锂电装备行业：中道设备
Source from: CINDA SECURITIES
【摘要】
锂电中段工艺是将极片加工成为未激活电芯，核心工序是卷绕或者叠片，中段设备包括卷绕机、叠片机、注液机等，产值占比约30%，其中卷绕机价值占比70%。
中段工序相比于前段工序，设备具备一定的柔性化，对精度、效率和一致性要求较高。
圆柱电池多用卷绕工艺，软包电池多用叠片工艺，方形电池既可以用卷绕工艺，也可以用叠片工艺，目前市场以卷绕工艺为主。
与叠片工艺相比，卷绕工艺的突出优势在于生产速度快（是叠片的5倍以上），电池一致性较高；叠片工艺较为复杂，生产速度、良品率相对较低。核心设备卷绕机对卷绕张力波动、卷绕速度都有较高的要求，核心技术涉及自动张力控制技术、自动纠偏技术和精密机械制造等。
目前卷绕机市场集中度较高，CR3在60%-70%，国内领先企业有先导智能、赢合科技、诚捷智能等。
叠片机相关企业包括格林晟、佳的、吉阳、赢合科技、中天和、超业、新宇等主营或包含叠片设备的装备企业，其中超业、佳的、格林晟，赢合科技和先导智能等综合性企业也在加快布局。注液和电芯封装工艺相对成熟，相关设备国产化程度较高。
一、锂电中道设备价值量占比约30%，以卷绕机和叠片机为主
锂电池按照生产工艺和流程划分可分为前、中、后三个阶段。前段工序的目的是将原材料加工成为极片，其核心工序为涂布；中段工艺的目的是将极片加工成为未激活电芯，核心工序是卷绕或者叠片；后段工序的目的是激活电芯、检测等级容量，核心工序是化成和分容。对应各生产工序，所需锂电设备同样可以划分为前段设备、中段设备和后段设备，前段设备包括搅拌机、涂布机、辊压机和分切机等，产值占比约为35%，其中涂布机价值最大，占75%左右，其次是辊压机；中段设备包括卷绕机、叠片机、注液机等，产值占比约30%，其中卷绕机价值占比70%；后段处理需要分容、化成柜和检测等设备，产值占比约35%，其中化成和分容占主导地位，比重大约为70%，组装占到后道设备的30%。
锂电池生产环节及对应设备
锂电池生产的中段工序主要是电芯的卷绕或叠片、注液和电芯封装，涉及的设备包括卷绕机、叠片机、注液机等，占锂电设备行业总产值的30%左右，其中卷绕机价值占比70%。目前卷绕机市场集中度较高，CR3达到60%-70%。卷绕机高端市场韩国KOEM和日本CKD竞争力较强，国内前三大企业在国内高端市场的市占率50%。中段工序相比于前段工序，设备具备一定的柔性化，对精度、效率和一致性要求较高。
锂电池生产中段工艺
锂电中道设备和参与企业
方形和圆柱电池以卷绕工艺为主，软包以叠片为主
目前锂电池的封装技术主要有三种，即圆柱、方形和软包。三种电池各有优劣势，其中圆柱电池的产品一致性最好，方形电池的成熟度最高，软包电池的安全性、设计灵活性、循环寿命、充放电倍率等性能更加优异。从应用来看，目前方形电池仍是市场主流，占国内动力电池市场的80%，主要原因是锂电池龙头厂商宁德时代和比亚迪都以方形电池为主。软包电池在全球电动车市场占比27.8%。
圆柱、方形和软包电池性能对比
三类电池不仅在在性能上有差异，所对应的中段加工工艺也有一定差别。圆柱电池多用卷绕工艺，软包电池多用叠片工艺，方形电池既可以用卷绕工艺，也可以用叠片工艺，目前市场以卷绕工艺为主。与叠片工艺相比，卷绕工艺的突出优势在于生产速度快（是叠片的5倍以上），电池一致性较高；叠片工艺较为复杂，生产速度、良品率相对较低，但其生产的软包电池设计更为灵活，安全性、循环寿命、能量密度较高。软包电池的需求量逐步提升，有望倒逼叠片技术进步。两类工艺也对应着不同的设备，卷绕工艺包括极片制片和电芯卷绕两个环节，需要使用制片机和卷绕机，叠片工艺包括极片模切和电芯叠片两个环节，需要用到叠片机和模切机。
