2021年中国锂电叠片设备现状分析,国产替代趋势将日益明朗「图」-不锈钢3D打印工厂

2021年中国锂电叠片设备现状分析,国产替代趋势将日益明朗「图」-不锈钢3D打印工厂插图

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一、锂电叠片设备产业概述

1、产业定义及竞争优势

卷绕/叠片为锂电池中段电芯装配工序的最核心环节。卷绕为通过控制极片的速度、张力、尺寸、偏差等因素,将分条后尺寸相匹配的极片及隔膜、终止胶带等卷成极芯的一种生产工艺。叠片则将极片与隔膜交替堆叠在一起,最终完成多层叠片极芯的一种生产工艺。

叠片形成的电池具有更高的电池能量密度、更稳定的内部结构、更高安全性和更长循环寿命等优点,也存在设备效率低、设备投资额较高、良率低、控制难度大等缺点。

锂电池主要中段工艺对比

2021年中国锂电叠片设备现状分析,国产替代趋势将日益明朗「图」

资料来源:公开资料整理

2、工作流程

叠片工序是将模切完成的正、负极片与隔膜间隔堆叠成电池的裸电芯。叠片主要有Z 字型叠片和制袋式叠片两种形式,Z 字型叠片即将模切完成的正、负极片直接与隔膜间隔堆叠形成电芯;制袋式叠片是在叠片前增加制袋工序,将模切完成的正、负极片分别装入隔膜袋内,叠片时仅将正、负极片袋间隔堆叠即可形成电芯。叠片电芯制作设备工序复杂、控制严格,存在安全因素多,曾一度成为锂离子电池制造的瓶颈。

叠片机工作流程示意图

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资料来源:公开资料整理

3、分类状况

目前叠片机技术路线主要分为4类:Z字型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷叠一体机。其中Z字型叠片机和切叠一体机本质均为Z字型叠片,也是国内应用较为广泛的机型;热复合叠片机最大的特点为实现正极、负极和隔膜一次性完全切片堆叠,有效提高了叠片及电芯的质量和生产速率,相对而言技术难度更高;国外以LG新能源为例,采用的是卷叠一体机,效率较高但受LG专利保护。

叠片机分类对比情况

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资料来源:公开资料整理

二、锂电政策背景

发展高性能动力锂离子电池产品已在产业政策及发展规划中明确提及。2018 年12 月工信部锂离子电池安全标准特别工作组召开针对电动工具用锂电池规范和安全要求征求意见二稿的讨论会;2019 年10 月,国家发改委发布《产业结构调整指导目录(2019 年本)》,其中明确锂离子电池为鼓励类产业。

锂离子电池相关政策历程

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资料来源:公开资料整理

三、叠片设备产业现状

1、占比锂电设备价值量

从锂电设备价值量来看,其中,涂布机是前端工序的核心,价值量占比最高,约占50%;中段设备中卷绕机价值量占比最高,约占42%左右,但随着软包电池逐渐受市场青睐,适用于软包电池制作的叠片机有可能代替卷绕机的价值地位。

2017-2021年中国国产锂电设备设备市场规模及增长率

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资料来源:GGII,华经产业研究院整理

2020年中国锂电设备价值占比情况

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资料来源:公开资料整理

2、市场规模

就我国锂电叠片设备市场规模变动情况而言,随着国内新能源汽车销量提升叠加渗透率快速提升,锂电叠片设备需求持续增长,尤其是2021年市场规模出现大幅度增长,达32亿元,目前国内动力电池仍存在较大渗透空间,将带动锂电叠片规模持续扩张。

2019-2021年锂电叠片设备市场规模及增长率

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资料来源:GGII,华经产业研究院整理

3、需求量

未来随着软包电池占比不断提升,在动力电池电芯长薄化趋势下,叠加我国新能源汽车的渗透率也将不断提升,动力电池领域叠片机需求将持续增长,测算得到2025年叠片工艺动力电池需求量合计有望超300GWh。

2020-2025年中国动力电池叠片机需求量及预测

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资料来源:公开资料整理

4、国产化率

目前国内锂电设备与国外先进设备在自动化、工艺精细度水平上已逐渐接近甚至超越国外设备,带动锂电设备国产率大幅上升。数据显示,2021年锂电设备国产化率达85%以上,前端设备的技术相对要求高,我国企业部分技术落后于国外,目前核心设备向高端化转型,部分达到国际先进水平;中后道设备技术壁垒较低,工艺相对简单,国产设备已达国际先进水平,其中叠片国产化水平达88-92%左右。

