锂电设备行业的发展现状与未来趋势

时间:2016-9-2 来源:

(一)行业概念及特点

1、锂电设备自动化水平直接决定电池性能

锂离子电池是指以嵌锂化合物为正负极材料的二次电池,在充放电过程中,锂离子在两个电极间往返脱嵌和嵌入,俗称"摇椅电池"。锂离子电池充放电性能好、能量密度高、电压高、无记忆效应等优点突出,在二次电池领域所占市场份额迅速提升,除了在消费类电子产品电池里广泛应用之外,更是目前新能源汽车动力电池主流路线。

锂离子电池的制造流程可分为电极制片、电芯装配、激活检测和电池组装四个主要工序。其中,电极制片又包括正极片和负极片制作,主要环节包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切和极耳等步骤。由于电极片的好坏直接决定了电池整体的性能,因此电极制片是锂离子电池制造的关键工艺。

锂离子电池制造设备是指锂离子电池生产线上所需要的各类机械设备,简称为"锂电设备"。除了电池本身所用材料之外,制造工艺和生产设备是决定电池性能的重要因素。随着动力电池需求的激增,锂电设备市场迎来新一轮高增长,同时由于电池性能要求的不断提高,锂电池制造设备也在经历技术革命,向着高自动化方向迈进.

按照锂离子电池的生产流程,锂电设备主要可以分为前端设备、中端设备和后端设备。前端设备主要是指电极制片工序中所需要的真空搅拌机、涂布机、辊压机和分切机等。涂布工艺要求将搅拌后的浆料均匀地涂在金属上,厚度精确到3μm以下,分切要需要保证切片表面不能存在任何毛刺,否则会对后续工艺产生很大影响。因此,前端设备是电池制造的核心设备,关乎整条生产线的质量。中端设备主要覆盖电芯装配工序,主要包括卷绕机或叠片机、电芯入壳机、注液机以及封口焊接等设备,后端设备主要覆盖电芯激活化成、分容检测以及组装成电池组等工艺。相对而言,中后端设备如入壳、封口、检测等机器相对简单,技术要求不高。

从锂电池成本的角度来看,动力电池原材料部分成本的弹性最低,占目前电芯总成本的50%左右,而剩下的50%则包括销售费用、财务费用、设备折旧等,由于目前国内动力电池的规模效应仍然较低,造成摊销费用高,电芯和电池的成本随之升高。从去年开始,国内的动力电池厂已经纷纷计划扩产,通过使用高端自动化锂电池生产装备实现规模效应,也这是拉动国内锂电设备行业发展的核心动力。

2、锂电池设备价格参差不齐

各个环节设备的精度和自动化水平不同决定了价格差异。一般来说,由于前端电极制片工序是对原材料进行初始处理,处理结果的优劣会直接影响电极片的性能,所以在精度和自动化要求上最高的,对应的价格也是最高的。例如搅拌机除了需要将浆料混匀,还要保证不能有任何气泡混入,而涂布机需要将浆料涂层的厚度控制到3μm以下,这种工艺条件对设备本身的精度就提出了很高的要求。

从赢合科技披露的产品价格来看,核心环节涂布机、分条机价格最高,2014年平均价格分别为73.56万和49.22万元,而卷绕机和制片机的价格相对较低,分别为23.32万元和21.39万元。其他的辅助设备如烘箱、滚槽机和预充柜等对电池性能影响不大,相对的精度要求和价格也是最低的。值得注意的是,锂电设备一般是""非标准化""生产,生产厂商根据下游客户个性化需求生产不同的设备,因而设备价格也随之不同,不同工艺所采用设备也不尽相同,以卷绕为例,方型电池和圆柱电池的卷绕机相差很大。业内普遍采用成本加成法定价,保证锂电设备生产厂家的毛利率。

国际市场来看,目前国产设备价格远低于国外设备,一方面国内的人力和制造成本更为低廉,更为重要的是目前国内设备自动化水平仍然偏低,相比日韩高端设备性能差距十分明显。

3、锂电池设备行业市场空间

锂电制造设备主要用于锂离子电池生产,因此锂离子电池需求的增长是驱动锂电设备行业增长的根本驱动力。目前锂离子电池主要应用于消费电子产品、新能源汽车动力以及储能三大领域。2014年全球锂离子电池市场规模249亿美元,折合总容量53.6GWh,其中消费类锂离子电池占比67%,同比下滑7个百分点,动力型锂占比19%,同比增长6个百分点,其他类型(储能&工业型)占比14%,同比增长1个百分点。

