圖說我國(guó)鋰電設(shè)備行業(yè)各制造工藝與設(shè)備概述及市場(chǎng)需求空間預(yù)測(cè)
時(shí)間:2018-06-07 09:10
來源:中國(guó)報(bào)告網(wǎng)
作者:綜合報(bào)道
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鋰離子電池:是一種二次電池(充電電池),它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程 中,Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。其結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要為正極、負(fù)極、電解液、隔膜及外殼五金件等構(gòu)成。
圖:鋰離子電池結(jié)構(gòu)
鋰離子電池的制造流程可分為極片制作、電芯(電池單體)制作和電池組裝3 個(gè)工序,各個(gè)工序需要特定的生產(chǎn)設(shè)備。其中,最前端工藝電極制片的制造包括對(duì)于正極片和負(fù)極片制作,主要環(huán)節(jié)包括配料、攪拌、涂布、輥壓、分切和極耳等步驟。由于電極片的好壞直接決定了電池整體的性能,因此電極制片是鋰離子電池制造的關(guān)鍵工藝。
按照鋰離子電池的制造生產(chǎn)流程,鋰電設(shè)備主要可以分為前端設(shè)備、中端設(shè)備和后端設(shè)備。
圖:鋰離子電池制造工藝
前端設(shè)備主要是指電極制片工序中所需要的真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)和自動(dòng)分切機(jī)等。由于極片的重要性,前端設(shè)備要求非常高,類似于涂布是指將攪拌后的漿料均勻涂覆在金屬箔片上并烘干制成正、負(fù)極片,涂布工藝對(duì)于精度要求較高,要求厚度精確到3μm以下,極片分切是指將較寬的整卷極片連續(xù)縱切成若干所需寬度的窄片,這段工藝要需要保證切片表面無任何毛刺,否則會(huì)后續(xù)工藝中產(chǎn)生枝晶刺破隔膜。因此,前端設(shè)備是電池制造的核心設(shè)備,是產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。正是由于前端設(shè)備對(duì)電芯的性能影響較大,目前主要為進(jìn)口設(shè)備居多,國(guó)產(chǎn)設(shè)備在技術(shù)上存在差距,包括在效率、精度、穩(wěn)定性等方面,比如目前每臺(tái)價(jià)值上千萬的高端涂布機(jī)仍然大量依賴進(jìn)口。
圖:鋰電池前端工藝及設(shè)備匯總
中端設(shè)備主要覆蓋電芯裝配工序,主要包括激光極耳成型制片機(jī)、自動(dòng)模切機(jī)、卷繞機(jī)或疊片機(jī)、電芯入殼機(jī)、注液機(jī)以及封口焊接等設(shè)備。中段設(shè)備國(guó)產(chǎn)設(shè)備正替代進(jìn)口,部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)可與進(jìn)口產(chǎn)品進(jìn)行比較。原有設(shè)備自動(dòng)化率正在提升,正處于半自動(dòng)到單體全自動(dòng)的轉(zhuǎn)型期,比如卷繞機(jī)等,先導(dǎo)智能已進(jìn)入國(guó)際第一梯隊(duì)。由于性價(jià)比優(yōu)勢(shì),大部分電池生產(chǎn)廠家會(huì)選擇國(guó)產(chǎn)設(shè)備,但是規(guī)模較大的電池廠家,如比亞迪、CATL等,仍會(huì)部分向日韓進(jìn)口。
圖:鋰電池中端工藝及設(shè)備匯總
后端設(shè)備主要覆蓋電芯激活化成、分容檢測(cè)以及組裝成電池組等工藝。
相對(duì)而言,中后端設(shè)備如入殼、封口、檢測(cè)等機(jī)器相對(duì)簡(jiǎn)單,技術(shù)要求不高。對(duì)于后端設(shè)備,國(guó)內(nèi)外差距較小,國(guó)產(chǎn)化程度極高(化成分容檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)率已超過 90%,正業(yè)科技的檢測(cè)設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)出口,松下等海外電池巨頭進(jìn)行采購(gòu)),更多競(jìng)爭(zhēng)集中在國(guó)內(nèi)品牌之間。
圖:鋰電池后端工藝及設(shè)備匯總
最后是電池打包成組,即PACK工藝,由于涉及汽車領(lǐng)域,對(duì)于技術(shù)與自動(dòng)化要求更高,動(dòng)力電池PACK相較于消費(fèi)電子電池的自動(dòng)化程度要求更高。但是電池P ACK組裝過程包括了貼片、電池焊接、固定、檢測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié),相對(duì)于電池制造的其他環(huán)節(jié),難以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化,因此屬于勞動(dòng)密集型的產(chǎn)業(yè),這也是亞洲之所以成為全球電池PACK組裝基地的重要原因。
