锂电后段设备行业分析报告.docx

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锂电后段设备行业分析报告

2019年锂电后段设备行业分析报告

2019年6月

本文旨在全面解析锂电池生产后段设备，包括用于化成、分容、检测的充放电机、检测设备等的技术原理、市场现状以及未来的发展机会。

锂电池生产分为前段、中段、后段三个环节，分别完成极片制作、电芯制作和电池组装。

一、后段环节直接决定电池性能，设备端存在技术门槛

后段环节主要是完成电芯的激活、检测和品质判定，具体包括电芯的化成、分容、检测、分选等工作。

后处理工艺步骤是锂电池生产制造工艺中的最后一道工艺，并且是极为关键的一道工艺步骤，直接决定了电池的品质、成品优良率。

1、设备和材料共同决定电池性能

化成，即激活电芯，是后段工艺中最重要的一步。

化成使电池中活性物质通过第一次充电拥有正常的电化学作用，并在电极负极表面生成SEI膜，使电芯具有存储电的能力。

由于锂离子的嵌入过程必然经过覆盖在碳负极上的SEI膜（SolidElectrolyteInterface固体电解质界面膜），因此SEI膜的特性决定了整个电池的性能，如循环寿命、自放电、额定速率以及电池的低温性能等。

SEI膜的形成与电解质、溶剂、温度和电流大小等因素密切相关。

其中电解质和溶剂属于锂电池材料方面的特性，而温度和电流密度则属于化成设备的范畴。

具体而言，温度的影响在于：

高温条件会使SEI膜的稳定性下降和电极循环性能变差。

目前在锂电池制造中普遍采用化成后在30-60℃之间保温老化，以改善电池的循环性能和优化电池的贮存性能。

电流密度的影响在于：

由于各种离子的扩散速度不同和离子迁移数不同，所以在不同的电流密度下进行电化学反应的主体就不相同，膜的组成也不同。

低电流密度时，Li2CO3首先形成，而ROCOOLi则延迟到电极放电结束前才开始形成；高电流密度时，ROCOOLi没有在膜中出现，膜中只含有Li2CO3，这使得膜的电阻变小，电容增大。

所以，为了降低成膜阻抗，一般选择小电流进行化成。

分容，即“分析容量”，是将化成好的电芯按照设计标准进行充放电，以测量电芯的电容量。

检测，锂离子电芯的检测在充电、放电、静置前后均要进行。

分选，就是对化成、分容好的电池按一定标准进行分类选择。

2、后段环节需要的核心设备存在技术门槛

后处理系统主要由充、放电设备（充电机、放电机、充放电机）、电压/内阻测试设备、不良品排除设备、分选设备、自动化物流设备及相应的系统整体控制软件组成。

充放电机是整个后处理系统的核心设备。

充放电机的最小工作单位是“通道”。

在充放电机实际使用中，一个“单元”由一定数量的通道组合而成，工作时为若干个电芯同时进行充电或放电。

若干个单元（Box）组合在一起，就构成了一台充放电机。

锂离子电池生产线后处理系统涵盖了计算机软件、嵌入式控制、精密机械、电力电子、自动化控制以及数据库系统等诸多专业，是一个大型的定制型系统。

分容需要对电芯进行一次完整的充电及放电，国内一般使用同时带有充电和放电功能的充放电机来进行分容，所以充放电机有时也被叫做分容机，与化成机被叫做化成柜一样，充放电机也被称为分容柜。

确保分容测试数据的准确性、可信赖性是分容设备的最核心任务，在不影响被测电池性能的基础上，真实反映电池性能是判断分容设备优劣主要标准之一。

检测的仪器主要是充放电机及专用的检测设备。

电芯在充电及放电时，充放电机不但对电芯进行充放电，也会记录充放电的相关数据和曲线图表，如电流、电压、时间等等，以作为计算电芯电容量及评价电芯是否合格、如何分类的依据。

在充放电之外，电芯静置前后，电芯还要接受专门的测试设备的检测，以测试电芯的电压和内阻。

对单体电芯而言，可以区分电池品质，剔除不良品，满足出货要求；对组合电芯而言，主要是为了配组的一致性，将电池性能相近的分成一类组装成电池组。

二、后段设备的发展趋势是能量回馈式、高精度及集成化

锂电池后处理设备将向着能量回馈式、高精度、高效率以及全自动生产线方向发展，以满足下游锂电池生产对大容量、大功率、高性能、高稳定性等需求的不断增长。

1、能量回馈已成主流，节能降耗+减少热量排放一举两得

此前几年，由于国内电池测试设备企业各自的技术特点和专注市场的不同，有的倾向于动力电池模组pack市场，有的专注于动力电芯分容、化成，有的推崇动力电芯回馈型检测设备，各家分别在各自不同的细分市场占有一定的影响力。

