2022年锂电设备行业深度报告word.docx
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1、内容目录1 .叠片为中段核心环节,软包&长薄化方形电池带动叠片机需求51.1. 叠片工艺优势显著,但设备效率等仍存在提升空间51.2. 软包占比持续提升&长薄型方形电池快速发展,叠片需求空间广阔81.2.1. 软包电池性能更优,未来技术成熟后需求占比将持续提升81.2.2. 长薄型方形电芯快速发展,叠片重要地位日益凸显102 .头部电池厂多为叠片路线,叠片机新老玩家齐上阵132.1. 全球头部动力电池玩家多选择叠片路线,叠片渗透率将不断提升132.2. 叠片机仍处于技术迭代中,新老玩家均积极布局172.2.1. 叠片机技术路线多样,切叠一体机成为发展趋势172.2.2. 叠片机厂商注重提升效率
2、,国产替代趋势日益明朗212.2.3. 叠片市场空间广&技术仍在变革,新玩家纷纷涌入232.3. 叠片机环节需重点跟踪设备商下游客户情况&技术先进性232.3.1. 叠片工艺的动力电池厂大规模扩产,国产设备商有望获得大批量订单242.3.2. 为解决叠片效率&良率瓶颈,切叠一体机&高速叠片成为技术发展趋势243 .本土重点公司介绍243.1. 先导智能:锂电整线设备龙头,叠片机已获大批量订单243.2. 利元亨:从消费到动力实现整线布局,高速动力切叠一体机取得突破263.3. 赢合科技:锂电设备前中道领先企业,叠片机领域与Manz形成合作273.4. 海目星:激光&自动化设备龙头,研发布局切叠
3、一体机283.5. 博众精工:3c自动化设备龙头,拓展锂电业务推出切叠一体机283.6. 奥特维:光伏串焊机龙头,延伸拓展锂电叠片机业务293.7. 科瑞技术:自动化设备及解决方案提供商,推出三工位切叠一体机293.8. 福能东方(子公司超业精密):专注中后段锂电设备,推出制片、叠片一体机 294 .投资建议305 .风险提示30图表目录图1:卷绕/叠片为中段电芯装配工序的最核心环节5图2:卷绕的极组成型工序6图3:叠片的极组成型工序6图4:叠片电池能量密度更高6图5:卷绕容易发生掉粉、褶皱等问题7图6: 2025年国内软包装机量占比有望达16% (图中红色百分比数字为软包占比)9图7:202
4、5年全球软包装机量预计约222GWh9图8:与传统方形电池相比,比亚迪推出的刀片电池长度明显增加、厚度明显变薄10图9:蜂巢的短刀电池覆盖L300-L600全尺寸11图10:中创新航采用叠片工艺的两大产品全极耳叠片电池和One-stop Bettery11图11:我们预计到2025年全球叠片机需求将超300亿元13图12: LG新能源未来规划扩产265GWh,其中软包叠片工艺扩产规划达203GWh14图13:比亚迪未来新增扩产达340GWh,其中刀片电池叠片工艺扩产规划达247GWh15图14: SKI已公布的未来新增扩产达115GWh,均为软包叠片工艺,实际扩产更高15图15:中创新航公布的
5、未来新增扩产达285GWh,方形中段工艺为卷绕或叠片16图16:远景动力新增扩产达166GWh,软包均为叠片工艺,部分方形为叠片工艺16图17:孚能科技未来新增扩产99GWh,以软包叠片工艺为主17图18:蜂巢能源已公布的未来新增扩产约280GWh,短刀电池中段工艺为叠片17图19:Z型叠片技术原理图18图20:热复合式叠片机工艺原理图19图21:卷叠一体机工作原理图20图 22 : LG 的 Stack & Folding 专利21图23:国内叠片机主要设备厂商产品参数对比,注重效率和精度等指标21图24:韩国DA热复合叠片机和mPLUS的Z型叠片机22图25:德国Manz能够提供模块化的热
