在当今能源领域,锂电池以其高能量密度、长寿命等优势,成为了众多电子产品和电动汽车的首选动力源。而锂电池的卓越性能,离不开先进的生产工艺和核心设备。
一、锂电池生产制造流程及核心设备
(一)生产流程
锂电池生产工艺分为前、中、后三个阶段。
· 前段工序将原材料加工成极片,核心工序为涂布。锂电设备前段设备价值占比约 40%,其中涂布机价值占 75%,辊压机价值大于分切机。随着三元材料的应用,前段设备价值占比还会逐步增加。
· 中段将极片加工成未激活电芯,主要设备包括卷绕机或叠片机及注液机等,价值占比约 30%。其中卷绕机价值占比 70%,目前市场集中度较高。
· 后段进行检测封装,核心工序是化成、分容,价值占比约 30%,其中化成分容系统占 70%,组装占 30%。
(二)前段:打造高质量极片
1. 前段工序
· 搅拌:使用锂电池真空搅拌机,将正负极活性物质在专用溶剂和黏结剂作用下,制成无气泡浆状物质。
· 涂布:将浆料均匀涂覆在金属箔表面,制成正负极极片,其对锂电池的一致性、循环寿命和安全性至关重要。
· 辊压:通过双辊压机压实极片,提高电池能量密度,增强活性物质与箔片的粘接强度。
· 分切:将极片切成所需宽度,要求无毛刺,避免影响电池性能。
2. 涂布机
· 作为前段核心设备,涂布机经历了刮刀式、转移式、狭缝挤压式的演化。狭缝挤压式涂布主要应用于动力电池,其先进程度直接影响电池化学性能和良品率。
· 涂布机设备的技术考察四个方面:涂布技术要满足不同厚度生产要求,精度控制在 2 微米以下;张力技术确保片路运行各段张力均匀;纠偏技术保证片路平稳运行实现精密涂布;干燥技术需改进风场、温度场控制等,在保证速度情况下减小风箱长度。
· 涂布效率也是重要指标,领先企业的涂布速度能达到 120m/min,涂布宽幅达 1400mm。
3. 辊压机
· 辊压意义在于压实极片,提高能量密度。合适的压实密度可增大电池放电容量、减小内阻等。但辊压过程可能出现极片厚度不一致、过压等问题,影响电芯性能和后续加工效果。
· 衡量辊压机技术先进程度主要看面密度、压实密度,当前领先设备能使磷酸铁锂正极材料比容量和压实密度达到较高水平。
4. 分切机
· 分切机将辊压后的极片分切到需要宽度,高端分切机具备波浪边分切功能和良好张力控制技术。极片分切工艺难点在于处理毛刺、波浪边和掉粉等问题。
(三)中段:高效完成电芯加工
1. 工序
· 中段工序包括卷绕 / 叠片和注液。卷绕机可分为圆柱形卷绕和方形卷绕,叠片机用于软包电芯生产。
· 锂电池中段设备强调个性化,对精度、效率、一致性要求高。目前卷绕机应用更普遍,但叠片机生产的软包电池具有诸多优势。
2. 卷绕机
· 张力控制是核心技术,张力波动会影响产品一致性。国内领先企业能做到圆柱电池张力波动控制在 5% 以下,方形电池张力波动控制在 10% 以下。
· 自动纠偏技术和卷绕速度也很关键,目前国内领先企业的圆柱电芯卷绕速度达 18 米 / 秒以上,方形电芯达 0.8 米 / 秒以上。
3. 叠片机
· 叠片机将正负极片和隔膜叠合成小电芯单体,再组成大电芯。叠片工艺生产的电芯内阻低、放电平台高、能量密度高、倍率性能佳,但操作要求高、生产效率低。
(四)后段:确保电池性能稳定
1. 工序
· 后段工序包括封装、化成分容、测试分选、模块装配及 PACK 等。化成分容是关键环节,通过充放电使电芯活性物质激活,形成 SEI 膜,影响电池性能。
2. 化成分容
· 化成分容及检测系统对充放电电压和电流要求严格,具有 “能量回馈” 技术的充放电机可解决散热问题,节电 60%-80%。充放电机最小工作单位是 “通道”,一个 “单元” 由多个通道组成。
二、锂电设备行业特点
(一)定制化研发,毛利率普遍较高
锂电设备厂商根据客户需求定制化开发,平均毛利率为 35%-45%,高毛利率有望保持。
(二)以销定产,存货中库存商品少,发出商品占比高
设备企业在满足客户个性化需求基础上提高标准化水平,交付时间通常为 2 - 6 个月,后段设备验收时间普遍在 9 个月到 1 年左右。
(三)高效率、一体化趋势增强
设备效率提升导致每 GWh 设备价值量下降,一体化设备如激光切卷绕一体机、涂辊分一体机等可提升产线效率。
(四)锂电设备行业进入门槛较高
· 资金门槛:收款模式导致付款周期长,新进入企业需有较强资金实力。
· 自动化率门槛:政府和电池厂商对自动化要求高,新企业需具备高自动化率水平。
· 客户粘性门槛:锂电池厂商对设备供应商粘性大,选择谨慎,一般不轻易更换供应商。
· 技术积累门槛:下游行业集中度提升,设备龙头地位稳固,新企业需长时间技术积累。
(五)行业国产化率提升,中后段设备盈利水平相对较高
· 国产化率不断提升,国内设备在价格和服务上优势明显。
· 技术领先的国产设备议价能力高,前段、中段、后段设备盈利水平依次提升。
三、竞争格局
(一)龙头企业
1. 前段设备:浩能、新嘉拓、雅康等企业在涂布机领域脱颖而出,但与国际一流仍有差距,国产化程度不断加深。
2. 中段设备:先导智能在卷绕机市场占有率突出,赢合、亿鑫丰等紧随其后;超业、佳的、格林晟占据叠片机市场,但面临大型企业冲击。
3. 后段设备:杭可科技、泰坦新动力、利元亨等为龙头企业,杭可科技技术领先,出口比例高。
(二)短期格局:设备龙头绑定大客户,短期地位稳固
下游电池大客户产能提升拉动上游设备商收入增长,先导、赢合、杭可等设备商客户均为行业领先电池企业。
(三)长期格局:锂电设备行业集中度会继续提升
· 下游大客户集中度提升,带动上游设备企业集中度提升。
· 设备企业横向整合加速,多工序集成设备成为亮点产品。
· 海外设备商逐渐丧失国内份额,高端国产设备替代取得突破。
在锂电池生产的中段设备领域,竞争也日益激烈。而亿鑫丰专注于中段设备的研发与生产,以精湛的技术和可靠的品质,为客户提供高效的卷绕推平一体机等设备。亿鑫丰设备兼容范围广,可做任意型号电芯,助力客户提升生产效率,降低成本,在锂电池生产的中段环节发挥着重要作用。选择亿鑫丰,就是选择专业与品质,共同开启锂电池生产的新未来。