在技术参数上,目前辊宽主流尺寸为 1,300mm-1,500mm,直径为 800mm-900mm,轧辊重量也从 4-5 吨(2021 年)直接扩大到 10 吨(2022 年);考虑辊跳、收放卷稳定性、极片跳动、一致性等因素,目前稳定生产速度可达 100-120m/min;设备精度可达±1.5μm。2023 年辊的尺寸开始向直径 900mm、宽度 1,600mm 发展,由于轧辊尺寸加长后更加容易变形,设备厂商需加强结构设计以减少辊的变形量。
目前如纳科诺尔等主流设备厂商已在配合宁德时代等头部动力电池企业进行相关的技术方案设计以及设备开发,预计 2023 年 1.6 米宽幅的辊压设备将成为下游头部客户的主流需求。
宁德时代、比亚迪等头部锂电池企业对产品品质的要求较高且产能需求较大,愿意投入更多资金于生产设备领域以提高产品品质及生产效率。锂电辊压设备制造商也针对头部锂电池企业的需求不断进行工艺的创新与改良。
目前锂电池主要采用湿法电极制造工艺,而干法极片制造将电极制造过程一体化,将湿法工艺所需的混合、制浆、涂布、干燥、辊压等过程一体化。干法制片可以提升极片制造的效率,缩短工艺过程,省去湿法涂布后的烘干,节约溶剂等,为动力及储能电池大规模制造提供一种新的生产模式。
并且,液态电池前端的干法电极极片制造工艺同样适用于固态电池的电机制造过程。目前,纳科诺尔、尚水智能、嘉拓智能等锂电前端设备企业正在配合下游头部锂电池客户进行干电极制造相关的技术开发。其中,纳科诺尔等辊压设备企业正在研究通过辊压技术将粉料辊压成厚膜后,经多次热压减薄后收卷或与集流体进行复合,保证膜片不断带的情况下减薄至指定厚度并提高压实密度,其难点主要在于提高成膜的连续稳定性、厚度一致性和生产效率。
1、项目基本情况
本项目为研发中心及总部建设项目,实施主体为邢台纳科诺尔精轧科技股份有限公司,建设地点位于河北省邢台市经济开发区振兴南路 1788 号,建设周期 3 年,总投资金额 8,935.21 万元,包括建筑工程投资、设备购置及安装投资、研发支出等。
本项目旨在通过进一步建设先进研发环境,加大研发软硬件的投入,引进高端研发人才团队,开展锂电池辊压设备智能控制、干法电极辊压工艺及装备、跨行业辊压成型机理及装备等技术与设备的研发,为公司科研成果产业转化打下坚实基础,有效提升公司技术实力,为客户提供更优质的高精度辊压机。
本项目不但强化公司在锂电池设备领域的综合竞争力,也不断向燃料电池、碳纤维、多材料复合、新型材料成型等新型领域延伸。该项目建设完毕后也将成为公司总部办公基地。
公司成立至今一直致力于为电池生产企业提供高精度、高稳定性、操控便捷的电池极片轧制成套设备,主要客户包括宁德时代、比亚迪、海辰储能、武汉楚能、亿纬锂能、远景动力、松下、日立等国内外知名电池生产企业及电池应用厂商,市场区域覆盖中国、美国、日本、韩国、西班牙、瑞士等 20 多个国家和地区。
随着锂电行业的高速发展,锂离子电池、镍氢电池等新能源电池的需求量及产量快速增长,从而推动包括辊压机在内的相关生产设备迭代更新,电池生产企业或应用厂商所需设备的数量、精度、功能性均不断提升,从而带动生产设备规模持续提升。
公司高度重视自主研发工作,目前已形成高精度装机技术、油加热技术、高速张力控制技术、多连杆联轴器技术、四轴收卷技术、宽幅辊压技术、极耳加热控制技术、展纱控制技术共 8 项核心技术。
公司拥有已授权的专利 107 项,其中发明专利 14 项、实用新型专利 92 项、外观专利 1 项,拥有软件著作权 9 项。此外,公司先后承担国家级创新基金项目 2 项、省级科研项目 2 项,参与制定完成国家标准 1 项,正在参与制定国家标准 1 项,设有河北省热辊压实验室、河北省技术创新中心、河北省企业技术中心、河北省博士后创新实践基地等省级研发平台,并获得工信部重点专精特新“小巨人”及国家高新技术企业认定,拥有完善科研设施和经验丰富技术团队。同时,公司亦大力推进合作研发工作,已与清华大学、燕山大学等多所国内高校建立合作研发关系。
2、项目实施的必要性分析
(1)提高公司对前沿技术的研发,满足公司规模扩大的需要