6、复合叠片产线23图26:先导智能的切叠一体机提升效率、提高产品良率25图27:先导智能热复合叠片机25图28:先导智能叠片机具备智能化、高精度等特点26图29:利元亨高速切叠一体机叠片速度达0.15s/pcs (三工位,即单工位为0.45s/pcs) 27图30:利元亨锂电池正极片激光高速切割技术27图31:赢合科技主要叠片机产品28图32:博众精工为3c自动化设备龙头企业,已布局切叠一体机29表表表表表表表1:叠片电池优势较多,但设备效率、投资额等方面存在提升空间82:相较于圆柱、方形电池,软包电池性能优越83:各方形动力电池厂纷纷推出差异化竞争路线,长薄型电芯CTP方案成为发展趋势.124
7、: 2021年全球主要动力电池厂中段工艺多采用叠片方式135:主流四种叠片机路线对比,其中卷叠一体机是LG专利186:蜂巢能源的叠片效率持续提升227:相关公司估值情况(截至2022.5.17收盘价)301 .叠片为中段核心环节,软包&长薄化方形电池带动叠片机需求1.1. 叠片工艺优势显著,但设备效率等仍存在提升空间卷绕/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。就电池形态来看,软包电池只能采用叠片工艺:
8、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。图1:卷绕/叠片为中段电芯装配工序的最核心环节生产工艺工艺简介相关设备国内主要设备供应商制片包括对分切后的极片焊接极耳、贴保护胶纸、极耳包胶 等,用于后续卷绕工艺制片机先导智能、赢合科技、科恒股份(洁能)模切将分切后的间隙涂布或连续涂布(单倒出极耳)的极片 冲切成型,用于后续的登片工艺模切机大族激光、海目星、先导智能、羸合科技、吉阳 科技、北方华创卷绕将制片工序或收卷式模切机制作的极片卷绕成锂离子电 池的电芯卷绕机!鬟器%崛,先导智能.利元亨、吉阳智能、科端技术、精测 电子、赢合科技、科恒股份(诚捷智
9、能)、北方 华创、华冠科技电芯装配费片将模切工序中制作的单体极片性成锂电池的电芯叠片机. 先导智能、利元亨.赢合科技、海目星、博众精 工、奥忖维.科璃技术、福能东方(超业精密)、吉阳智能、格林晟(中段)将卷芯放入电芯外壳中入壳机产M深圳中基、东莞鸿宝、江西一诺封装对电池盖板进行焊接激光焊接机联赢激光、大族激光对焊接后、注液前的电芯进行干燥真空干燥箱 y时代高科、阿李股份.深圳信宇人、优容特自动 化注液将电池的电解液定量注入电芯中全自动注液机亭前先导智能,赢合科技、吉阳科技数据来源:各公司官网,东吴证券研究所卷绕与叠片在工艺方面最大的差别在于极组成型工序。(1)极片状态:卷绕的正负 极片为连续的
10、,叠片为片状。(2)极组完成标准的判定:卷绕电池控制极片的长度,在 模切工序时会根据每个电芯长度标记一个孔进行定位,检测到该孔时进行裁断,完成一 个极组的卷绕;叠片则是根据正负极片的设定数量,达到设定值时完成一个极组的叠片。 (3)极组形态:卷绕工艺下正负极耳仅位于上方一侧,故卷绕极片一圈仅有一个正极 和一个负极极耳,而同样为“一圈”的情况下,叠片能够有2层极片,每一层均有一个 正极和一个负极极耳,故数量是卷绕的2倍。(4)隔膜张力控制:卷绕电池的隔膜在高 速卷绕过程中会产生一定的张力,张力作用下隔膜会产生一定的拉伸,导致孔隙率发生 微小变化;而叠片电池张力几乎为0,隔膜基本无拉伸,孔隙率与原
11、材料保持一致。图2 :卷绕的极组成型工序图3 :叠片的极组成型工序同样为“一 SB”的情况下,叠片 能够有2层板片,每层均有一个 正极和一个负极极耳,故数量是寿的2倍.博重吸片片上料正修片1. T电哂正 比 91sM,负9比正 .T 1力一.2 陇均一 负吸片个耳捶雷文数据来源:中国车规级动力高速叠片电池发展白皮 书,东吴证券研究所数据来源:中国车规级动力高速叠片电池发展白皮 书,东吴证券研究所从最终电池成品来看,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。(1 )更高的电池能量密度:卷绕在卷绕拐角部有弧度,空间利用率比叠片低,叠片能 够充分利用电池
