锂电制造技能与工艺篇

1.磷酸铁锂电池：是指用磷酸铁锂（LiFePO4，简称LFP）作为正极材料的锂离子电池。
它包括正极、负极、电解质、隔膜、电池壳等。
比亚迪刀片电池采取磷酸铁锂，由于能量密度偏低，磷酸铁锂电池紧张运用于电动叉车、电动高尔夫球车、不雅观光车、电动巡逻车、光伏储能等。

优点：寿命长，可以实现循环寿命2000次以上、支持快充快放。
安全性能好，在耐高温性能上，磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钻酸锂只在200℃旁边。
相对付三元锂电池，磷酸铁锂电池本钱低。

缺陷：能量密度低，磷酸铁锂不耐低温。

2.三元锂电池：其正极材料采取了包含镍、钴、锰（或铝）三种金属元素的三元聚合物。
因其长续航，广泛运用于对续航哀求高的电动汽车。
宁德时期多生产三元锂电池，并研发推出了本钱更低的钠离子电池。

优点：能量密度高。
电芯标称电压可达3.7V，高于磷酸铁锂的3.2V，输出功率大，续航更长。
低温性能更好，三元锂电池冬季电池续航衰减要好于磷酸铁锂电池。

缺陷：安全性差、耐高温性差、本钱高于磷酸铁锂电池，循环放电1000次旁边，寿命略短于磷酸铁锂电池。

3.锰酸锂电池：锰酸锂电池是示正极利用锰酸锂材料（LiMn2O4）的电池，锰酸锂电池其标称电压在2.5~4.2v ，标称电压为3.7V。
日产LEAF就选用了锰酸锂。

优点：本钱低、低温性能好的正极材料。
低电阻实现了快速充电和大电流放电。

缺陷：耐高温性差，随意马虎产生气体，产生膨胀等，循环寿命短，一样平常在600-800次。

4.钴酸锂电池：钴酸锂电池是第一款商业化锂离子电池的正极材料，钴酸锂具有三种物相，即层状构造的HT-Li-CoO2，尖晶石构造的LT-LiCoO2和岩盐相Li-CoO2。
钴酸锂电池有极高的体积能量密度，标称电压3.7V，广泛运用于消费类电子设备，如MP3，手机，条记本电脑，由于其安全性差，不适宜用于动力电池。

优点：电化学性能优胜，体积能量比高

缺陷：安全性差，循环寿命短。

会“呼吸”的锂离子电池

电池基本构造及事情事理

1. 电池的基本构造

锂离子电池单体紧张是由多少基本组成单元构成，每个基本组成单元可看作为一个单独的电化学反应场所，这些基本组成单元被称为电芯“微元”，并通过螺旋式卷绕和层叠形成两种不同类型的电池：圆柱型电池和方型电池。
详细而言，电芯“微元”紧张是由正极集流体、正极材料、隔膜、负极集流体、负极材料以及有机电解液等几部分组成，如图1所示。
此外，在电池最初充放电过程中，电池负极材料与电解液在固液相界面发生电化学反应，形成钝化层覆盖在负极材料表面以阻碍负极活性材料与电解液进一步反应，该钝化层称为SEI（Solid Electrolyte Interface）膜。

图1 锂离子电池的工艺构造及其电芯“微元”的基本组成

2. 电池的事情事理

目前市情上较为常用的两款锂离子电池分别为：磷酸铁锂锂离子电池和三元锂离子电池，在正常充放电过程中，两者内部的电化学反应方程如下所示：

磷酸铁锂锂离子电池的化学反应方程式为：

三元锂离子电池的化学反应方程式为：

只管上述两种电池的化学反应方程不同，但其充放电的事理是同等的，均是通过锂离子在正负活性材料之间的嵌入和脱出过程实现。
详细而言，当电池充电时，锂离子从电池正极活性材料中分开进入电解液，由于电解液内锂离子在正负极附近存在较大浓度差，使令着它向负极移动，穿过隔膜终极嵌入负极活性材料。
而放电过程则与之相反，锂离子由负极活性材料中脱出向正极移动并嵌入正极活性材料，外电路电子也从负极经由负载向正极移动，使令负载事情，实现放电过程。
为方便理解，锂离子电池充放电的微不雅观过程如图2所示。

图2 充放电过程中锂离子电池内部的微不雅观过程

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锂离子电池的“呼吸效应”

从上述充放电过程中锂离子电池内部的微不雅观过程可知，当锂离子嵌入石墨负极后层间距变大，而正极活性材料在失落去锂离子之后层间距变小，由于负极活性材料嵌锂体积变革常日远大于正极活性材料脱锂体积变革（例如：锂离子嵌入前后，正极活性材料的体积膨胀率为2%~4%，而石墨负极活性材料的体积膨胀率常日为10%~15%，硅基负极活性材料的体积膨胀率最大可到300%。
）。
因此，这使得充电时电池厚度整体呈现出略微增厚的征象，而放电时电池厚度整体有呈现出减小的征象。
电池厚度这种有规律的增加和减小，类似于人的呼吸过程，因此被称为电池的“呼吸效应”[1]。
因电池厚度变革与其荷电状态、康健状态以及析锂情形等干系，因此有学者提出通过对电池厚度变革的监测以实现电池状态评估。

有学者将正极为镍钴锰，负极为石墨的电池作为研究工具，在不同倍率和环境温度下开展充放电实验，记录其在充电和放电之后总厚度的变革量，如表1和表2所示。
从表一可以看出，随着倍率的增加，电池在放电终止后的厚度比初始电池厚度略厚，造成此征象的缘故原由紧张有两个：一是大倍率充放电下电池内部热效应明显；二是大倍率充电时电池内部存在轻微析锂，活性锂离子在负极表面析出，使得参与循环的锂离子数量减少，从而导致放电时参与的活性锂离子减少，放电时电池厚度变革量变小。

表1 不同倍率下电池总厚度变革

从表2可以看出，随着测试温度的上升，充放电过程中电池厚度总变革也上升，电池的“呼吸效应”越明显，这是由于高温时锂离子活性更高，电池能充入或放出的电能更多，从而使石墨负极嵌入或脱出的锂离子更多，总厚度变革相应也会增加。
同时随着温度的低落，锂离子的活性降落，电池的内阻增大，充电时的嵌锂量减小，电池的总厚度变革减小。
因此，温度对电池“呼吸效应”的影响紧张表示在嵌锂量上，终极影响电池的充放电能力。

锂离子电池化成技能

锂离子电池生产过程中须要进行化成，实现对电极的浸润及对电极材料进行充分激活。
在首次充电过程中，随着锂离子在负极的嵌入，电解液身分在负极发生还原反应形成一层稳定的固体电解质界面膜(SEI膜)，以防止后续循环过程中电解液和锂离子的不可逆花费。

因此该技能对电池性能的意义非同平凡，化成的效果直接影响锂离子电池的后续性能表现，包括存储性能、循环寿命、倍率性能和安全性等。
本文重点先容化身分容技能参数/方法及其对电池性能的影响。

1.温度

化成和老化温度对电极SEI膜的特性起决定性浸染。
关于化成温度，业界有着两种对立的研究结果。
一方认为高温化成有严重的容量丢失，化成温度上升，石墨负极电极容量丢失归因于电解液组分的分解程度加剧。
NCM正极由于动力学加快，容量丢失低落，但低温化成后造成的容量丢失在随后的常温循环过程中可部分规复。
因此高温化成对全电池并没有上风，正负极均表现严重的锂丢失和石墨电极循环稳定性的低落。

另一方认为高温化成后，电池有着更高的放电容量和更好的容量保持率。
通过探究不同化成温度下(25 ℃和45 ℃)LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/人造石墨电池的循环性能，结果显示不可逆容量丢失从25 ℃的18.4%低落到45 ℃的10.5%。
45 ℃高温化成有利于降落SEI膜阻抗和不可逆容量丢失，1.077 mA/cm2大电流化成条件下的不可逆容量丢失也仅为12.8%。
同样在高温化成下具有更高的传输速率，一个更均匀的SEI膜可在石墨负极形成。

但是对付老化工序，普遍认为最得当的温度决定于前面化成的条件。
比如在室温下化成，则5 ℃老化温度可以得到一个长循环性能；而5 ℃低温下化成时，45 ℃高温老化可以得到最好的循环性能。

