭可科技、先导智能、星云股份等。杭可科技专攻化成、分容等后段设备,客户包括LG、三星等消费电子巨头,并拓展成为LG动力电池后处理设备供应商。先导智能并购珠海泰坦后,分享母公司优质客户,使泰坦迅速做大做强。


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