12、边角空间,故在相同体积的电芯设计下叠片形成的电芯能量密度更高。图4 :叠片电池能量密度更高卷绕拐角部有弧度,而叠片充分利用边角空间,故叠片电池空间利用率更高、能量密度更大。数据来源:中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书,东吴证券研究所(2)更稳定的内部结构:在电池的循环使用过程中,随着锂离子的嵌入,正负极片 均会有膨胀,受卷绕拐角处内外层内应力不一致的影响,卷绕的电池会发生波浪状变形, 波浪状变形会导致电池的界面变差,电流分布不均,加速电池内部结构不稳定。叠片的 电池不存在拐角内应力不均的问题,在电池的循环往复使用中,每层膨胀力相近,故叠 片的电池可保持界面平整。(3)更高安全性:卷绕下两端极
13、片折弯后涂层材料发生较大弯曲变形,折弯处容 易发生掉粉、毛刺问题,严重时会造成电池内部短路,引起热失控,此外极片和隔膜所 受拉力容易出现不均匀、产生褶皱,极片的膨胀和收缩、隔膜拉伸等都会导致电芯变形;而叠片电池受力均匀,不存在两端折弯问题,电池安全性更高。图5 :卷绕容易发生掉粉、褶皱等问题数据来源:热复合式叠片机在锂离子电池中的应用研究,东吴证券研究所(4)更长的循环寿命:如前述叠片电池的极耳数量是卷绕的2倍,而极耳数量越 多,电子传输距离越短,电阻越小,故叠片的电池内阻能够降低10%+,电池产热小, 使用寿命长于卷绕电池;而卷绕容易发生变形、膨胀等问题,影响电池衰减性能,故同 等设计下叠片
14、的循环膨胀更低、循环寿命更长。但叠片工艺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。(1)设备效率低:一般动力电池卷绕的效率为12PPM,先导智能的卷绕机性能 优越,其方形卷绕机在极片长度6000mm时效率仍可达12PPM,而传统Z字叠片效 率一般为0.5s/pcs/工位,若电池极片层数为30层,则传统Z字叠片完成一个电池的 时间为15秒,则一分钟内能完成4个电池,即传统Z字叠片效率仅有4PPM;此外叠片设 备占地面积比卷绕机大,也意味着叠片比卷绕效率低。(2)设备投资额高:从单条产线来看,卷绕电池通过控制极片的长度来判断极组 完成与否,条产线需要的卷绕机数量与每片电芯的长度有关,
15、一般一条产线需要10台 卷绕机,按照300-350万元/台的价格,则一条产线下卷绕机价值量合计约为3000-3500 万元;叠片则是根据正负极片的设定数量,达到设定值时完成一个极组的叠片,一条产 线需要的叠片机数量与电池片数有关,中航锂电的一条产线一般需要10台切叠一体机, 按照600万元/台的价格,则中航锂电一条产线的切叠一体机价值量为6000万元,蜂巢 短刀电池的一条产线需要2。台切叠一体机,按照600万元/台的价格,则蜂巢一条产线 的切叠一体机价值量约为1.2亿元。(3)良率低:卷绕电池分切方便,合格率高,每个电芯只需要进行正负极一次分 切,难度小;而叠片分切繁琐,每个电池有几十个小片,
16、每个小片有四个切面,且冲切 容易产生不良品,故叠片的单个电池容易发生断面等问题。(4)控制难度大:卷绕点焊容易,每个电池只需要点焊两处,容易控制,而叠片 容易虚焊,所有极片都要点焊到一个焊点,操作难度大:卷绕一个电池只有两个极片 便于控制,而叠片极片数量较多,检测、转运、统计都是难点。综合来看,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 全性和和更长循环寿命等优点,仍面临设备效率低、设备投资额较高、良率低、控制难 度大等缺点。我们认为随着先导智能 利元亨等我国优秀叠片机厂商加大研发投入以持 续提升叠片机效率国产叠片机逐步放霞实现降本,叠片工艺的低效率 高成本问题有 望得到解决。