2.外部机器压力

锂离子电池施加外部机器压力在已有文献宣布中利害势并存。
上风包括更好的电极打仗，更少的锂沉积，更少的气体产生和分布。
劣势包括较低机器压力导致石墨膨胀的可能性和较高压力下隔膜不屈均孔闭合导致的变形，阻碍电池内部动力学。

如下图所示，当外部机器压力从0.05 kN增加到1.70 kN时，恒压充电阶段韶光明显降落，而恒流充放电阶段韶光并没有太大差距，全体过程通过增加外部机器压力能节约14.7%的化成韶光。
文章同时证明了高外部机器压力比高环境温度能更有潜力地降落电池化成韶光，因此节省电池本钱的可能性也更大。
其余，当高温和高机器压力结合时，电池温度升高，能够抑制电池放热反应。

3.充放电电流

随着对石墨负极SEI膜的不断探究与认识，其组分和构造及对电极的主要性也逐渐清晰。
EIS(电化学阻抗谱)研究创造石墨负极SEI膜阻抗在0.8～0.3V电压区间达到最大，且SEI膜在第1次嵌锂过程中完备形成。
SEI膜分为内外两层，内层紧张由无机物组成，包括Li2CO3、Li2O、LiF等；外层紧张为有机产物，如烷基氧锂(ROLi)和烷基碳酸锂(ROCO2Li)等。

电极表面的反应是钝化膜形成和电荷转移的竞争过程，由于不同离子的扩散速率和迁移数，在不同电流密度下发生的电化学反应主体不同，天生的SEI膜也具有性子差异。
因此，掌握化成电流密度对付得到均匀、致密和稀薄的SEI膜尤为主要。
而与高电流密度比较，低电流密度化成过程中形成的SEI膜含有更多的有机锂盐和更少的无机锂盐，能够将石墨电极更均匀地包裹，很好地保护电极材料。

4.充放电电压

电压范围的选择同样影响SEI膜的形成。
当充电截止电压为3.6V时，由于SEI膜没有充分形成导致较差的循环性能；而当充电截止电压为3.7V的时候，SEI膜已完备形成，如果再增加截止电压并不会再提升电池电化学性能。

因此，3.7V对LiCoO2/C电池是最得当的充电截止电压。
同样地，与4.2V的化成充电截止电压比较，NMC/石墨或Li/NMC电池充至3.6V或3.7V(50%SOC)时，随后的满电循环过程中容量差别也并不明显。

5.荷电态

电池荷电态(SOC)也常常作为主要的化成技能参数来优化。
与上一部分的充放电电压紧密干系，比如在优化普通LiCoO2或者NMC电池充电截止电压时，充电至3.6～3.7 V代表着靠近电池一样平常的荷电量(即50% SOC)，从性能和化成韶光方面考虑均是空想的选择。
不同荷电态在老化过程中会导致不同程度的反应，影响SEI膜的性子，从而影响电池性能。
25%荷电态在电池老化前后都表现出较大阻抗，且容量保持率较低，最好的性能对应的化成办法是先充电至100% SOC，后放电25% SOC，也便是电池保持75%的荷电态，结合室温进行老化，将得到最高的首次放电容量和容量保持率。

锂电池负极界面反应

免

降落锂电焊接工序废品率

降落电池档位混料不良

比亚迪生产的刀片电池是一种磷酸铁锂电池的构造创新，电池设计成了长薄形似刀片的单体电池。
其采取CTP无模组方案，由于电芯构造的变革，电池包的设计取消传统电池的壳体构造，由刀片电池来充当电池的梁，承担构造件功能。
再采取蜂窝铝板的设计，高下两面粘贴两个高强度铝板，刀片电池排列个中。
这样就跳过了传统的模组环节，提高了空间利用率，在同样空间中能够装下更多的电芯。

刀片电池实在实质还是一种方形硬壳电池，只是采取长薄型构造设计。
常见的形状尺寸为960.010 mm 90.01.0 mm 13.5＋2.5/-1.5 mm。
不同的型号尺寸略有不同，比如138Ah规格的刀片电池厚度约为12mm，而202Ah的刀片电池厚度约为13.5mm。

图1 比亚迪刀片电池

根据138Ah规格的刀片电池拆解信息，电池大概设计参数如下：

标称电压：3.2V

标称容量：138A

电芯尺寸：9609012.0 mm

正极极片尺寸：94483 mm

负极极片尺寸：94685 mm

正极片数：26片

负极片数：27片

正极脸庞量：3.39 mAh/cm2

这种长而薄的电芯设计与制造也具有一些难点：（1）长薄型电芯的尺寸精确度哀求较高，由于任何眇小的尺寸偏差都可能影响电池的安全性和电化学性能性能；（2）长薄型电芯常日采取叠片工艺，这种工艺对制造精度和质量掌握提出了更高的哀求。
叠片过程中须要担保每一层隔膜和电极片的对齐，以及整体的平整度，这中较长的极片对生产设备和工艺掌握都是寻衅；（3）由于电芯的长薄形状，其机器强度和耐久性也是一个设计难点。

后来，沿用刀片电池的观点。
刀片电池又区分为长刀片电池和短刀片电池。
长度900mm以上的电池被称为长刀片电池，而长度400-600mm的称为短刀片电池。
最近，2024年6月27日，吉利发布自研自产的最新一代“刀片式”磷酸铁锂电池——神盾短刀电池，具备192Wh/kg的能量密度，均匀充电倍率达到2.45C，17分钟从10%充到80%，循环寿命超过3500次，并且能够通过八针针刺。
吉利神盾短刀电池的长度只有580mm，比较市场上960mm的长刀电池整整短了380mm。

2024年7月4日，蜂巢能源也发布了磷酸铁锂5C快充短刀电池，能量密度188Wh/kg, 峰值充电5C, 10-80%充电韶光仅10min。

实在，电池在充放电过程中，电流沿电池长度方向的不屈均分布会导致锂离子浓度和电位的不屈均性。
研究表明，在快速充电条件下，负极表面的充电状态（SOC）可能存在高达10%的差异。
在高倍率放电的情形下，负极电位差可达到515 mV。
此外，电池内部发热与外部散热的不匹配可能导致电池内部和环境温度场的不屈均性。
对付如刀片电池等大尺寸的电池，由于其构造的分外性，电流密度、SOC和温度的不屈均分布可能会进一步影响电池在充放电过程中的机器变形。
这些不屈均性还可能导致电极表面内压力的不屈衡。
在充放电过程中，压力、电流密度、温度等物理场的不屈均分布会普遍存在。
这些成分共同浸染，导致固相和液相中锂离子的浓度和电势分布不均，进而影响电池的功率性能。
随着电池尺寸的增加，这些物理场的不屈均分布对电池功率的影响将变得更加显著。

那么，长刀 VS 短刀，哪一个才更好呢？从技能参数角度来看，神盾短刀电池的性能上风非常明显。
它的能量密度达到了192 Wh/kg，这比长刀电池的180 Wh/kg要赶过一截；在10%到80%的充电区间，短刀电池的充电韶光仅为17分钟，比长刀电池所需的26分钟快了近1.5倍；其均匀充电倍率达到了2.45C，远远超过了长刀电池的1.61C。

图2 神盾短刀与长刀电池性能比拟，图片来源：华车圈

公布的实验数据进一步显示，经由2500次充放电循环后，短刀电池的容量保持在87.73%，而长刀电池在1500次循环后，容量衰减到了87%。
在极度的低温环境，即-30C下，短刀电池的电量保持在90.54%，而长刀电池在相同条件下的电量保持率为78.96%。

为了更进一步理解长刀和短刀电池的性能差异，本人采取COMSOL软件仿照了铝箔+正极+隔膜+负极+铜箔单层电池基本单元性能，大略比拟了一下这两种电池设计的差异。
为了直不雅观比拟，设定长刀电极尺寸为900 mm 80 mm，而短刀电极为 600 mm 120 mm，两者电极面积相同，并且其他的电极材料体系、厚度、孔隙率等参数均相同。
以1C倍率充电，仿照结果如下：

充电电压曲线比拟如图3所示，图中红线是仿照过程中的短刀电池电压曲线，由于仿照结果输出韶光间隔太大充电开始段丢失部分数据。
但由现有数据可见，短刀电池的充电电压比长刀电池更低，即电池内阻低，极化更小。