两大中段技术路线：卷绕与叠片工艺和设备的差别
卷绕工艺与设备：卷绕机市场集中度较高，CR3超60%
卷绕工艺是指使用卷绕机将分条后的极片固定在卷针上随着卷针转动将正极极片、负极极片以及隔膜卷成电芯。卷绕机对电芯进行卷绕时，可根据下游厂商需要进一步分为圆柱形卷绕和方形卷绕。卷绕机是中道核心设备，能将阴阳极片和隔膜主动放卷、自动纠偏，与隔膜一起按工艺要求进行自动卷绕。
卷绕机工作原理
卷绕机对卷绕张力波动、卷绕速度都有较高的要求，核心技术涉及自动张力控制技术、自动纠偏技术和精密机械制造等。卷绕机的自动纠偏技术和卷绕速度较为重要，纠偏系统能保证电池卷绕过程中极片隔膜卷绕整齐，正极、负极和隔膜之间相对位置准确，目前行业通常要求卷后正负极片或隔膜的上下偏差均小于0.5mm，超过这一数值将对电池形变产生影响。
卷绕过程中还需要保持线速度恒定，方形电池需要自动调整角速度，因此张力控制技术的要求高于圆柱电池，卷绕速度要大幅低于圆柱电池。目前国内领先企业的圆柱电芯能达18米/秒以上的高速卷绕速度，方形电芯能达到3米/秒。
目前卷绕机市场集中度较高，CR3在60%-70%之间，国内高端市场占有率约为50%，国内领先企业有先导智能、赢合科技、诚捷智能等；外资代表企业有日本Kaido、日本CKD和韩国Koem。从技术水平方面来看，近几年来中国锂电卷绕设备生产技术水平提升明显，技术和性能已达到世界先进水平，对海外企业的替代性不断增强。其中，先导智能在卷绕机市场占有率突出，格局稳定，卷绕机设备精度和良品率已和国外竞争对手相差无几，已顺利进入国际第一梯队。从核心技术上来看，先导智能的自动张力控制技术已经较为成熟，经过长期的研发和技术经验的沉淀积累，先导智能掌握了高速卷绕和扁形卷芯变角速度卷绕中的张力控制技术，目前的方形卷绕机最高线速度可达3米/s，对齐度可达±0.3mm，张力波动控制5%以内，国内同行只能达到10%~20%；圆形卷绕机在应用先进纠偏技术后，可将电芯卷绕对齐度稳定在0.2mm以下，高于国内0.5mm、国外0.3mm标准，在同行中处于领先水平。
主流厂商卷绕机对比
叠片工艺与设备：锂电设备综合性龙头加快布局
叠片是指利用叠片机将正极极片、隔膜、负极极片按照顺序叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联成大电芯。基于叠片工艺的特点，电芯的内阻较低，极片与隔膜之间的受力面积一致且无明显应力集中点，内部空间应用充分，从而能够实现电池的高安全性、高能量密度等特性。
目前市场上普遍应用的叠片机主要分四类：Z字型叠片机、热复合一体机、切叠一体机和卷叠一体机，Z字型叠片机和切叠一体机本质上都是Z字型叠片。切叠一体机和Z字型叠片机是国内企业主要采用的设备，而国外设备企业应用更多的为卷叠一体机，其速度和效率是目前最高的。热复合叠片一体机可以同时集成制片、叠片、热压一体，高效节能省空间，更适用于极片尺寸长、高能量密度大的电芯，顺应电芯越做越大和能密度越来越高的趋势，相对而言技术难度更高。赢合科技与热复合叠片技术国际绝对领先的德国MANZ签约合作生产叠片机，逐步布局叠片机市场。未来随着企业通过研发解决叠片工艺的电芯良率、优率、设备稳定性、稼动率等问题，叠片设备的技术成熟度将进一步提升。