随着新能源汽车及可再生能源发电的兴起,动力锂电池和储能锂电池未来的占比会进一步提升,新能源汽车和储能系统的电池容量需求体量上远大于小型锂电,在锂离子电池中占比将随着产业发展的不断提高。

根据高工锂电(GBII)资料,2014年中国锂电设备市场规模为38亿元,同比增长31%,预计2015年将达到75亿元,实现翻倍增长。主要受以下几个因素影响:

(1)新一轮动力电池扩张潮:2014年我国新能源汽车销量7.4万辆,预计今年有望突破20万辆,2020年将达到100万辆,行业将保持6年十倍的平均增速;

(2)产品转型,更换设备:2014年铝壳、圆柱市场增长有限,特别是铝壳领域,因此很多传统铝壳厂商转型软包。由于软包产线与圆柱、铝壳产线存在一定差异,所以需要更新设备;

(3)产线改进,设备更新换代:为节约人力成本、提高产品一致性,现在全自动设备逐渐被接受,之前的半自动及手动设备不断被替换淘汰,全自动设备的占比越来越高。

根据研究机构对全球锂电池用电量预测来看,到2020年,全球小型锂电、新能源汽车和工业储能三项结合的总用电量将达到245GWh,是2013年的四倍以上,年均复合增长率将达到24%。其中小型锂电148GWh,年均复合增速17.8%,动力电池和储能电池的年均复合增长率分别为44.4%和和49.8%。

动力锂电将是拉动本轮锂电设备周期的主要力量。从设备上来看,小型锂电市场规模目前领先,但是小型锂电设备难以用于动力锂电制造,对于精度和一致性的要求差异明显,这也导致专注于动力电池的企业更倾向于重新设计和引进新设备而非简单的采用现有的小型锂电设备。

(二)锂电池行业发展趋势与市场规模

1、锂电池行业发展趋势分析

经过20多年的发展,锂离子电池市场规模从无到有,先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池而发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。从2010年至2014年,比传统功能手机更耗电的智能手机以及平板电脑、电动汽车等新兴市场的崛起,推动了锂离子电池市场的快速发展和市场普及。到2014年全球锂离子电池市场规模快速发展到6646.5万kWh,相比2010年增长3倍以上。2015年, 全球新能源汽车销量为73万辆, 同比增长108%;锂电池产量也从 2014 年72GW,升至 100GW,同比增长 40%;动力电池在锂电池产量中的占比也由 2014 年的14%快速提升到 2015 年的 28%。对于未来市场规模的预期,在综合考虑各种因素的情况下,真锂研究和中国电池网预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2亿kWh,21世纪第二个10年的年均复合增长率接近25%。

数据来源:中国产业发展研究网

随着市场规模的扩大,锂电池自动化生产设备行业已从最初的锂电池生产的功能实现,转向高精度、安全性以及标准化的方向发展。如今消费电子产品对锂电池容量和性能要求的不断提升,储能电池、动力电池对锂电池功率需求的不断增长,以及无线传感器、植入式医疗装置等新能源应用领域对锂电池稳定性和寿命近乎严苛的要求,锂电池自动化生产设备行业应下游行业需求的发展,将进一步提升自身的研发水平和技术实力、提高设备的工艺水平和自动化程度,以满足下游锂电池对大容量、大功率、高性能、高稳定性等特性的需求。在动力电池领域,锂电池自动化生产设备的技术水平、自动化程度将会对电芯的生产工艺、质量控制以及电芯标准化、稳定性和成组后效率的提升发挥重要作用。同时,锂电池自动化生产设备的技术提升和质量控制是下游锂电池工艺改进和性能提升的基础,也是锂电池行业及以锂电池应用为代表的新能源行业发展的重要保障。

①自动化生产能力的提升

目前,我国锂电池自动化生产设备与国外先进设备在自动化生产能力上仍存在差距。在需求不断提高要求的情况下,全自动化的锂电池生产设备将保证锂电池具有很好的一致性,从而保证锂电池具有较高的安全性。在锂离子动力电池等大容量电池方面,对其中串联形成的电池组电芯一致性要求很高,下游客户对生产设备的自动化水平的提升需求较大;锂电池生产设备在电芯制作方面,将注重提高设备的工作效率和自动化水平,尤其是要提升电芯的对齐度、极耳位置精度以及电池的一致性;在组装设备方面,需要改善安全检测管理系统和组装的一致性,提升组装设备的自动化生产能力。