图3 长刀和短刀电池充电电压演化过程

图4和图5分别是长刀和短刀电池在充电开始0s、平台阶段1764s以及充电结尾3528s时候电解质锂离子电流密度的分布。
比拟两种电池在不同时候的最大值和最小值差值可知，长刀电池的差值总是比短刀电池更大些，这解释电池内部各处的电流密度存在不屈均性，长刀电池的不屈均性比短刀电池更大。
图6是两种电池隔膜的相对电流密度分布，长刀电池分布比短刀电池更加不屈均。

图4 长刀电池充电过程电解质锂离子电流密度分布

图5 短刀电池充电过程电解质锂离子电流密度分布

图6 长刀和短刀电池在电压平台阶段1764s隔膜的相对电流密度的分布

图7是两种电池在电压平台阶段1764s，电极电子电流密度的分布情形。
由图也进一步解释，长刀电池各处的电流密度不屈均性比短刀电池更大。

图7 长刀和短刀电池在电压平台阶段1764s电极电子电流密度的分布

图8和图9分别是两种电池在电压平台阶段1764s时负极和正极集流体电势分布，长刀电池负极集流体电势最大值和最小值的差值为60mV,正极集流体电势最大值和最小值的差值为90mV；而短刀电池负极集流体电势最大值和最小值的差值为30mV,正极集流体电势最大值和最小值的差值为40mV.由于长刀电池集流体电子传输路径更长，导致电势存在更大的不屈均。

图8 长刀和短刀电池在电压平台阶段1764s时负极集流体电势分布

图9 长刀和短刀电池在电压平台阶段1764s时正极集流体电势分布

图10是长刀和短刀电池在充电结束时正极涂层SOC分布，充电结束正极活性颗粒分开，锂浓度低，SOC靠近0.由图可知，长刀电池SOC分布更加不屈均。

图10 长刀和短刀电池在充电结束时正极涂层SOC分布

综合以上剖析，比拟长刀和短刀电池，短刀电池在制造工艺和电池性能方面可能比长刀电池更优，一定程度上可以说短刀电池是最优解，电池的高宽比还有进一步优化空间。
不过长刀电池在电池包成组方面可极限减少横梁等赞助构造件，提高成组体积利用率。

动力锂电池降本进程，如何持续降本？

构造件——动力电池关键材料：按照电池封装技能路线的不同，紧张有方形、圆柱、软包三种形状，对应的构造件分别为方形构造件、圆柱构造件和铝塑膜。
动力电池精密构造件具有大宗属性和精密制造两个特点，并随锂电池降本进程持续降本。
在硬壳构造件（圆柱和方形）中，盖板构造较繁芜，由防爆片、翻转片、 极柱等部件组成，防爆片铝材国产化正在进行；而铝塑膜目前紧张市场份额仍由日韩企业盘踞，海内以新纶科技为代表的企业正积极推动国产化替代。

圆柱、方形、软包，谁主沉浮：圆柱、方形、软包三种路线的相互竞争由来已久， 各路线的市场份额直接决定上游不同构造件的需求。
在海内，宁德时期和比亚迪 为代表的方形电池长期霸占主导地位；在外洋，松下、LG 等电池厂商先后崛起， 带动圆柱、软包电池份额提升。
2020 年环球市场中方形/圆柱/软包电池市场份 额分别为 49%/23%/28%。
根据我们的测算，2021 年环球硬壳构造件需求量有 望达到 104 亿元，2021-2025 年市场需求 CAGR 超 43%；2021 年环球铝塑膜需 求量 42 亿元，2021-2025 年市场需求 CAGR 为 51%。

构造件商业模式：横向比拟：比拟汽车、手机、锂电构造件，在基本加工工艺的 背景下，我们创造锂电构造件认证周期更长，对产品同等性哀求更高，且产品类型较单一；

纵向比拟：比拟正负极、隔膜、电解液、电芯、铜箔等动力电池家当 链，我们创造锂电构造件毛利率处于中等水平，人均创收较低，经营杠杆较高。
而龙头正通过规模化与自动化提升开工率与良率，从而强化竞争上风。

估值方面：构造件龙头2021年和2022年PE低于正负极、隔膜、电芯龙头，与电解液龙头在同一水平。
一方面，锂电构造件需求增速将跟随环球锂电产能扩展而提升， 另一方面，锂电构造件需求不受钠电池、固态电池等技能路线更迭影响，赛道更安全、稳固。
比拟之下，我们认为构造件行业估值有进一步提升空间。

综上，“碳中和”背景下，环球新能源车渗透率仍将快速提升，从而带动锂电构造件行业需求提升。
2021-2025 年，环球锂电硬壳构造件/铝塑膜需求增速分别为 43%/51%。
行业壁垒方面，龙头节制先发上风，并与客户就近配套。
未来有望通过客户规模扩大和自动化不断改进产品良率与开工率，从而强化竞争上风。
在动力电池家当链中，构造件需求不受钠电池、固态电池等技能路线更迭影响，赛道更安全、稳固。

整体来看，圆柱和方形统称为硬壳，封装构造较为相似，均由壳体和盖板组成。
软包电池封装较为分外，由铝塑膜构成。

产品属性：大宗材料，精密制造

从本钱构成和制造工艺来看，动力电池精密构造件具有大宗属性和精密制造两个特点，并随锂电池降本进程持续降本。

本钱端 ：大宗属性

构造件（包括圆柱、方形构造件及铝塑膜）均属于金属材料加工行业，生产本钱中原材料本钱占到 50%以上，其次是制造用度（折旧摊销及电力本钱）和人工本钱。

从质料端来看，方形铝壳构造件质料以铝合金为主，其次为铜、钢材、塑料等；铝塑膜的质料为铝箔、尼龙、聚丙烯等，辅以必要的粘结剂。

工艺端：精密制造

盖板的紧张生产工艺包括冲压、焊接、注塑等，壳体的生产工艺紧张是冲压、拉伸。
铝塑膜的紧张生产工艺包括精密涂布、贴合等。

除了基本技能，构造件也发展了浩瀚延伸技能，如安全阀防爆设计、摩擦焊接技能等，紧张用于盖板构造的优化升级。
此外，为了知足大规模精密制造的须要， 行业普遍引入了自动扮装备、柔性生产线等。

须要强调的是，车规级动力电池对同等性的哀求较高。
常日一辆车所集成的电芯数量成百上千，电芯的差异性会导致“短板效应”，严重影响模组及电池包整体性能。
因此，对电池制程能力哀求较高，不合格率每每达到 PPM 级。

利用端：跟随能源降本

随着动力电池持续降本，2017 年以来，磷酸铁锂和三元电池的度电本钱已低落50%以上。
个中降本的成分除了电池大规模制造的规模效应、技能进步带来的能量密度提升、构造创新带来的成组效率提高之外，原材料本钱低落是核心成分。

作为动力电池的关键材料，构造件本钱占电芯本钱比重常日在8%旁边。
近年来， 构造件本钱也处于不断低落趋势。
硬壳方面，2017-2020 年，宁德时期采购构造件单价低落 37%，震裕科技构造件单价低落 30%；软包方面，2017-2019 年， 孚能科技铝塑膜采购单价低落 23%，2018-2020 年，珠海冠宇铝塑膜采购单价低落 12%。

在紧张原材料铝、钢、铜价没有显著低落的背景下，构造件行业持续降本的动力来自于规模效应、技能提升和材料利用率提升。
规模效应有助于摊薄设备和人工本钱，自动扮装备的运用使得产品良率提升，通过材料排布设计可以实现材料利用率提升。
2017-2020 年，震裕科技对铝材的利用率从 44.6%提升至 49.5%。

构造件先容：硬壳持续降本，铝塑膜国产替代

对构造件的需求来自于电池封装。
目前，主流的电池封装技能紧张有方形电池、 圆形电池以及软包电池三类。
动力电池的安全性和利用寿命都受其封装工艺的影 响，不同的封装技能都具有不同的技能壁垒。
封装工艺设计除需知足耐撞击振动 和挤压穿刺的物理冲击外，也需知足防火阻燃等化学性能哀求。

