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鋰電池設備作為生產工藝設備，直接決定了鋰電池的品質和一致性。鋰電池按照形態可分為圓柱電池、方形電池和軟包電池等，其生產工藝有一定差異，但大體上其工藝流程可分為前端工序（極片制作）、中端工序（電芯制作）以及后端工序（化成分容及電池組裝）。
鋰電前段工藝的內容是極片制作，主要工序包括攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、模切等過程，對應的主要設備包括真空攪拌設備、涂布設備、輥壓設備、分切設備、制片設備、模切設備等。中段工藝的內容是電芯制作，主要工序包括卷繞/疊片、入殼、點焊、烘烤、注液、封口、清洗等過程，對應的主要設備包括卷繞設備、疊片設備、入殼設備、滾槽設備、封口設備、焊接設備等。后段工藝的內容是電池組裝，主要工序包括化成分容、pack組裝等過程，對應的主要設備包括化成分容柜、激光點焊機等。
鋰電前、中、后段設備的價值量占比分別約為35%、30%、35%。其中前、中、后段工藝最核心、價值量也最高的設備分別為涂布機、卷繞/疊片機、化成分容柜。由于鋰離子電池的安全性能要求很高，因此在電池制造過程中對鋰電設備的精度、穩定性和自動化水平都有極高的要求。
鋰電前段工藝的內容是極片制作，主要工序包括攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、模切等過程，對應的主要設備包括真空攪拌設備、涂布設備、輥壓設備、分切設備、制片設備、模切設備等。鋰電前段工藝是后續生產工藝的基礎，例如一旦分切過程中產生毛刺則后續裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過程中都可能出現安全隱患。因此鋰電前段設備是電池制造的核心設備，影響到整條生產線的質量。根據鉅大鋰電數據，前段設備的價值量占比約為35%。
漿料攪拌是指將正、負極固態電池材料混合均勻后加入溶劑攪拌成漿狀。根據起點鋰電數據，目前鋰電攪拌設備的國產率已超過95%，基本實現國產化。同時，鋰電攪拌設備領域逐漸形成兩極分化的格局，尾部企業逐漸出清，市場份額向龍頭集中的趨勢愈發明顯。根據高工鋰電數據，2018年攪拌設備行業排名前十企業已經占據90%的市場份額。目前鋰電攪拌領域的上市企業主要有先導智能、贏合科技、北方華創、金銀河等。
極片涂布指將攪拌后的漿料均勻涂覆在金屬箔片上并烘干制成正、負極片。涂布是鋰電生產前段工藝中的核心環節，直接決定鋰電池的電芯容量、一致性、安全性等關鍵性能。根據鉅大鋰電數據，在電池失效的所有原因中，涂布工藝不當的占比超過10%。
涂布設備在前段工序中占地面積最大、價值量最高。根據鉅大鋰電數據，2019年涂布設備領域國產化程度不斷提升，國產涂布設備占比已超過80%。但目前國內真正掌握涂布核心技術的企業較少，因此涂布設備高端市場仍無法完全實現國產替代。同時，涂布設備領域市場集中化態勢明顯，根據鉅大鋰電數據，國內前五大涂布企業市場份額占國產總量達到60%以上。目前，行業內產品口碑較好、排名靠前的涂布設備廠商包括先導智能、贏合科技（雅康精密）、璞泰來（新嘉拓）、科恒股份（浩能科技）、金銀河等。
輥壓工藝是指將涂布后的極片進一步壓實，改變涂料物質的電化學性能來提高電池的能量密度。分切工藝是指將較寬的整卷極片連續縱切成若干所需寬度的窄片。輥壓分切工藝的關鍵是極片表面光滑平整，無毛刺無翹曲，因此對設備的精度性能提出了較高要求。
鋰電中段工藝的內容是電芯制作，主要工序包括卷繞/疊片、入殼、點焊、烘烤、注液、封口、清洗等過程，對應的主要設備包括卷繞設備、疊片設備、入殼設備、滾槽設備、封口設備、焊接設備等。根據鉅大鋰電數據，中段設備的價值量占比約為30%，主要集中于卷繞/疊片環節。