叠片机类型及主要生产商
叠片工艺生产出的电芯优点在于：第一，由于相当于多个小极片并联，内阻较低，放电平台高；第二，电芯极片隔膜之间受力面积一致，无明显应力集中点；第三，内部空间利用较为充分，体积比容量和能量密度更高；第四，叠片工艺相当于多极片并联，更容易在短时间内完成大电流放电，倍率性能佳。但同时，叠片工艺也存在操作要求高、生产控制繁琐、次品率高等缺点，目前最大的瓶颈在于生产效率低。
动力电池市场销量排名靠前、技术口碑较好叠片设备的企业主要集中在格林晟、佳的、吉阳、赢合科技、中天和、超业、新宇等十几家主营或包含叠片设备的装备企业。部分叠片设备企业凭借前期的技术积累、客户绑定、共同研发，已经为其把握下游软包动力电池的风口红利打下了坚实基础，而随着市场集中度的进一步提升，叠片设备领域十强之内已经开始出现新的变化，其中超业、佳的、格林晟占据60%-70%的叠片市场，而部分中小叠片设备厂商生存空间遭受挤压，主要是由于技术落后、规模偏小、接不到单、资金承压等原因。
国内锂电设备上市公司正加大叠片设备布局，首先是赢合科技针对性地对叠片设备的研发进行集中攻关，成功研发了模切叠片一体设备，已经开始逐步推广到国内多家主流电池企业应用，实现快速稳定、连续生产；先导智能从2017年开始做叠片机，凭借大力的研发投入，在国产叠片机领域已位于前列。
主流厂商叠片机对比
注液工艺与设备：技术相对成熟，国产化程度较高
注液是指将电池的电解液定量注入电芯中，锂电池电解液的作用就是正负极之间导通离子，担当充放电的介质，因此注液工艺是非常重要的过程，将直接影响锂电池的性能。注液工艺可分为两个步骤，第一步是将电解液注入电芯内部，第二步则是将注入的电解液吸收到电芯，这个步骤称之为浸润，浸润比较费时，会极大增加锂离子电池生产成本。注液设备的定制化程度较高，主要分为大转盘、直线和小转盘三种技术路线，其中大转盘和直线是市场主流。
注液机工作原理
注液机主流技术路线未定，市场上主要分转盘式差压注液机和直线式等压注液机。未来转盘式差压注液机与直线式等压注液机可能并存，最终谁成为主流，主要取决于电池企业的工艺。从头部企业采购看，转盘式差压注液机相对主流一些。一方面跟直线式等压注液机相比，转盘式差压注液机有利于难浸润吸收的电池，设备成本较低，技术成熟度高，稳定性好，效率高。另一方面头部企业所用的转盘式差压注液机较多。作为技术引领者，头部企业的影响力大，有助于转盘式差压注液机技术发展。
目前国内企业已经占据注液机市场主导，日韩注液机在国内市场的占有率不高。国内领先的企业包括先导智能、赢合科技、超业精密、誊辰自动化、鸿宝科技、铂钠特斯、精朗自动化等，其中先导智能、超业精密等头部占据市场份额的50%以上。
电芯封装工艺与设备：封装技术简单成熟，国产化率极高
电芯封装是将卷芯放入电芯外壳中。入壳是将卷绕或叠片后形成的裸电芯装入电芯外壳的工序，涉及的设备为入壳机；在电芯中注入电解液后，需要对注液口进行焊接，；圆柱电池电芯通常以滚槽的方式进行封口，而方形和软包电池则采用焊接的方式，相关的设备有入壳机、滚槽机、封口机、焊接机等设备。
入壳机、滚槽机、封口机、焊接机原理
电池封装设备技术相对简单，因此国产化率极高。先导智能、赢合科技两家具备整线供货能力的公司均有相关设备产品，其中先导智能在产品丰富度上更具优势，包括方形、软包、圆柱三种不同形态电池对应的完整生产流程涉及到的相关设备。此外，大族激光在焊接相关设备方面具有较强优势。
关键词： 软包电池