硬壳构造件：盖帽是关键，防爆片铝材有待降本

硬壳构造件包括圆柱和方形构造件，常日由壳体和盖板组成。
个中，盖板的制造工艺繁芜度常日远高于壳体。

盖板

盖板的紧张功能包括：

1）固定/密封功能：顶盖与铝壳激光焊接，包裹固定裸电芯并实现密封浸染；

2）电流导通功能（极柱）：在电池中，顶盖极柱、转接片和电芯极耳焊接导通， 担保电芯充放电电流导通的功能；在模组中，顶盖极柱与汇流排激光焊接、螺栓连接，形成串/并联；

3）泄压功能（防爆片）：当电池涌现非常，内部气压增大至一定值，顶盖防爆 阀将开启进行泄压，降落爆炸风险；

4）熔断保护功能（翻转片）：当电池涌现非常，内部气压增大至一定值，顶盖 翻转片向上顶起，与负极铆接块打仗，使顶盖正负极直接短路，同时铝连接片 Fuse 熔断，快速割断电流；

5）降落电堕落：正极上塑胶采取导电 PPS，担保正极柱与顶盖板间有一定阻值， 降落正极柱与铝壳间的电位差，防止顶盖板/铝壳电堕落，进而提高产品质量和 利用寿命。

盖板中主要部件紧张有：

1）防爆片：一样平常磷酸铁锂体系电池顶盖采取单个防爆阀设计，防爆阀开启压力 一样平常为 0.4～0.8MPa。
当 内部压强增大并超过防爆阀的开启压力时，防爆阀将从刻痕处分裂并开启进行泄压；

2）翻转片：三元体系电池除了采取防爆阀外，还会叠加 SSD 翻转片组合设计形式，防爆阀开启压力和SSD翻转压力一样平常分别为0.75～1.05MPa、0.45～0.5MPa。
当电池内部压强增大至 SSD 翻转压力时，翻转片向上顶起，快速割断电流；

3）极柱：紧张是起到电流导通浸染。
常日正极采取铝极柱，负极采取铜铝复合极柱。

防爆片和翻转片一样平常采取铝带制作，表面刻有防爆刻痕。
由于对爆破压强区间精度的哀求较高，目前该种铝带紧张依赖入口，价格远高于普通铝带。
根据震裕科技招股书表露，2020 年 1-6 月采购入口铝带均价 49.3 元/kg，采购普通铝带均价 15.9 元/kg。

根据江苏鼎胜新能源材料株式会社于2020年12月所申请专利，已成功发明用于三元锂电池、储能锂电池防爆片用的铝带材料。

壳体的制造相对大略，紧张采取连续拉伸工艺。

由于盖板集成部件较多，工艺较为繁芜，且在实际浸染时，防爆阀开启后电解液随意马虎飞溅至盖板接线造成二次事件，因此涌现了将防爆阀转移至壳体的征象。
如科达利 2020 年 5 月申请的专利《一种动力电池壳体及动力电池》，在壳体设置防爆阀。

同时，对壳体的优化还表示在壳体材料的制备。
如靖江市东达铝业 2021年1月申请的专利《一种铝合金动力电池壳体及其制备方法》，通过分外铝合金（Si、 Fe、Mg、Zn、Mn、Cu、Ti、C、Cr、Zr 等）的制备，提升壳体材料的强度、 韧性、抗应力堕落等性能。

铝塑膜：国产替代进行时

与圆柱、方形电池的硬壳不同，软包电池采取铝塑膜封装。
铝塑膜由铝箔、多种塑料和粘合剂（包括粘接性树脂）组成，按照制作工艺区分，紧张有干法和热法两种。
比较热法铝塑膜，干法铝塑膜更加适用于大倍率、高能量动力电池，运用更加普遍。

由于与电池的内部材料直接连在一起，以是电解液会浸润到铝塑膜的内层，故哀求其具备以下性能：1）极高的阻隔性；2）良好的热封性能；3）内层材料耐电解液及强酸，不与电解液反应；4）良好的延展性、柔韧性和机器强度。

在构造上，铝塑膜为一种三层膜的复合股料，紧张由尼龙层（ON）、铝箔层（AL）、 流延或未拉伸聚丙烯层（CPP）相互粘合后构成。

根据铝塑膜厚度的不同，可分为 88m、113m、152m，个中厚度152m的铝塑膜适用于动力电池，而更薄的 88m 和 113m 适用于3C领域。

在本钱上，铝塑膜占到整只电芯的18%，仅次于正极（30%）和 电解液（25%）， 属于占比较大的一种身分。
在铝塑膜本身的构成中，铝箔的本钱占到 65%。

在铝塑膜的原材料中，铝箔是核心材料，厚度 5-9m，海内产能较丰富，领先的压延铝箔企业包括华西铝业、渤海铝业、河南神马等，但海内产品在性能方面不及国际产品，紧张供应中低端 3C 消费电子领域。

CPP（流延聚丙烯薄膜）紧张起到封口浸染，海内生产企业紧张有佛塑科技、广东仕诚、佛山俊嘉等，但产品紧张用于低端 3C 消费电子领域。

BOPA（双向拉伸尼龙薄膜）位于最外层，紧张起到保护浸染。
海内厂家紧张有沧州明珠、佛塑科技、厦门长塑等，但紧张运用领域为 3C 消费电子领域。

综上，海内原材料紧张运用于 3C 消费电子领域，在软包动力电池领域所需原材料仍依赖入口。

2020 年，日本两大巨子霸占铝塑膜市场的 60%以上。
韩国栗村落化学、海内新纶科技亦具备较强实力，整体来看国产替代空间仍较大。

而铝塑膜的国产替代正在进行中。
2016 年，新纶科技收购日本 T&T 三重工厂， 并通过常州生产基地实现铝塑膜国产化；明冠新材通过自主研发，2020 年完成了国产铝塑膜对孚能科技、超威创元、复兴派能、赣锋电子等下贱锂电池厂商的重点开拓；紫江企业的铝塑膜子公司紫江新材料产品已通过 CATL、光宇、力神等企业认证，年产能近 4000 万平方米。

通过铝塑膜国产化，能够使每平米本钱降落 5-7 元，从而使锂电池总本钱降落 1.5%旁边。

圆柱、方形、软包，谁主沉浮

方形电池：封装可靠度高、系统能量效率高、能量密度较高、构造较为大略、扩 容相对方便、可以通过提高单体容量来提高能量密度、稳定性相对好。
但由于方形电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产，以是市场上型号类型太多，工艺很难统一；生产自动化水平不高、单体差异性较大，在大规模运用中，存在系统寿 命远低于单体寿命的问题。

圆形电池：与方形都属于硬壳封装，圆柱型电池工艺成熟，PACK 本钱较低，电池产品良率以及电池组的同等性较高；由于电池组散热面历年夜，其散热性能优于方型电池，但后期依然要面对成组后散热设计难度大、能量密度低等问题。

软包型电池：采取铝塑膜包装、安全性好、重量较钢壳和铝壳电池轻、具有较高的质量比能量、内阻小、循环寿命更长，但是由于型号浩瀚自动化程度低、生产效率低、本钱高、高端铝塑膜严重依赖入口、同等性较差。

圆柱电池：受益于特斯拉

1992 年，日本索尼公司发明了锂电池。
综合考虑当时的设备工艺和技能条件， 索尼选择了一条在当时看来最稳妥可行的方案——18650 圆柱形电池。

1994 年，松下开始制造锂离子电池。
1997 年，搭载松下圆柱形镍氢电池的第一 代混动车型丰田普锐斯上市。
到了 1998 年，松下的 18650 圆柱形锂电池已批量装置在世界多个品牌的条记本电脑。
因此，在特斯拉在为第一代 Roadster（2008 年上市）选择电池供应商的时候， 18650 圆柱形电池是当时最成熟稳定的锂离子电池。
特殊这天本厂商，在经由多 年积累，在生产工艺方面积累了大量履历，其生产的 18650 圆柱形电池在同等性、安全性方面都达到了较高的水平。
特斯拉与松下的互助，正式开启了圆柱形锂电池运用于纯电动车的时期。

在中国范围内，也有一批圆柱形电池的追随者，如比克、沃特玛、力神等，但市 场表现均不佳。

2020 年，圆柱电池在海内份额提升，紧张由于国产特斯拉的放量，带动 LG 化 学圆柱电池（21700）装机提升。

2020 年，外洋圆柱电池出货量低落，整体份额低落约 20pct。

方形电池：海内主导，外洋份额有所低落

在海内，方形电池长期霸占主导地位。
2020 年，海内方形电池出货量占比 80%， 较 2019 年低落 4pct；外洋方形电池出货量提升较快，但由于总量扩大，份额保持稳定。