锂电池设备是锂电池产业的基础,是促进全球新能源产业发展,以及我国“双碳战略”、“绿色发展”的重要环节之一。为了满足新能源产业发展,公司不断强化研发实力,将研发创新能力作为公司的核心竞争力,每年投入较高比例的资金进行技术研究和开发,并取得了较好的研究成果。但随着生产经营规模和产品应用领域的不断扩大,公司研发项目数量不断增加,现有的研发场地、设备条件、实验环境、人才配备和管理等方面较难满足生产经营需要。
公司目前围绕锂电池行业的未来发展趋势进行技术开发,为锂电池新工艺、新技术的产业化提供设备保障,有多个前沿技术研发项目正在开展或在立项阶段,这些项目研发资金需求大、研发难度大、技术要求高、实验耗时长,需要给予相应的硬件支持和充足的技术人员配备。通过本项目实施,有效解决目前公司技术研发所面临的困境,满足公司未来通过技术扩大规模的发展需求。
(2)为公司未来技术创新搭建研发人才梯队
近年来,在全球新能源汽车爆发式增长,储能、无人机等市场兴起,以及消费电子市场锂电池需求继续保持高需求推动锂电池市场高速增长,锂电池企业逐步加大扩产力度,带动了锂电池设备市场需求持续增加。
锂电池设备行业是一个多学科交叉性行业,因此技术研发人员往往需要具备多个领域的专业知识体系。然而整个行业中专业复合型人才较为稀缺,为了适应公司未来快速发展所需,有必要持续吸引高级技术人员,对现有研发团队进一步扩充,形成良好的研发梯队。
本项目建设从办公场地、人员扩充、设备购置三个方面着手,可有效改善公司的研发条件。通过增加办公和实验场地,使公司有条件吸引更多高端技术人才。研发人员以及设备的增加可有效提升产品研发效率与创新能力、加速研发课题的转化效率、提高公司整体研发水平,有利于公司的长远发展。
(3)积极改善办公环境,促进公司长期稳定发展
公司目前使用的办公场地是早期的规划建筑,随着公司规模的不断扩大,为了不断提高公司在市场上的核心竞争力,未来公司还将不断引进专业研发人员和管理人员,但目前的办公场所无法满足公司进一步扩大规模的需求。
总部大楼建成后,公司将拥有独立的办公大楼,可以改善员工办公环境,吸引更多专业人才的加入,有利于公司的长期稳定发展。同时,公司总部大楼并配置专门展示公司特色产品、文化和实力的品牌展示区域,以增进客户对公司产品和解决方案的理解和到厂交流参观,有利于提升公司形象,提升客户对公司的信任感。
3、项目实施的可行性分析
(1)本项目建设符合国家政策支持技术创新导向
创新是提高企业自身竞争力的基础,企业只有大力发展创新能力,才能保持技术的持续领先性,提高自身的竞争力和抗风险能力。近年国家相继颁发《关于推动民营企业创新发展的指导意见》、《关于新时期支持科技型中小企业加快创新发展的若干政策措施》等政策,以及《河北省关于大力推进科技创新工作的若干措施》、《河北省科技创新“十四五”规划》等多项政策均鼓励企业创新,引导科技型中小企业加大研发投入,完善技术创新体系。
在锂电池相关领域,《“十四五”现代能源体系规划》、《“十四五”工业绿色发展规划》、《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》等政策规划中,锂电池都起到关键作用的核心地位,如储能系统、新能源汽车的发展均离不开锂电池相关技术的创新。本项目建设是不断加强公司锂电池设备相关技术的研发创新,符合国家产业政策及规划导向。
(2)雄厚的技术创新实力是项目技术研发的有力保障
公司是高新技术企业,于 2021 年 7 月获得专精特新“小巨人”企业认定,并于 2022 年 5 月获得重点专精特新“小巨人”企业认定,建有河北省热辊压实验室、河北省技术创新中心、河北省企业技术中心、河北省博士后创新实践基地等省级研发平台,以进行电池极片辊压设备制造行业相关技术研发,拥有电池极片辊压设备领域多项自主知识产权。
公司还与清华大学、燕山大学以及HITACHI EAST ASIA LIMITED(日立远东有限公司)等多所国内高校建立合作研发关系。截至目前,公司拥有已授权的专利 107 项,其中发明专利 14 项、实用新型专利 92 项、外观专利 1 项,拥有软件著作权 9 项。此外,公司先后承担国家级创新基金项目 2 项、省级科研项目 2 项,参与制定完成国家标准 1 项、正在参与制定国家标准 1 项。