2021年中国主要锂电设备国产化率对比

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资料来源:公开资料整理

相关报告:华经产业研究院发布的《2022-2027年中国叠片机行业发展趋势及投资战略咨询报告》;

四、叠片设备竞争格局

1、主要企业

国际先进企业在叠片机方面投入较早,包括韩国DA、韩国mPLUS、德国MANZ等在专利和知识产权保护下具备优势,目前叠片机效率为0.17-0.2秒/片,而国产设备以双工位居多,效率普遍在0.5-0.8秒/片,相较国际水平仍有差距。

当前设备厂商正积极寻求叠片设备、工艺突破,努力将叠片工艺向高效率、高精度、高良品率方向推进,从而在方形电池中加强竞争力。目前先导智能热复合叠片机和双工位切叠一体机叠片效率已达到或超出日韩设备水平;利元亨正在开发的整机超高速叠片工艺有望解决叠片工艺效率问题;此外例如奥特维、博众精工等光伏和3C行业设备商也不断涌入叠片机环节,或将不断推动叠片路线变革并持续提升叠片效率。

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资料来源:公开资料整理

2、先导智能

先导智能叠片机技术行业领先,拥有叠片速度0.125s/pcs的热复合叠片机,为行业领先。2021年先导智能叠片设备出货量高达400余台,累计已交付500台+,拥有发明及专利110+项,2022年3月披露新获200+台叠片机设备订单,预计22年叠片机出货量有望再创新高。

2017-2021年先导智能营收及增长率

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资料来源:公司公报,华经产业研究院整理

五、叠片设备需求端分析

1、产业链

叠片设备主要以各类别叠片机为主,上游主要控制器和伺服电机及钢铁等基础原材料主要的零部件,中游为叠片的生产制造商,国际企业具备先发优势,整体设备国际竞争力相对有限,产品效率存在一定差距,下游主要应用于软包电池和部分方形锂电池,以新能源汽车和智能手机为主要应用。

叠片机产业链简析

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资料来源:公开资料整理

2、需求端

就电池形态来看,软包电池只能采用叠片工艺;方形电池既可以使用叠片工艺也能够采用卷绕工艺,目前主流为卷绕工艺;圆柱电池只能采用卷绕工艺。圆柱、方形、软包各有优劣,成本、安全性、生产效率为重要衡量指标。由于形状不同,圆柱电池主要采用卷绕工艺;方形电池可以采用卷绕和叠片工艺,目前以卷绕为主;软包电池以叠片工艺为主。圆柱电池代表车型为特斯拉Model3、江淮iEV7;方形电池代表车型为宝马i3、小鹏G3;软包电池代表车型为日产Leaf、奇瑞eQ1。

三种不同封装结构电池对比

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资料来源:公开资料整理

随着技术进步带来的降本和终端市场消费升级,国内市场或将向欧洲等软包电池渗透率较高的国家看齐,有望带动叠片设备需求增量。新能源汽车产业需求整体扩张将是锂电设备发展的最主要动力,截止2022年7月我国新能源汽车渗透率已达22.06%。

2017-2021年中国动力电池细分类型占比结构变动

2021年中国锂电叠片设备现状分析,国产替代趋势将日益明朗「图」

注:圆柱电池占比涵盖LG、松下动力电池出货

资料来源:GGII,华经产业研究院整理

2014-2022年7月中国新能源汽车销量及渗透率

2021年中国锂电叠片设备现状分析,国产替代趋势将日益明朗「图」

资料来源:中汽协,华经产业研究院整理

六、锂电叠片设备发展趋势

韩国DA布局热复合叠片和Z型叠片两种技术路线;韩国mPLUS布局Z型叠片;德国Manz技术路线为热复合一体机,能够提供模块化的解决方案,其流程为预模切极片放卷、切割极片并放置在隔膜间产生单双电芯、进行加热并进行压力复合形成单电芯或双电芯、检查电芯后进行堆叠,由于其模块化设计,产线可自由配置。但国外设备Z型叠片经验不足,价格和交期上也不具备竞争力,随着中创新航、蜂巢能源等动力电池厂积极扩产,先导智能、利元亨等国产设备商的叠片机已经大批量中标,未来叠片机国产替代趋势将日益明朗。

华经产业研究院对中国锂电池叠片机行业发展现状、市场供需情况等进行了详细分析,对行业上下游产业链、企业竞争格局等进行了深入剖析,最大限度地降低企业投资风险与经营成本,提高企业竞争力;并运用多种数据分析技术,对行业发展趋势进行预测,以便企业能及时抢占市场先机;更多详细内容,请关注华经产业研究院出版的《2022-2027年中国锂电池叠片机行业市场全景评估及发展战略规划报告》。

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