三星 SDI

1999 年，三星 SDI 开始进入电池领域。

2009 年，宝马推出搭载三星 SDI 方形电池的纯电动汽车 Megacity。
其生产商， 正是三星 SDI 和博世于 2008 年 6 月互助建立的合伙公司 SB Limotive。
三星 SDI 由此进入动力电池市场。

2013 年，三星 SDI 与宝马签订长期互助协议，成为宝马核心供应商；之后又与 大众、奥迪、保时捷等车企达成互助。

宁德时期和比亚迪

宁德时期和比亚迪的快速崛起，奠定了方形电池在海内的主导地位。
2015-2016 年，比亚迪动力电池装机量位列国内第一，宁德时期位列第二；2017-2020 年， 宁德时期动力电池装机量位列国内第一，比亚迪位列第二。

整体来看，2017-2019 年，我国动力电池装机集中度提升较快，宁德时期和比亚迪合计市占率从 46%提升至 68%。

软包电池：受益于欧洲新能源车放量，两大巨子推动

动力软包电池由 AESC 首创，由 LG 化学发扬光大。

2007 年，动力电池公司 AESC（日产与 NEC 合伙公司）将用于手机产品的软包电池做到了车规级标准。
2010 年后，其搭载的纯电动车日产聆风广受欢迎。

2009 年，LG 化学与当代共同推出首款当代 Avante 以及 Forte 电动车，正式迈入汽车电动化时期。
2009-2015 年，LG 化学动力电池客户先后席卷通用、福特、 科勒莱斯美国三大主流车企，顺利拿下雷诺、沃尔沃、奥迪、戴姆勒等欧洲客户， 并通过雷诺-日产-三菱同盟逐渐进入日系车供应链。

受益于广泛的客户根本，LG 化学在 2019-2020 年迅速崛起。
2020 年，LG 化学完成装机量 31GWh，在环球范围内仅次于 CATL，乃至在 2020H1 实现反超 CATL。
2020 年 H1，在欧洲，LG 化学长期布局的欧洲新能源车市场需求跃升，LG 配套的雷诺 Zoe、当代 Kona 等车型脱销；在中国，国产特斯拉放量，多次保持月度 新能源车型销量冠军。
LG 化学动力电池出货量大幅提升，2020 年上半年 LG 化学市场份额较 2019 年提升 14PCT 至 25%，一度超过同期的 CATL（23%）。

同时，另一软包龙头 SKI 迅速崛起。
2020 年 SKI 实现装机量 7GWh，较 2019 年的 1.97GWh 提升明显。

2020 年，欧洲新能源车渗透率快速提升，带动外洋软包电池出货量增加，份额实现翻倍（从 2019 年的 21%提升至 2020 年的 42%）。

而在海内，软包市场份额进一步萎缩，从2019年的8.7%低落至2020年的6.2%。

而在海内，软包企业有孚能科技、万向 A123、微宏动力、天津捷威、北京国能、 亿纬锂能、鹏辉能源、卡耐新能源等。

趋势与空间

中国与外洋不同的趋势

由于多数头部动力电池企业每每主打圆柱、方形、软包中的一种，因此不同类型电池市场份额的变革，在一定程度上代表了头部动力电池企业竞赛的历史。

比拟我国和外洋不同类型电池市场份额变革，可以看到 2017 年是一个分边界。

2017 年前：

我国与外洋在不同类型电池市场份额变革方面趋势相同。
方形电池霸占 60%以 上的市场份额，2015-2017 年呈现“先升后降”的趋势；软包电池市场份额保持 稳定，约在10%旁边；圆柱电池市场份额在 2016 年受到方形电池挤压，在 2017 年得到规复。

2017 年后：

我国与外洋在不同类型电池市场份额变革方面表现出完备不同的趋势。

我国方形电池份额得到打破，2019 年市场份额靠近 85%。
这与宁德时期的崛起密不可分，2018 年宁德时期实现 IPO 上市，同年出货量 23.4GWh，同比增长 1.4 倍。
2020 年，由于特斯拉 model Y 的热销，带动我国圆柱电池市场回升。
而软包电池市场份额则持续受到挤压。

在外洋，方形电池市场份额自 2017 年后一起下滑，近两年保持平稳，2020 年市场份额 28%。
而圆柱电池和软包电池则先后实现放量，2017-2019 年，圆柱电池市场份额由 28%提升至 51%，同时松下伴随特斯拉在环球崛起。
2020 年， 外洋软包电池崛起，市场份额由 2019 年的 21%翻倍至 2020 年的 42%。
这基本得益于 LG 化学的放量，其根本缘故原由在于欧洲电动车渗透率快速提升。

2025 年环球构造件（含铝塑膜）500 亿元市场空间

短期来看：

软包势头仍猛。
LG 化学、SKI 分别宣告分拆旗下电池业务独立上市，软包大本营——欧洲碳中和政策加码，都将推动软包电池进一步放量。

中期来看：

三元锂电池能量密度提升乏力，行业转向构造创新。
以宁德时期 CTP、CTC 技 术、比亚迪刀片电池为代表的构造创新纷纭呈现。
实在质上是利用电芯外壳的支撑浸染，将电芯直接集成至电池包乃至底盘，从而减少模组构造件利用，提升能 量密度。

软包电池的上风在于单体电芯能量密度高，但由于成组繁芜，在 PACK 层面能量密度上风已不明显。
软包外壳缺少支撑浸染，再省去模组环节难度较大。
因此， 中期维度可能受到方形、圆柱电池构造创新方面的寻衅。

长期来看：

为了达到更高的能量密度，固态电池被认为是下一代动力电池。
而针对固态电池， 采取卷绕构造的圆柱电池不再适用。
由于不再适用液态电解液，方形硬壳的必要 性低落，因此软包被认为是固态电池适配的封装办法。

环球新能源车渗透率持续提升，通过假设环球新能源车渗透率和单车带电量，我们推测到 2025 年环球动力电池需求量为 1164GWh，海内 406GWh。

2021-2025 年，估量我国方形电池坚持强势地位，市占率在 80%以上；软包电池市占率缓慢提升，到 2025 年达到 6.5%的市占率；圆柱电池在 2025 年达到 13%的市占率。

环球范围内，估量软包电池占比持续提升，到 2025 年达到 48%的市占率；圆柱 和方形电池市占率缓慢低落，到 2025 年市占率分别达到 28%、24%。

假设受益于制造效率提升，单位包装本钱逐年低落。
估量到 2025 年，我国动力电池构造件（包含铝塑膜）市场空间 185.6 亿元，个中硬壳（圆柱+方形）173.8 亿元，铝塑膜 11.9 亿元；环球范围内动力电池构造件（包含铝塑膜）市场空间 515.3 亿元，个中硬壳（圆柱+方形）340 亿元，铝塑膜 175.5 亿元。

构造件行业：壁垒高，重资产

横向比拟：进入壁垒高

从行业属性来看，汽车、手机、动力电池构造件同为金属加工行业，在技能方面普遍以模具的利用为核心，涉及冲压、拉伸、焊接、注塑等工艺。

从客户壁垒来看，3C 构造件的改换认证周期更短，如苹果手机供应商 MFi 认证普遍需 4-6 个月；而锂电构造件的认证周期较长，根据科达利招股书表露，前期技能和产品磨合期一样平常为 3-5 年；汽车构造件的认证周期则为 1 年以上。

从产品稳定度来看，锂电构造件和汽车构造件需符合车规级标准，而 3C 构造件则为消费级。
由于对振动、冲击、灰尘、温度变革的承受范围不同，车规级产品的可靠性和稳定度每每远高于消费电子产品。

从产品构造来看，锂电构造件承担着保护电池内部的浸染，需经由气密性检测， 以防漏液。
而 3C 构造件、汽车构造件常日起到支撑浸染，为开放式构造。

比拟本钱构造，3C 构造件和锂电构造件较为附近，常日材料本钱约占 60%，低于汽车构造件（70-80%），而人工本钱占比（10%-20%）则高于汽车构造件 （5%-10%）。
因此，3C 构造件和锂电构造件的人力密集型程度高于汽车构造件，原材料依赖度小于汽车构造件。