鋰電生產的前段工序將極片制作完成后，下一步是制作電芯。電芯制作方式可以分為卷繞式和疊片式兩種。卷繞工藝是將原材料按負極、隔膜、正極、隔膜的順序疊在一起，把分條后的極片固定在卷針上，隨著卷針轉動將正極極片、負極極片以及隔膜卷成電芯的工藝方式。在這里極片的大小、卷繞的圈數等參數根據電池設計容量來進行確定。
與疊片工藝相比，卷繞工藝更成熟、生產效率更高。卷繞工藝從消費電池開始應用，經歷最初期的手動式卷繞機、更新后的迭代半自動卷繞機、再到現在的全自動卷繞機。在此期間卷繞工藝生產效率大幅提升，成為電池領域主流工藝路線。因此在消費電池向動力電池發展過程中也沿用卷繞工藝，成為當前動力電池主流生產工藝，廣泛應用于方形電池和圓柱電池。疊片工藝則是伴隨著電動車發展逐漸發展起來的，目前主要在市場份額較小的軟包電池領域應用。
疊片工藝是將正極、負極切成小片與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯起來組成一個大電芯的制造工藝。
從操作工藝上看，疊片工藝主要可分為Z字型疊片、卷繞式疊片、制袋式疊片和熱復合疊片四種方式。
· Z字型疊片：隔膜主動放卷，經過度輥，張力機構引入主疊片臺。主疊片臺帶動隔膜前后往復運動，呈Z字型折疊并放置裁切好的正負極片。疊放至設定片數后，停止疊片，完成隔膜裁切，貼膠。
· 卷繞式疊片：先將正負極片裁切成單元，并通過對轉臺與升降吸盤的設置，分別貼在隔膜上。然后用卷繞的方式，包括正負極片分別包裹起來，實現兩組正負極片相間疊放。
· 制袋式疊片：（1）放置極片：設有若干層走帶隔離膜，除最上層外每層隔離膜上間隔設置極片，并使極片按正、負極從上到下周期排列；（2）疊帶：將上述放置好極片的隔離膜相互貼近、層疊，并使極片除極耳部分外處于隔離膜的包覆中；（3）制袋：將層疊后的隔離膜無極片空白區進行多層一體制袋，使隔離膜間的極片均處于隔離膜制成的袋子中；（4）出料。
· 熱復合疊片：將帶極耳的極片卷與隔膜料卷同時收放，經過張力糾偏后，進行熱復合。在熱復合前，正負極片先裁切成單元，放置在上下雙層隔膜上。隨后經烘箱，在設定好的溫度下烘烤。熱復合一體機的隔膜為涂膠隔膜，受熱有粘性。烘烤后的正負極片與隔膜熱復合，隨后經輥壓，裁切成復合單元。然后有機械手將其轉移至疊片臺進行疊片。疊完后熱壓，再進行貼膠。
接下來從以下幾個方面分別對卷繞工藝和疊片工藝進行對比：
（1）電池內阻：疊片式電芯具有較低內阻，而卷繞式內阻較高。因為卷繞式電芯通常是單一極耳，而疊片式電芯是多極耳式，使得其內阻大大降低。內阻不同造成電池產品在充放電循環中產熱量和電池容量衰減快慢不同，疊片式的電池容量衰減更慢。
（2）電池壽命：疊片式電池壽命較長而卷繞式較短。疊片式電池內部的溫度分布較為均勻，而卷繞式電池由于極片與隔膜之間只有單方向的熱傳遞方式，導致其內部高溫、外部低溫的現象嚴重。溫度分布不均勻導致電池在充放電過程中，高溫位置活物質率先失活，不能進行脫嵌鋰離子的功能，進而縮短電池壽命。
（3）電芯內部所受應力：疊片式電芯極片隔膜之間受力面積一致，無明顯應力集中點，電池在使用過程中不會出現某個部位急劇破壞。卷繞式電芯的邊緣處是應力集中所在，極片彎折處更易出現微短路、電擊穿以及析鋰的現象。應力集中點是電池失活的首要位置，這也導致卷繞式電池的循環壽命降低。
（4）電池倍率性能：疊片式工藝相當于多極片并聯起來，更容易在短時間內完成大電流放電，有利于電池的倍率性能。而卷繞式單一極耳導致倍率性能略差。
（5）電池能量密度：疊片式電池能量密度更高，因為其內部空間利用較為充分。卷繞式電池由于極耳厚度、電芯兩邊為圓形、收尾的兩層隔膜要占據厚度等原因導致內部空間沒有完全利用，體積比容量因此略低。尤其是應用于體積較大的方形電池，卷繞法會在四個邊角形成弧度，在方殼內產生空隙。而疊片法則可以充分利用空間，盡量填滿方殼。根據鉅大鋰電數據，疊片式電池能量密度相比卷繞式高5%左右。