随着技术及标准渐渐统一，能量回馈型设备已经成为几乎所有厂商布局的重点产品，这也成为少数化成分容企业撬开市场的转折点。

在后处理系统中，锂离子电芯的化成和分容都需要对电芯进行充电和放电，虽然单个电芯充放电所耗的电量较低，但巨大的电芯生产数量和数次充放电相乘积，总体的能耗十分惊人。

此前，大部分国内电池厂商采用耗能设备将电池生产过程中释放的能量消耗掉。

随着节能环保理念的兴起以及技术的发展，通过提高充电时的能量利用效率并且将电芯放电时释放的电能重新回馈电网，使得锂离子电池充放电全过程的节能降耗，显著降低了热量排放，从而实现锂电池制造过程中显著的节能降耗，成为后处理系统的发展方向之一。

以泰坦新动力的高频能量回收技术为例，采用高频脉冲能量转换模式可以实现对电网与电池间的能量双向交换。

在电池放电过程中，利用双向能量通道将放电能量回馈电网，能量回馈峰值高达80%-90%，很好的解决模块散热问题，使电源模块体积更小，集成度更高，同时精度也得到了保证，且极大的节约了用电成本，相比传统化成分容系统节电60%-80%。

节能降耗可以直观的节省生产费用，降低热量排放同样有重要意义。

主要是由于锂离子电池充放电机在充放电时对环境条件较为苛刻，温度调控范围较小（比如室温必须保持在25℃±3℃才能达到工艺要求的充放电测试精度）。

如果能将温度适应范围拓宽，则不但可以减少空调设备的投资，减少能耗，还可以提高系统运行的可靠性。

因此，具有宽范围温度适应能力的充放电机也是后处理系统的发展方向之一。

2、充放电检测精度不断提升

后处理系统的主要工序包括充放电及检测，直接决定了锂离子电池的各项性能以及一致性。

因此，不断地提高充放电的控制精度与检测精度是后处理系统发展的必然要求，也是后处理系统设备水平高低的标志。

近年来，锂电池后处理设备的能量回收功能日益受到锂电池生产商的青睐，因此实现能量回收功能的高频PWM变流技术（开关型充放电技术）的市场应用日益广阔，但由于技术原因，开关型充放电技术通常比传统的线性充放电技术的检测及控制精度要低，因此如何在运用能量回收技术的同时保证高检测及控制精度，是一个核心技术难点。

以龙头杭可科技为例，目前以杭可科技为代表的高水平充放电设备制造企业，可以做到电压控制/检测精度为万分之二、电流控制/检测精度为万分之五的水平。

3、自动化+集成化，后段集成模式成为必然趋势

自动化物流线并非锂离子电池生产线后处理系统的必要工序，但随着锂离子电池的不断发展以及对锂离子电池需求量的不断扩大，自动化物流设备正显示出越来越大的优势。

在激烈的市场竞争下，单纯依赖单机设备已经不能吸引客户，为配合客户的需求，化成分容设备企业将业务延伸到物流仓储、pack自动化线，“化成分容+智能物流仓储+PACK自动化”的后段集成模式成为化成分容设备企业的主打策略。