正由于在制造模式上具有一定的相似性，长盈精密、领益智造等消费电子构造件制造商发布扩产公告，投资电池精密构造件项目。
常日消费电子构造件制造商的精密制造能力较强，但面对的紧张壁垒在于客户认证，以及从消费电子到车规级产品所需的产品质量掌握。

纵向比拟：经营杠杆高

本钱构造角度：在正极、负极、隔膜、电解液、铜箔、构造件、电芯等各环节， 可分为三个层次：

1）原材料依赖型：正极、电解液、电芯、铜箔的本钱构造中材料占比较高（75% 以上），核心缘故原由在于原材料价格较透明，且需求量大，同时设备投资额相对较 小，导致制造环节的本钱偏低。

2）制造依赖型：构造件、隔膜的制造本钱占比较高，缘故原由在于设备投资额相对 较大，折旧摊销本钱占比高。

3）制造主导型：负极材料的制造用度占比超过 60%（计入加工费），原材料占比低于 40%，缘故原由在于原材料本钱低（沥青焦、石油焦等），同时加工流程长。
约有 50%的成本来自于石墨化加工费。

毛利率角度：各环节同样可分为三个层次：

1）隔膜龙头：毛利率靠近 50%，缘故原由在于产品附加值高，龙头企业市占率高。

2）电芯、铜箔、电解液、构造件、负极龙头：约 30%旁边。

3）正极龙头：15%旁边。
核心缘故原由在于本钱加成的定价模式。

人均创收角度：

正负极、电芯、铜箔龙头企业人均创收较高，构造件企业人均创收较低。
这与产品代价量和生产过程的人力密集程度有关。

构造件企业的人工本钱占比超 10%，且产品代价量不高，这是人均创收较低的紧张缘故原由。

比较原材料成本来说，设备折旧摊销和人工成本相对刚性。
因此，生产规模扩大， 开工率提升能够显著摊薄刚性本钱，从而提升产品毛利率。

从本钱占最近看，构造件和隔膜行业固定本钱占比较为显著，紧张缘故原由在于设备折旧摊销和人工本钱占比较高。
以单位收入中固定本钱占比代表经营杠杆，构造件行业在各环节中有着最高的经营杠杆。

综上所述，构造件龙头在本钱构造上与隔膜龙头类似，且具有相对人力密集的特 点。
在锂电池各环节中，构造件龙头经营杠杆较高，收入中固定本钱比例达到 40%旁边。
这意味着提升开工率和良率能够有效摊薄固定本钱，提升毛利率。

假设根本毛利率（开工率和良率均为 100%）25%，折旧+人工本钱占总本钱比例为 55%，原材料本钱占总本钱比例为 45%，打算开工率和良率变革对毛利率的影响。

龙头上风：规模化与自动化，提升开工率与良率

标准化、规模化、自动化

动力电池尺寸标准化

目前，市情上的动力电池尺寸、形状、容量、电压规格型号较多。
对付整车企业来说，增加了匹配、采购动力电池的难度；对付电池厂商来说，阻碍了动力电池大规模标准化生产，不利于动力电池降本。

国际方面，国际电工委员会(IEC)组织制订了国际标准 ISO/IECPAS16898：2012 《电动汽车用二次锂离子电池形状尺寸》，个中规定了 62 种尺寸规格的各种动力电池单体。
德国汽车工业协会根据汽车安装的哀求，出台 VDA 尺寸规格，这是欧洲汽车企业最早对动力电池尺寸规格的规范。

海内方面，由工信部主导，中国汽车技能研究中央、宁德时期、比亚迪、国轩高科等联合起草的国家标准《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》 （GB/T34013-2017）于 2018 年 2 月履行。

办电池日（POWER DAY），提出标准电芯的研发事情已经开始，操持 2023 年全面铺开，到 2030 年将覆盖大众集团旗下 80%的电动车型。
大众集团估量，标准电芯在量产车型中的本钱将降落 30%，在入门级车型中将降落 50%。

规模化生产与智能制造

韩国锂电家当咨询机构 SNE 预估，2025 年动力电池出货量 1160GWh，从而将实现 GWh 到 TWh 的跳跃。
与此同时，大规模制造的同时，要知足电池同等性的哀求，对风雅制造提出寻衅。

宁德时期董事长曾毓群提出“极限定作”的观点，即 1）单体安全失落效率要由 PPM 级提高三个数量级到 PPB 级；2）保障全生命周期从第一个循环到成千上万个循环的可靠性；3）大幅度提高生产效率，实现 TWh 级的高质量交付能力。

对应到构造件方面，也便是大幅提升产品同等性和生产速率。
包括盖板装置的自动化、气密性检测的连续性，以及冲压拉伸性能的稳定性等。
从 2017 年以来， 科达利持续推进自动化及智能化制造能力，开拓出 SPC 品质过程掌握系统、PTS 产品质量追溯管理系统、新一代的自动线 MES 系统等，生产职员持续低落，产 品良率持续提升。

值得把稳的是，跨界技能的引入可能进一步提升锂电构造件的生产效率和工艺。
2021 年 1 月，特斯拉发布新式 4680 电池生产线视频，马斯克表示，适口可乐工厂生产线的批量规模生产模式给特斯拉的电池生产线带来了灵感。
这暗示着， 传统易拉罐与圆柱电池壳可能存在相通之处。

海内易拉罐设备商斯莱克正积极推动易拉罐制作技能向新能源电池壳迁移。
根据斯莱克表露，以圆柱形电池壳生产为例，海内传统电池壳生产线设备冲压系统速 度一样平常不超过 50 个/分钟，国外设备生产商冲压系统速率约为 150 个/分钟，而 斯莱克研发的电池壳自动化生产线生产效率能达到 1200 个/分钟。
比拟电池壳传统生产办法，斯莱克采纳的技能路线能够使得电池壳具有更高的光洁度、更好 的质量同等性，同时能够更好地知足客户大量量产的须要。

估值对标：赛道更安全稳定性，竞争格局较优

估值方面，构造件龙头 2021 年和 2022 年 PE 低于正负极、隔膜、电芯龙头， 与电解液龙头在同一水平。

当前估值与长期增速、短期景气度（紧张取决于供需缺口，影响成分包括扩产难度大、进入壁垒高）、以及竞争格局有关。

长期增速：跟随环球产能扩展，不受固态电池、钠电池影响

长期角度来看，由于构造件与电芯数量比为 1：1，行业增速将跟随环球锂电产 能扩展。
更主要的是，构造件行业是一条更为安全、持久的赛道。
只管固态电池在短期内仍无法达到量产规模，但长期来看将对电解液、隔膜产生较大影响；相 对锂电池，钠电池在储能、低速电动车等对能量密度哀求不高的领域有较大上风， 未来不可避免将对现有的锂离子电池体系产生分流浸染，但其在电池封装方面依 然延续现有的圆柱、方形、软包体系。
因此，现有的正负极、隔膜、电解液，都在较大程度上受到技能路线变更的困扰， 构造件则坚持需求稳定，不管在固态电池领域，还是钠电池领域，都将保持现有需求格局。

截至目前，环球动力电池已公开的总产能方案估量在1712GWh，已远超1151GWh的所谓产能缺口

锂电池制造设备！

锂电设备是锂电池生产的根本，锂电池制作工艺繁芜，全体生产过程涉及30多道工序，需多种设备配套完成，因此，锂电设备的工艺水平及其运行情形直接影响锂电池的性能及质量，是决定锂电池品质的关键成分之一。

从详细生产环节来看，锂电池的生产可分电芯制造和模组/PACK 两大环节，个中电芯制造包含极片制作（前段）、电芯装置（中段）和电芯激活测试（后段）三大工序：前道工序即正极、负极的制作；中道工序将电解液注入锂电池；后道工序为激活检测组装，即密封、质检、分选阶段。
根据在锂电池生产环节中运用情形，锂电设备可分为前道设备、中道设备、后道设备。

图1 锂电池生产过程及所需设备

数据来源：民生证券研究院

在锂电池生产线中，前道工序本钱占40%旁边，中道和后道工序大致各占30%。
在单个设备本钱投入方面，涂布机占30%旁边，卷绕机占20%旁边，活化分容检测类设备占20%旁边。