（6）電池安全性：疊片式安全性更高而卷繞式更低。由于卷繞式結構的特點，電芯兩側邊緣位置的電極存在較大的曲率，在充放電的過程中正極、負極產生的體積變化會導致電芯邊緣處應力集中，進而導致電芯發生變形和扭曲，引起鋰離子電池性能下降，甚至產生安全問題。
（7）適用范圍：疊片電池適用范圍更寬，其電芯內部結構一致不易變形，因此不論是做成超薄電池還是超厚電池，疊片工藝都可以勝任。而卷繞電池適用范圍較窄，對于超薄電池，極耳厚度占據空間比例過大進而影響電池容量。對于超厚電池，不僅卷繞起來極片太長難以控制，且電池兩側空間無法得到充分利用，也會降低電池容量。
（8）電池設計形狀：疊片電池可以根據電池尺寸來設計每個極片尺寸，因此可以做成任意形狀。卷繞電池由于內部結構不均一，若尺寸較厚則大倍率充放電或者循環多次后有變形可能。因此只能做成長方體或圓柱體電池。
（9）加工工藝：卷繞式工藝簡單易操作，容易實現產業自動化，每個電芯只需要進行正負極各一次分切。而疊片工藝則非常繁瑣，需要將每個極片進行兩次分切，一個電芯則涉及到數十次分切，每次分切都存在極片的截面產生毛刺的風險。因此對工藝控制和設備技術的要求更高。
（10）生產效率：卷繞工藝的生產效率更高，能夠帶來成本優勢。相比之下，疊片工藝比卷繞電池生產效率低。根據高工鋰電數據，目前國內疊片機行業效率普遍在單工位0.8-1.2秒/片，而只有效率提升到0.2秒/片左右時，疊片工藝才可能與卷繞工藝成本相當。
軟包電池具備顯著性能優勢。與硬殼電池（方形和圓柱）相比，軟包電池具有設計靈活、重量輕、內阻小、不易爆炸、循環次數多、能量密度高等特點，能在現有技術水平提升動力電池的能量密度，在續航里程上進一步縮小同燃油車的差距。
注液工藝是指將調制好的電解液注入電芯。注液設備定制化程度較高，主要分為大轉盤、直線和小轉盤三種技術路線，其中前兩者是主流。小轉盤成本偏高因此市占率較低；大轉盤占地面積大，維護較麻煩，特別是分割器基本上2年就要維護一次。大轉盤和直線一旦設備故障就必須整線停機，所以市場開始出現小轉盤或大轉盤+直線的模式。
國產注液設備的性能與國際領先水平幾乎無差，在穩定性方面略有短板。目前國內注液設備領域主要公司有超業精密、精朗自動化、眾脈科技等。先導智能、贏合科技雖已具備整線供應能力，但單賣注液設備情況較少。根據起點鋰電大數據的調研結果，若干設備廠商都表示拿過該兩家企業的注液機訂單，可見該兩家公司整線銷售中的注液機并不完全由自己生產。
封裝過程具體包括入殼、點焊、封口等。其中入殼是指主要是將經過卷繞或疊片后的裸電芯裝入外殼之中；點焊是指將圓柱/方形電池的極耳與外殼相應端口焊接到位，軟包電池則主要是將多層極片與極耳引腳焊接到位；封口是指通過滾槽、沖壓或焊接的方式實現密封操作。對應設備主要包括入殼機、滾槽機、封口機、點焊機等。
后段工藝的內容是電池組裝，主要工序包括化成分容、pack組裝等過程，對應的主要設備包括化成柜、分容柜、激光點焊機等。后段工藝最核心，也是價值量占比最高的設備是化成柜/分容柜。
化成，是指激活電芯（使電池中活性物質借第一次充電轉成正常電化學作用，并使電極主要是負極表面生成有效鈍化膜或SEI膜），使電芯具有存儲電的能力，類似于硬盤的格式化。
分容，即“分析容量”，又叫分容測試，是指將化成好的電芯按照設計標準進行充放電，以測量電芯的電容量。分容需要對電芯進行一次完整的充電及放電，國外某些電池生產廠家使用單獨的充電機和放電機，但在國內一般使用帶有充電和放電功能的充放電機來進行分容，所以充放電機有時也被叫做分容機，與化成機被叫做化成柜一樣，充放電機也被稱為分容柜。
來源于：2015年鋰電池發展現狀及2016年趨勢預測（一）
鋰離子電池在未來5年內市場總體規模是要飛速擴大的。如上圖所示。
鋰離子電池的主要應用市場分為消費類電子產品、電動交通工具、工業&儲能這三大板塊，我們可以發現，鋰離子電池的需求重心正處于由消費類電子產品的小電池市場向電動交通工具和工業&儲能的動力電池市場轉移的發展階段，大致的先后順序是：消費類電子產品市場→電動交通工具市場→工業&儲能市場。