本项目研发方向均为公司现有产品的技术升级、应用领域的延伸,公司在技术、生产工艺及销售市场方面均已有较多累积和沉淀,为本项目的研发提供有力保障。
(3)健全的研发管理制度为项目的顺利实施提供有效支持
公司经过多年不断优化,已经形成一套成熟且完善研发管理制度与流程,包括《培训制度》、《科技成果转化组织实施与激励奖励制度》、《内部职称评定及绩效管理办法》、《自主创新知识产权奖励办法》等一系列研发激励制度。公司产品与技术的研发立项始终围绕市场需求与行业的发展趋势,将市场需求和行业未来发展趋势充分结合。
公司研发立项经过充分市场调研分析、可行性研究、产品设计、测试等研发流程步骤,且全面地对项目进行分析和考量。始终坚持高效的研发流程管理不仅提高了公司整体研发效率,有效减少研发过程中的资源浪费,也从源头上控制研发过程中可能发生的风险。成熟高效且完善的研发流程化管理,体现了公司运营的规范性、经营的稳健性,切实为本项目的顺利实施提供有效支持。
4、项目投资预算
本项目总投资为 8,935.21 万元,投资项目主要包括建筑工程投资、设备购置及安装投资、研发支出等。
(1)建筑工程投资明细
本项目建筑工程总投资为 3,000.00 万元,包括土建工程投资 1,800.00 万元,装修工程投资1,200.00 万元。
(2)设备购置及安装投资明细
本项目设备购置及安装投资共计 1,895.21 万元。
(3)研发支出投资明细
本项目研发支出投资总额 4,040.00 万元,分别为研发人员支出 3,690.00 万元,其他费用支出350.00 万元。
5、项目审批、备案情况
本项目已取得邢台经济开发区行政审批局出具《企业投资项目备案信息》,备案文号为“邢开行审投资备字【2023】13 号”;本项目已取得邢台市生态环境局开发区分局出具的审批意见,意见文号为“邢开环表【2023】7 号”
6、项目实施进度及资金投资进度
本项目建设总投资 8,935.21 万元,其中第一年拟投入 4,348.56 万元,第二年拟投入 2,118.08 万元,第三年拟投入 2,468.56 万元。
7、项目用地情况
本项目厂址位于河北省邢台市经济开发区振兴南路 1788 号。本项目不涉及新增用地,拟使用公司现有土地实施,不动产权证书为:冀(2018)邢台市不动产权第 0005109 号。
8、项目环保措施情况
研发检测中心的主要任务是进行公司电池辊压设备智能控制、干法电极辊压工艺及装备、跨行业辊压成型机理及装备等相关产品的新技术、新产品研发创新,主要污染物包括研发过程废水、废气、固体废物和噪声。
(1)废水
本项目生活污水经厂区隔油池+化粪池处理后满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)表 4三级标准,同时满足王快污水处理厂进水水质要求后,排入王快污水处理厂进一步处理。
(2)废气
项目在研发过程中基本无废气的排放,对周边环境影响不大。
(3)固体废弃物
本项目在研发过程购置研发设备的包装物及员工生活垃圾。均由环卫部门全部用封闭车定期清运到垃圾站统一处理。
(4)噪声
本项目研发过程中不产生噪音污染。
9、项目符合国家产业政策和法律、行政法规的说明
公司本次投资项目符合国家产业政策、环境保护、土地管理以及其他法律、法规和规章的规定。
10、项目经济效益
本项目不直接产生经济效益,主要通过公司未来整体的经营效益体现。
11、锂电池辊压设备发展概况
(1)锂电辊压工艺介绍
辊压是将涂布并烘干到一定程度的锂电池极片进行压实的工艺过程。辊压的目的主要是:①使极片的表面保持光滑和平整,从而可以防止因极片表面的毛刺刺穿隔膜而引起的电池短路隐患;②对涂覆在极片集流体的电极材料进行压实,从而使极片的体积减小,提高电池的能量密度;③使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密,提高电子导电率;④使涂层材料与集流体的结合强度增强,减少电池极片在循环过程中掉粉情况的发生,提高锂电池的循环寿命和安全性能。