图2 锂电池生产线工序本钱构造及各设备本钱占比

数据来源：GGII，上海证券研究所

前道工序—电极制作及其干系设备

前道工序是根本，本钱占比高达40%，其流程为：匀浆(搅拌)→涂布→烘干→辊压→分切

搅拌是将活性材料（钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料 NCM 或 NCA 等）、溶剂等通过真空搅拌机搅拌成浆状，力求均匀、掌握粉尘，对混料步骤、搅拌韶光等有较高哀求。
涂布是搅拌好的浆料以均匀的速率抹到铜箔（负极载体）、铝箔（正极载体）上，以制作正极、负极。
涂布须要担保正极、负极的厚度与重量同等，没有粉尘、杂物等混入。
烘干的目的是将溶剂挥发出来。
辊压是通过辊，将附着有正极、负极材料的极片进行碾压，让涂覆的正负极材料与铜箔（正负极载体）更加紧密，提升电池的实际能量密度，也可进一步担保正极、负极的厚度同等。
分切包括极耳模切与分条。
极耳模切是将压好的极片切割成导电极耳。
导电极耳是将正负极引出来的金属导电体，普通称为电池正负两极的耳朵，是电池充放电的打仗点。
分条是将压好的极片根据电池的尺寸进行切割。
如特斯拉利用的 18650 电池，是指直径为 18mm、长度为65mm 的电池，末了的“0”代表圆柱形电池，则在生产 18650 电池时，应按照终极电池的尺寸，分切极片大小。
极耳与正负极分切好后，还要进行点焊，将极耳焊接到正负极上。
分切哀求管控毛刺，由于锂电池的内部布局十分精密，正极、负极若毛刺过长，可能会扎穿隔膜，导致正负极直接打仗（即短路）。

前道设备被利用在电极制作的各项生产工艺中，包括用于搅拌的真空搅拌机、用于涂布的涂布机、用于辊压的辊压机和用于分切的全自动分切机等。

涂布机是前道核心设备，代价量最高

涂布设备具有较高的技能壁垒，为前段代价量最高的设备，占锂电设备代价量15-18%。
随着当代各种新型材料的发展、机器加工精度的提高、电气及自动化程度的遍及、各种在线检测仪器的运用以及打算机在线掌握等技能的发展，极大促进了涂布机技能的改造。
同时下贱行业技能不断进步，市场对涂布机的高速率、高均匀度、高稳定性、高生产效率、智能化哀求不断提升，海内涂布机企业须要尽快提升技能工艺，占领高精密涂布机领域， 并与国际技能逐步接轨，扩大海内涂布机行业在高端市场的霸占率。

图3 锂电涂布设备市场规模

涂布机按照构造类型可划分为刮刀式、转移式和挤压式，挤压涂布运用于3C 、动力及储能电池。
刮刀式紧张运用于实验室，转移式涂布紧张运用于3C电池的生产，挤压涂布紧张运用于高端 3C 电池、动力电池、储能电池。
个中，挤压涂布是这三种中最前辈的技能，涂布速率快、精度高、面密度均匀，近年来由于动力电池生产需求飞腾，挤压式涂布市场规模不断扩大，估量将保持较高增长率。

图4 不同涂布机产品

数据来源：信宇人招股解释书

中道工序—电芯装置及其干系设备

电芯装置的工艺流程为：卷绕或叠片→入壳→点焊或封装→注液或焊盖帽。

卷绕与叠片的目的均是将制作好的正负极片、隔膜组合起来，是完备相互替代的工艺。
卷绕是指以卷绕的办法排列正极片、负极片、隔膜，叠片是将正极、负极、隔膜一层层叠起来。
卷绕型工艺运用韶光长，技能成熟、速率快、效率高、电芯同等性有担保，但对涂布哀求高，且哀求极片层有一定的弹性，否则在弯折处易脱落或断裂。
叠片尺寸灵巧、内阻比卷绕低（如采取同样材料）、内部散热性优秀，可制作成各种形状的电池。

图5 卷绕、叠片工艺比拟

数据来源：民生证券研究院

入壳是卷绕或叠片的下一步工艺。
锂电池的包装分为两大类，一因此铝塑包装膜作为包装材料的软包电芯，二是金属外壳电芯，一样平常利用钢壳或铝壳，也有部分分外用场的电芯采取塑料外壳。
软包电芯采取热封装，而金属外壳电芯一样平常采取焊接（激光焊）。
点焊是将极耳与外壳焊接，封装是将铝塑膜预留的用于密封的封头部分加热，使得熔化黏合在一起，再降温以固化黏结。
注液将电解液注入到点焊好或封装好的电池中。
注液后焊接好盖帽，锂电池电芯到此步已制作完成。

表 1 中道设备及其海内紧张供应商

数据来源：各公司官网，东吴证券研究所

卷绕机vs叠片机

中道设备有一定的个性化须要，并且对精度、效率、同等性哀求非常高。
根据GGII数据，2022年中国锂电卷绕设备市场规模为125亿元，同比增长56.3%。
市场集中度较高，发卖额CR3达到60%-70%，先导智能是海内卷绕机龙头，其高速卷绕技能领先环球。
卷绕机在海内发展了已有10年，通过近两三年运动掌握技能的参与，有了很大的提升。
比如，通过数学建模设计卷针的形状，再通过程序打算得到卷针的轨迹来实现变转速曲线。
这样曲线的细节可以很清晰的表示出来，未来定向曲线优化，实现扁平卷针的高速变转速卷绕将更随意马虎实现。

国家补贴政策对续航里程、电池能量密度哀求越来越高，以是能量比更高的软包电池将逐渐受到市场的青睐，运用于软包电池制作的叠片机受到了更多的关注。
2022年中国锂电叠片设备市场规模达到47亿元，同比增长68%；前五大厂商市场霸占率合计达59%，市场集中度进一步上升，叠片机在未来具有广阔的发展前景。

表 2 不同叠片机比拟

数据来源：各公司官网，东吴证券研究所

从二者的比拟来说，卷绕机在效率和本钱上霸占上风。
从效率上剖析，卷绕机只要开始卷了，工艺是很快的，大约20秒完成。
但叠片是一片一片往上放同时Z型摇摆，须要64秒，二者效率相差2.2倍。
从本钱上剖析，卷绕机一样平常300-400万/台，12ppm方形须要3台卷绕机，对应1000万元本钱；叠片机600-800万/台，12ppm软包须要4台叠片机，对应2400-3200万元本钱，二者成本相差3倍。

后道工序及其干系设备

后道工序基本流程为：化成→分容→检测。

化成是给予锂离子电池的第一次充放电、形成稳定 SEI 膜的过程，使电池具有充放电能力。
组装好的电池，第一次充放电时，会在负极石墨上形成一层 SEI（solid electrolyte interface）膜，该层 SEI 膜是负极嵌入锂离子的构造。
而锂离子电池充放电的事理即为锂离子在正负极的嵌入与分开，因此，SEI 膜的形成对锂离子电池的性能而言至关主要。
分容为将生产好的锂离子电池根据不同的容量，挑选出来，以担保组成电池包的电池其电容量具备同等性。
分容包括将化成好的电池进行恒流充电、恒压充电、静止、恒流放电等，测试多次循环充放电后的容量和电压情形。
由于分容与化成事理附近，故化成、分容多在一个设备内完成。
检测包括 X-ray 检测、焊接质量检测，绝缘检测等，是锂离子电池的末了一道工序。

后道设备紧张由充放电设备、电压/内阻测试设备、分选设备、PACK生产线、自动化物流设备及相应的系统整体掌握软件等组成。
锂电池的关键参数（电池容量）是在化成中活化而形成，在分容中测定，因此充放电设备是后处理系统中的关键设备。
不仅数量弘大而且直接关系到电池产品的合格率和批次的同等性。
充放电设备的小事情单位是“通道”，一个通道可以为一个电芯进行充放电，多个通道组成一个单元（BOX），多少个BOX组合在一起（为合理利用空间），就构成了一台充放电设备。