在平板電腦、電動汽車(PHEV+EV)、與分布式風光發電相配套的家庭儲能等新興市場，鋰離子電池有的是不二之選，有的是首選。在尚未興起的電網儲能等市場，目前已開展的相關示范運行項目中，鋰離子電池的用量顯著超過其他二次電池(如極具代表性的國家電網張北風光儲輸示范項目等)。
鋰離子電池之所以能在市場上攻城掠地，主要得益于它快速下滑的價格。就性能而言，鋰離子電池明顯優于鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等主要競爭對手。通過性能的優勢，鋰離子電池逐漸擴大了市場規模，而需求的增長直接導致產能擴張、制造成本下降，這又反過來刺激市場需求進一步增長。鋰電池產業就這樣走上了一條良性循環的發展道路。
全球消費類電子產品市場對鋰離子電池的需求占比從2011年至2014年呈現出明顯的下滑勢頭——由2011年的80%以上快速降到2014年的55.7%，預計到2020年會持續降到30.5%。與此同時，后兩大市場的占比卻在快速上升，其中電動交通工具市場主要以電動汽車和電動自行車為代表，工業&儲能市場主要以移動通信基站電源市場為代表，下圖為2015年全球鋰電池產量和占比情況。
來源于 ：【數據】2015全球鋰離子電池產量達100.75Gwh
來源：潔凈廠房設計和施工
我國鋰電池供應能力穩步提升 產業規模逐漸擴大
2021-01-19
鋰電池是一種可多次充放電、循環使用，并以鋰離子嵌入化合物為正、負極材料的新型電池，主要由正極材料、負極材料、電解液、電池隔膜以及集流體等五部分組成。鋰電池具有充電密度高、壽命長和單位成本高等特點，近年來，隨著3C產品對鋰電池的需求穩定增加，以及新能源汽車的市場規模逐步擴大，我國鋰電池總出貨量逐年增加。 我國鋰電池主要可分為儲能用鋰電池、消費用鋰電池以及動力鋰電池三大類，廣泛應用在手機、電動汽車、電動工具、數碼相機等領域，2019年，我國鋰電池出貨量超過130Gwh，其中動力鋰電池出貨量占比接近54.0%，消費用鋰電池出貨占比達到43.2%。近兩年，隨著國家政策持續利好，電動汽車動力電池逐漸由鉛酸電池向鋰電池轉型，鋰電池是新能源領域的重要組成部分，隨著我國電動汽車規模逐漸擴大，未來我國電動汽車對鋰電池的需求將進一步增加。 根據新思界產業研究中心發布的《2021-2025年中國鋰電池行業市場調查研究報告》顯示，全球范圍內，鋰電池產業呈現出中、日、韓三國鼎立的格局，全球鋰電池主要生產企業包括日本松下、寧德時代、比亞迪、LG化學、三星SDI、國軒高科等。2019年，我國鋰電池行業市場規模達到1760億元，產量接近160億只，隨著我國制造業快速發展，我國鋰電池供應能力穩步提升，鋰電池進口規模波動下降，出口規模逐漸增長，我國鋰電池主要出口地區包括中國香港、美國、韓國、德國以及越南等地區。 我國鋰電池產業規模龐大，市場競爭較為激烈，隨著市場消費升級，市場對鋰電池的安全性能、續航性能以及體積等要求愈來越高，為提高競爭力，我國鋰電池生產商不斷改進生產工藝，提高鋰電池產品性能，在此背景下，我國鋰電池行業將逐漸向高安全性、高能量密度、輕量化以及節能化等方向發展。隨著我國鋰電池供應能力提升，鋰電池價格逐漸下降，未來我國鋰電池的應用領域將進一步延伸。 新思界行業分析人士表示，近年來，在國家利好政策和龐大市場需求的促進下，我國鋰電池市場發展較為迅速，鋰電池出貨量逐年增加。隨著我國制造業快速發展，鋰電池供應能力穩定提升，同時我國鋰電池企業在國際市場競爭中的優勢越發明顯。隨著汽車電動化趨勢的來臨，以及國家政策持續利好，電動汽車鋰電池將成為未來我國鋰電池市場增長的重要驅動力。
我還是很看好鋰電池的，隨新能源汽車補貼退坡，磷酸鐵鋰以其安全性及低成本有望重新成為市場首選正極材料，市場占比有望逐步提升，主要供應商德方納米、湖南裕能、貝特瑞等擴產計劃穩步推進。