②锂电池生产设备一体化

行业内企业的发展历程主要体现为两种发展模式:一类企业选择专业化发展方向,集中研发生产一类产品,专心做精,树立良好的品牌形象;另一类公司在单一产品上建立优势后,迅速借助品牌优势实施相关多元化战略,发展其他自动化生产设备。随着锂电池生产对自动化要求的提高,打造一体化的生产线将成为未来的发展方向。

③锂离子动力电池生产设备将成为行业发展重点

锂离子动力电池在未来锂电产业发展中将占据较大的市场份额,这将促使锂离子动力电池自动化生产设备进入新的发展时期。动力电池是新能源汽车的核心器件之一,占新能源汽车成本在40-60%,是新能源汽车成本较高的主要因素。近年来全球新能源汽车的蓬勃发展,特别是国内市场新能源汽车的爆发式增长已使得锂离子动力电池成为锂电池中增长最快的部分。

由于锂离子动力电池对安全性的要求较高,锂离子动力电池自动化生产设备在稳定性和精度方面的要求也更高,锂离子动力电池的产业化流程和生产线设计成为行业内研发的难点与重点,行业内企业需要与下游客户加强合作,紧跟客户需求,对产品作出相应的调整。

④国产设备对进口设备的替代效应越来越明显

国外设备研发起步早,设备精度高、自动化程度高、性能优越,但其在电池型号变换方面有较大的局限性,灵活性低,设备适用范围窄,与国内种类众多的电池生产方式不相匹配。国内设备针对我国电池生产的工艺特点而研发制造,适应性强,性价比优势明显。锂电池自动化生产设备行业是一个非标准化设备行业,设备的性能需要根据客户生产工艺的改变进行不断的改进,国内厂商能够充分满足客户的生产工艺需求,响应速度快,在设备发生故障时可以进行及时沟通和处理,最大限度减少客户损失。同时,国产锂电池自动化生产设备技术水平的提升,将进一步缩小与进口设备在所生产产品质量上的差距,国产设备的性价比优势和对进口设备的替代效应会更为明显。

2、锂电池自动化生产设备行业的发展状况

(1)锂电池自动化生产设备行业发展历程

锂电池行业属于锂电池自动化生产设备的下游行业,其最先发展于日本。随着锂电池产业规模的发展,日本Kaido公司于1990年成功研发出第一台方形锂电池卷绕机,锂电池自动化生产设备开始出现。韩国Koem公司于1999 年成功开发出锂离子电池卷绕机和锂离子电池装配机。随后锂电池自动化生产设备开始发展起来,但日韩始终处于领头羊的地位,凭借良好的技术与声誉占据着市场的主要份额。目前,国内仍有部分大型电池厂的自动化生产设备向日韩相关企业进行采购。

我国加入WTO后,国内生产商开始借鉴国外技术,并结合国内低价劳动力与灵活而敏感的市场触角,开始在自动化生产设备领域站稳脚跟并慢慢发展起来。至2006年,国内已出现一批专业的锂电池自动化生产设备制造企业。

为适应我国锂电池产业的进一步发展,提高锂电池生产工艺水平、研发并生产拥有自主知识产权的锂电制造设备成为行业内企业进一步发展的要求。近年来,随着锂电池行业市场需求快速增长,锂电池生产厂商大规模扩大产能,国内开始出现一批研发和制造能力较强的锂电池自动化生产设备制造商。

(2)锂电池自动化设备行业发展现状

①锂电池行业发展概况

中国、韩国和日本是世界上三大锂离子电池生产国,三国产量约占到世界产量的90%左右,三国各占30%左右。近年来,我国锂电池设备行业发展迅速,2015年我国锂电池产量市场规模达到1251.5亿元,2011年-2015年复合增长率为33.21%。

锂电池行业是锂电池自动化生产设备行业的下游行业,锂电池是一类依靠锂离子在正极与负极之间移动来达到充放电目的的可充电电池。目前,市场上主要使用的可充电电池按照材料分类可分为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。

数据来源:广发证券,wind资讯

与其他充电电池相比,锂电池具有高能量密度、高电压、寿命长、无记忆效应等优点,目前已经占据了手机、笔记本电脑脑等消费电子类产品电池的主流市场。未来随着锂电池生产工艺和电池性能的进一步提升,锂电池将占据储能电池、动力电池等领域的主流市场。

自从日本索尼公司于1992年将锂电池投入产业化以来,锂电池在手机、笔记本电脑等行业得到了大规模的应用。随着技术的进步和性能的提升,锂电池的应用将逐步拓展到多个不同领域。 

原标题:锂电池设备行业的发展现状与未来趋势

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