表3 后道设备及其海内紧张供应商

数据来源：各公司官网，东吴证券研究所

我国锂电设备行业虽起步较晚，现已基本完成入口替代

日本、韩国等锂电池制造设备行业起步较早，技能较成熟。
1990年，日本皆藤公司成功研发出第一台方形锂电池卷绕机；1999 年，韩国 KOEM（高丽机电）公司开拓出锂一次电池卷绕机和锂一次电池装置机。
在随后的锂电池设备发展过程中，日、韩的技能水平一贯处于较为领先地位。
海内锂电企业起步晚，但进步快。
1998 年，我国锂电池设备制造开始起步，锂电生产线关键设备依赖入口。
入口设备虽然自动化程度较高、稳定性较好，但价格昂贵、操作系统繁芜、售后做事不便。
这一期间，海内锂电池生产以手工生产为主，生产效率低下，质量同等性较差。
2003 年，我国开始批量生产一些大略的锂电设备，连续式极片分条机于当年在海内面市。
2004 年，海内研发成功双面间隙式涂布机，各研究所也相继开拓出转移式锂电极片涂布机等设备。
2006 年，海内已涌现一批锂电池专业设备制造企业，但此时设备的技能水平还相对较弱，自动化程度不高，大部分电池厂商仍以手工生产为主，部分电池厂商因批量生产需求仍需入口国外设备。

近年来，随着我国锂电池行业市场需求快速增长，以及锂电池生产企业大规模扩展产能的须要，海内呈现了以先导智能、赢合科技、信宇人等为代表的一批研发和制造能力较强的锂电池专用设备制造商。
海内锂电设备企业在紧张设备的技能参数、生产效率等实现对国外厂商的追赶和反超，同时凭借较低的价格、更好地本地化做事等实现国产替代，并逐步形成了较为稳定的竞争格局。
据头豹研究所统计，中国锂电设备整体国产化率达 90%以上，个中前段设备相较中后段设备略低，前段设备中的核心设备涂布机部分高端机型仍需依赖入口，中后段工艺相对大略，因此基本完成入口替代。

差异化竞争：国外产品单一 Vs 海内整线布局

国外企业主打单一产品。
从产品构成来看，国外锂电设备制造企业专业分工较细，很多企业从事单一设备的研发生产。
例如，日本的皆藤制作所、CKD 以及韩国高丽机电主打锂电卷绕设备；日本的东芝、富士、东丽、平野等紧张生产涂布设备；日本西村落等以生产分条设备见长。

海内头部企业进行差异化竞争，构建丰富的产品线。
海内企业通过布局锂电前中后各道工序所需设备，切入到供应自动化生产线整体办理方案领域。
海内大型锂电设备企业先导智能、赢合科技等产品种类完好，为集成自动化生产线供应有利条件，使得锂电池生产的整线交付模式成为可能。

整线交付有利于提升锂电池企业扩产效率。
以前，锂电池客户扩产时大多是分段采购多个供应商的设备，投入人力物力和韶光本钱自主拼线，其培植周期长，技能对接任务重，商务沟通繁琐。
纵然投产后，由于各供应商仅考虑自己单机设备，每每造成产线前后段工艺交互不顺畅，瓶颈工序多、提产慢、稳定性低等问题，且由于各家设备的工业软件之间集成度低，限定了后期产线的信息化、智能化升级改造。
这对付急需进入并实现快速扩产的大多数锂电池企业来说，极为不便，锂电池设备智能化整线交付成为一定趋势。

竞争壁垒：技能上风、资金上风经由韶光积淀累积成为客户上风

锂电设备属于技能密集型产品，综合利用机器、材料、电子、自动掌握等技能，不同核心设备间技能差异大，技能迭代快。
技能壁垒导致了锂电设备行业的两个征象，一是专注于细分核心单品的设备商持续得到订单，二是整线设备商的新开拓的核心设备各项指标优秀，但间隔国产顶尖水平有差距。

锂电设备为订制品，在接到客户订单后，须要根据客户的需求定制化生产，再发货到客户处，进行安装、调试、产能爬坡等步骤。
一样平常在条约签订后，6个月内可完成设备的生产，6个月内可完成客户处的安装调试及产能爬坡。
锂电设备行业的付款模式一样平常为3331，即条约签订后，客户先预支30%的定金，发货前再付30%，验收合格付30%，验收合格 365 天后无非常付10%。
锂电设备的回款周期较长，这也导致资金实力成为锂电设备商竞争的壁垒之一。

锂离子电池对产品质量和安全性哀求高，哀求锂电制造设备具备高精度、高稳定性和高自动化水平，外加设备的定制化特色，设备商要经由多个环节、长周期认证，认证本钱高，锂电池厂商不会轻易改换紧张的设备商。
其余，生产设备经由长期的问题反馈和细节精进，形成了对口下贱电池厂商技能路径下的设备办理方案，设备商与下贱锂电龙头的共同发展下形成的问题反馈机制，也为设备商带来了技能壁垒。
因此，估量未来与锂电池龙头互助较为紧密的锂电设备厂商将拥有更确定性的发展趋势。

锂电设备行业发展趋势

（1）高效、高精度、高稳定性锂电设备市场需求增加

新能源汽车的快速遍及导致动力电池市场需求连忙增加，现有动力电池产能已无法知足市场需求，为提高产品交付能力，包括宁德时期、比亚迪、国轩高科、LG 在内的行业内紧张动力电池企业纷纭提出扩产操持。
锂电池产能扩展一方面通过新建厂房、增加产线数量，另一方面也通过提高产线的生产效率来实现。
下贱客户对锂电池交付速率的哀求导致高效率锂电设备市场需求增加。

锂电设备的精度和稳定性直接影响电池的生产效率和品质。
一方面，锂电池制作工艺繁芜，涉及设备种别较多，只管目前大部分设备单一环节良品率较高，但整线良品率仍旧差强人意。
进一步提高锂电设备的精度和稳定性，有利于提高整线良品率，进而提高生产效率。
另一方面，精度低、稳定性差的锂电设备将直接影响电池的性能、品质，乃至安全性，高精度、高稳定性设备成为行业内紧张企业的首选。

综上所述，为提高生产效率、担保产品质量，高效率、高精度、高稳定性锂电设备的市场需求呈增加趋势。

（2）锂电设备智能化趋势明显

在产能快速扩展和安全性哀求不断提高的背景下，传统的设备和制造工艺已经无法知足锂电池行业的发展需求，实现设备智能化，是提高生产效率和良品率的必要条件。
因此，锂电制造设备呈现出明显的智能化趋势。

（3）动力电池为锂离子电池需求迅速增长的紧张拉动力

受益于国家补贴政策及双积分政策，我国新能源汽车发展十分迅猛，2015年我国成为了环球最大的新能源汽车市场。
2021年我国新能源汽车家当发展步入“快车道”，在产品性能持续提升、根本举动步伐不断完善下，行业由政策驱动转向了市场驱动，整年产销分别完成354.5万辆和352.1万辆，同比均增长1.6倍。
2022年我国新能源汽车家当延续高速增长态势，整年产销量分别为705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9%和93.4%，渗透率达25.6%。
新能源汽车发达发展拉动我国动力电池装车量激增，2022年我国动力电池装车量达294.6GWh，同比增长90.7%，新能源汽车代替传统燃油车已成为环球各国的共识，未来我国将连续推进汽车电动化变革，提升新能源汽车渗透率，动力电池需求量也将进一步扩展，目前电池厂商纷纭加快产能扩展步伐，将对锂电设备产生强劲需求。

（4）储能将成为锂电设备另一增长点

“双碳”目标下，国家大力发展清洁能源，风电、水电等新能源装机规模不断提升，同时也带来了“弃风弃光”征象严重，发电设备不稳定性增强等问题，调峰调频需求进步神速。
储能能灵巧调节与调动电力资源，成为办理“弃风弃光”和知足调峰调频需求的有效手段。
目前，储能行业处于多项技能共同发展阶段，包括抽水储能，压缩空气储能、电化学储能等。
新型储能具备培植周期短、相应速率快、配置灵巧等上风，成为国家重点研发技能，政府部门在2022年相继发布了《“十四五”新型储能发展履行方案》、《加快电力装备绿色低碳创新发展行动操持》等政策推动新型储能发展。
目前我国新兴储能还处于发展初期，截至2022年年底，我国已投运新型储能项目装机规模达8.7GW，在2022年新增装机中，锂离子电池技能霸占绝对的主导地位，占比达94.5%。
GGII数据显示：2022年整年我国储能锂电池出货量达130GWh，实现了1.7倍增幅。
锂电池在储能领域推广运用最大制约成分为本钱偏高，未来随着技能创新，锂电池本钱有望连续下行，叠加国家政策推动，锂电池在储能领域渗透率将持续提升，推动锂电池需求量进一步扩展，进而带动全体锂电设备行业。

文章来源：新能源技能与企管\程冰蕾

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