伴随着动力电池企业走向自动化、智能化的规模化生产，化成分容设备企业在后段环节以分包或者整包模式配合客户已经成为必然趋势。

泰坦新动力、瑞能股份、恒翼能、精捷能、今天国际等企业都在加速这一市场布局。

瑞能股份已经成功交付了30多条后段自动化产线。

“化成分容+仓储物流+模组PACK”定制化方案的优点有三：

一是动力电池企业降本增效需求迫切，采用后段集成方案可以节省设备选型采购、产线贯通等时间成本，同时可以转嫁部分风险压力给集成商。

二是运用自动化及系统集成类技术，完成了后处理设备的自动化运行以及对后处理工艺的所有数据进行自动收集、存储、热备份和统计处理。

三是人工上下料电池不仅大幅度降低电池的生产效率，而且对电池的品质影响巨大。

人手直接接触电池表面和极耳，人手杂质和水分、静电对电池性能影响大；甚至有可能人工操作失误造成电芯极耳短路而引发火灾。

三、市场集中度较高，绑定下游优质客户的设备厂商优势明显

1、以传统品牌为主流、多家技术领先的后来者并存

2015年动力电池需求爆发之前，锂电池生产后段设备需求稳定，市场格局同样比较稳定。

但是自动力电池需求爆发以来，经过三年的演化尤其是2018年动力电池市场的洗牌，锂电池生产后段设备行业涌现出一批有技术、有口碑的企业。

纵观国内整个化成分容设备市场，已经形成以传统品牌为主流、多家技术领先的后来者并存的局面。

传统品牌：

以杭可科技、广州擎天实业、蓝奇电子、瑞能股份为代表。

这类设备企业发力较早，在数码锂电池检测市场根基较深，杭可科技和广州擎天是业内公认的两大传统老品牌，瑞能股份也在这一领域深耕超过10年。

动力电池市场爆发后，凭借多年技术储备和品牌影响力，迅速占据一批主流动力电池客户。

新进入玩家：

以泰坦新动力、新威尔、星云股份、盛弘电气为典型。

这类企业进入锂电行业的时间稍晚，但在动力电池需求爆发初期，化成分容等检测设备供不应求；同时，动力电池对化成分容检测设备在精度、电流、成本等方面提出更高要求，这批企业凭借自己独有的检测设备技术，顺利赢得一批动力电池企业的信赖，从而在市场中脱颖而出。

从数量来看，国内目前有40多家化成分容设备企业，但市场口碑较好的企业主要集中在杭可科技、泰坦新动力、瑞能股份、星云股份、恒翼能、精捷能等10多家企业。

2、CR10市占率60%，集中度仍将提高

根据高工产研锂电研究所（GGII）统计，2016-2018年中国锂电生产设备产值分别为119.6亿元、150亿元、206.8亿元。

按照后处理设备价值量占30%估算，2016-2018年中国后处理设备的市场规模分别为35.88亿元、45亿元、62.04亿元。

其中分容检测设备价值量约占70%，组装设备价值量约占30%。

目前，排名前10的化成分容设备企业市场占比可达到60%。

预计未来两年，排名前10的化成分容企业市占率将进一步提升到80%-90%，和下游电池厂商集中度提升的情况类似。

在补贴大幅降低且各项标准持续提升的政策环境下，行业优胜劣汰的机制将越发明显，新能源汽车行业的大洗牌不可避免。

退坡政策会刺激一批依赖补贴的企业倒闭；相反，强者恒强，掌握着核心技术、拥有更强大的产品力以及雄厚的现金流的头部企业将在行业洗牌中转危为机，进一步提升市场的份额。

补贴新政倒逼新能源车市场出清的结果势必是头部车企存活、集中度提升。

那么只有和存活下来的头部车企绑定的电池厂商才有生机。

从装机量来看，龙头电池厂商在过去两年间市场占有率大幅提高。

2017年动力电池装机总量36.4GWh，CR4占58%，CR2占45%。

2018年动力电池装机总量53.5GWh，行业洗牌仍在加速演绎，市场集中度迅速提升，CR4占71%、同比提高13个百分点，CR2占62%、同比提高17个百分点。

这一变化同样会影响到锂电设备厂商。

近两年锂电设备厂商分化明显，下游合作电池客户回款难、账期长导致化成分容设备企业资金压力倍增；而进入了国内出货量大、回款较好的动力电池企业供应链的化成分容设备企业发展较为稳定。

3、技术领先者获得下游龙头电池厂商青睐

根据公开资料梳理，杭可科技客户覆盖面最全，且已和日韩主要锂电池厂商紧密合作。

杭可科技的客户包括国内前十名企业中的八家：

比亚迪、国轩高科、孚能科技、力神动力、中航锂电、比克动力、桑顿新能源、多氟多。

并且与韩国LG于2017年起开展了动力电池领域的合作，参与了LG波兰动力电池生产线的后处理设备供应。

与日本松下集团已处于样机测试阶段；与韩国SKInnovation已签订小批量订单；与AESC（日产旗下电池工厂）已签订小批量订单；与YUASA（日本汤浅）已开始进行样机试验；与瑞