圖:鋰離子電池PACK工藝
參考中國(guó)報(bào)告網(wǎng)發(fā)布《2018-2023年中國(guó)鋰電設(shè)備產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀規(guī)劃調(diào)查與未來發(fā)展方向研究報(bào)告》
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上從事動(dòng)力電池系統(tǒng)PACK設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、銷售與服務(wù)的企業(yè)主要有三種類型:第一種是本身主營(yíng)生產(chǎn)電芯的公司,動(dòng)力電池系統(tǒng)PACK為公司的一類附屬服務(wù)業(yè)務(wù);第二種是主營(yíng)業(yè)務(wù)為新能源汽車生產(chǎn)和銷售的廠商,動(dòng)力電池系統(tǒng)PACK為其上游配套產(chǎn)品。第三種是專業(yè)從事BMS設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和動(dòng)力電池系統(tǒng)PACK的企業(yè)。目前約60%以上的電池系統(tǒng)PACK由電芯生產(chǎn)企業(yè)自己完成,剩余約40%由整車廠和專業(yè)的第三方電池系統(tǒng)PACK公司完成。未來,隨著專業(yè)化分工和對(duì)技術(shù)要求的提高,掌握大量定制化技術(shù)的專業(yè)第三方PACK服務(wù)公司將在競(jìng)爭(zhēng)中具有優(yōu)勢(shì),動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上電芯廠商與模組廠商專業(yè)化分工趨勢(shì)在日漸清晰,未來五年,類似于普萊德這種專業(yè)第三方PACK企業(yè)所占電池系統(tǒng)PACK市場(chǎng)比重將達(dá)40%以上。
圖:動(dòng)力電池PACK市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局
從價(jià)值量上來看,鋰電池前道、中道、后道設(shè)備占比分別為 50%、30%、20%。中道設(shè)備占比 20%左右。目前如果是國(guó)產(chǎn)線,達(dá)到1Gw對(duì)應(yīng)約3-5億左右的設(shè)備投入,前道設(shè)備占比達(dá)到1.5-2.5 億。而如果電池材料由磷酸鐵鋰變?yōu)槿牧虾,由于三元材料的活性較強(qiáng),對(duì)設(shè)備尤其是前道設(shè)備要求大幅提升(前段設(shè)備特別是高端涂布機(jī)是行業(yè)中的重大難點(diǎn),目前先導(dǎo)智能正在研發(fā)涂布機(jī)),前道設(shè)備價(jià)值量占比會(huì)有所提升,將有望達(dá)到占整線總產(chǎn)值的50%以上。
圖:動(dòng)力電池工藝各部分價(jià)值量占比
鋰電設(shè)備行業(yè)2017-2020年市場(chǎng)需求為161億、235億、273億和416 億,CAGR為36.38%。根據(jù)我們之前對(duì)于國(guó)內(nèi)、海外的測(cè)算,到2020年整體動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)需求將會(huì)達(dá)到200Gwh。
為測(cè)算鋰電設(shè)備的市場(chǎng)空間,假設(shè):
(1)考慮到目前供給增長(zhǎng)的速度遠(yuǎn)快于需求,我們假設(shè)2017-2020年鋰電廠平均產(chǎn)能利用率約為60%.65%、70%、70%。
(2)在2017-2020年,1Gwh鋰電產(chǎn)能對(duì)應(yīng)的設(shè)備投資額分別為5億、5億、4.8億和4.5億;
(3)將鋰電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單分為攪拌涂布、輥壓分切、模切制片、卷繞/疊片、組裝干燥、化成分容檢測(cè)六個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)(不包含PACK生產(chǎn)),各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)設(shè)備投資占比分別為30%、10%、10%、 20%、10%、20%。
(4)暫不考慮儲(chǔ)能需求的影響。
通過測(cè)算可以得到,2017~2020年,全球動(dòng)力鋰電設(shè)備投資額分別為161億、235億、273億和416億,CAGR為36.38%;按照生產(chǎn)工藝細(xì)分來看,到2020年,上述6塊不同工藝設(shè)備對(duì)應(yīng)的市場(chǎng)空間分別為125億、42億、42億、83億、42億、83億。
圖:鋰電池設(shè)備市場(chǎng)2020年達(dá)到415.2億元
圖:鋰電池各段設(shè)備市場(chǎng)空間匯總
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