17、表1 :叠片电池优势较多但设备效率、投资额等方面存在提升空间叠片卷绕适用领域软包、方形方形、圆柱电池能量密度更高,内部空间利用充分较低,内部空间无法全部利用叁1 宣/ 内部结构稳定性更高,内部结构统一,反应速率相对一 致,结构稳定性好较低,内部结构不均,充放电时内部反 应程度、速率不均优点安全性更高,受力均匀,不存在两端折弯问题权1日,加弓处谷勿反土捍物、七用J,佰 皱、极片膨胀、隔膜拉伸等问题较多循环寿命更高不容易发生变形等问题较低,容易发生变形,稳定性低设备效率较低,传统Z子型叠片约4PpM,设备 占地面积大较高,一般为12PPM,设备占地面积小叠片额缺点设备投资较高,一条产线下叠片机价值
18、量合计约 为 6000-12000 万元较低,一条产线下卷绕机价值量合计约 为3000-3500万元良率较低,叠片分切繁琐,单个电池容易发 生断面等问题较高,卷绕电池分切方便,合格率高工艺控制难度较高,容易虚焊,极片数量较多更低,点焊容易,极片数量少数据来源:高工锂电等,东吴证券研究所1.2. 软包占比持续提升&长薄型方形电池快速发展,叠片需求空间广阔1.2.1. 软包电池性能更优,未来技术成熟后需求占比将持续提升目前方形电池由于效率高、成本低为我国动力主流路线,软包主要受限于叠片工艺 的低效率、高成本问题。我们认为随着叠片机效率不断提升,先导智能利元亨等优秀 国产叠片设备商逐步实现国产替代、
19、降低成本,叠片工艺的低效率、高成本瓶颈将得以 解决,具备更高能量密度、更高安全性的软包电池占比将进一步提升。表2 :相较于圆柱、方形电池,软包电池性能优越电池类型软包电池+ 3方形电池圆柱电池传统方形铝壳长薄型电芯LG、SKI、代表厂商远景AESC等比亚迪刀片、蜂 巢短刀、中航锂 松下、亿纬锂能宁德时代由八.电 One-stopBettery应用车企戴姆勒、日产、雷诺等特斯拉必比亚迪、长城等等主要正极材料LMO/NCMNCALMO/NCM/ NCA外壳材料铝塑膜铝合金、不锈钢铝合金、不锈钢安全性较高一般一般能量密度较高一般一姐比传统方形明-mV显提升成组效率一般较低较高生产效率一般较高一匹比传
20、统方形明3一. 显提升产品标准化/自动化程度较低较高一般电池一致性一般较高一般充放电倍率较高一般一般改进工艺,实现全自动适当增加圆柱体积以CTP、CTC及刀片电池等技术产口口研发趋势生产,提高一致性;电获得更大容量发展池管理系统研发发展瓶颈铝塑膜依赖进口;叠片国内技术、电池管理进一步提升能量密度效率有待提升系统和自动化水平低数据来源:高工锂电,东吴证券研究所根据高工锂电,2021年我国动力电池装机量市场中圆柱电池年度装机量约8.69GWh, 同比+10%,占总装机量比重为6%;方形动力电池装机量约120.99GWh,同比+143%, 占比为86%:软包动力电池装机量约10.30GWh,同比+1
21、55%,占比为7%,未来软包电池 凭借优越性能,2025年占比有望提升至16%。全球动力电池装机量来看,高工锂电预计 到2025年全球软包动力电池出货量达222GWh。图7 : 2025年全球软包装机量预计约222GWh图6 : 2025年国内软包装机量占比有望达16% (图中红 色百分比数字为软包占比)圆柱方形,软包数据来源:高工锂电,东吴证券研究所出货量一同比增长数据来源:高工锂电,东吴证券研究所1.2.2. 长薄型方形电芯快速发展,叠片重要地位日益凸显随着新能源汽车的逐步发展,对动力电池的安全性、能量密度、续航里程等提出更 高要求,各电池厂对此均提出了相应差异化的解决方案,例如比亚迪推出
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