辊压工艺影响着锂离子电池的容量、循环性、内阻、安全性、一致性等性能,也对后续工艺生产流程(分模切、卷绕、封装和注液化成等)有一定影响,因此工艺重点在于控制好压实密度和极片的反弹比例,增强极片的柔韧性等。极片轧制分为冷轧和热轧两种方式,且辊压工段基本上都用辊压分切一体机代替原来单机的生产方式。
(2)锂电辊压设备介绍
锂电辊压设备按施压方式划分为机械螺杆压紧结构和液压油缸压紧结构。手动螺旋加压式主要应用于实验室,目前产线上主要用气液增压泵加压式辊压机和液压伺服加压式辊压机,通过顶紧液压缸施压可以施加较大的压力且压力稳定,目前量产线上液压伺服加压式应用更多。
目前国内外锂电池厂家均使用二辊辊压机辊压极片,当前市场主流机型辊宽为 1,300mm 或1,500mm,厚度精度可达±1.5μm,辊压机械速度最快可达 140-160m/min,但考虑到实际生产中辊跳、收放卷稳定性、极片跳动、一致性等因素,稳定生产速度可达 100-120m/min。同时,为提高生产效率,辊压机向大型化、集成化方向发展,目前辊身长度最长已达到 1,600mm。
由于锂电池正极的铝箔集流体在辊压时候易出现断带情况,为了提高产线的持续性、减少断带,目前头部锂电池厂商倾向于采用热辊工艺,以降低极片内应力、反弹几率及变形抗力。使用热辊工艺的辊压机的工艺复杂程度较冷辊工艺大幅上升,不仅需将热辊制作成蜂窝状,并且需在主辊机构前后端分别添加预热机构与冷却机构,设备价格也随之有所增长。因此,具备热辊工艺且可保持较高的辊面温度均匀性已成为辊压设备企业的核心竞争力之一。目前,行业内热辊加热温度通常不超过 130℃(导热油),温度均匀性在±3℃以内。
此外,在其他新能源电池领域,由于与锂电池生产工艺有相似之处,目前已有的钠离子电池、半固态电池项目均有使用类似传统液态锂电池生产所用的极片辊压机设备。随着钠离子电池、固态电池的逐步成熟及投入量产,锂电辊压设备企业预计将迎来新的大规模应用市场。
(3)锂电辊压设备需求分析
锂电池制造前段的工艺设备要求跟电池的形状结构(圆柱、方形、软包)无直接关系,主要与材料体系(三元/铁锂、人造石墨/天然石墨等)有关。数码、动力和储能电池对辊压设备的要求在工艺上没有太大区别,差异主要体现在设备的型号大小要求不同,如数码电池企业基本上采用常规型号,而动力和储能电池企业则采用高速高宽幅辊压设备。
同时,动力与储能电池企业由于自身产能规模较大,对于辊压设备的智能化程度要求较高,例如自动化程度较高的附带检测手段等。根据高工锂电数据,目前锂电池生产 1GWh 产能需配置 1 台正极辊压机和 1 台负极辊压机(双机台),但辊压设备的配置要求根据下游客户需求会有所差异,属于非标定制类产品,故产品价格存在较大波动性。
(4)锂电辊压设备市场规模
根据高工锂电数据,2022 年中国锂电辊压设备市场达 32 亿元,同比增长 77.8%,主要增长点来自:
①国内锂电池需求上升,电池企业加速扩产,带动国内锂电辊压设备市场规模快速增长。根据高工锂电数据,2022 年锂电池新增产能达 480GWh,较上年增长超 100%。同时,部分原有设备也存在更新改造需求(包括更换备辊等)。
②中国锂电池企业加速布局海外市场,逐步建立海外生产基地,带动其长期合作的国内锂电辊压设备进入海外市场。宁德时代、比亚迪、中创新航等国内锂电池企业采用的辊压设备已实现国产替代。鉴于国产锂电设备拥有更高的性价比以及更优质交付、调试及售后服务,国内锂电池企业在海外建厂时仍将国产锂电辊压设备作为首选。
③中国锂电辊压设备企业逐步受到海外锂电池企业认可,中国锂电辊压设备企业海外渗透率逐步提升。目前,中国锂电辊压设备企业已逐步进入日本、韩国以及欧美等海外电池企业供应链体系。
受上述要素影响,中国锂电辊压设备市场预计将持续扩大,至 2025 年预计将达到 60 亿元。除传统锂电池外,其他新能源电池的需求量提升也将同步扩大辊压设备市场。根据高工锂电数据,钠离子电池预计将于未来几年逐步成熟并进入规模化应用阶段,至 2025 年预计产能将达60GWh,参考锂电市场所匹配的设备价值以及综合成本的下降,其对应辊压设备市场规模约为 4.5亿元;固态电池技术发展速度相对较慢,至 2025 年出货量规模预计仅能达 13GWh,但至 2030 年预计出货量将超 300GWh,从而带动辊压设备市场持续快速增长。
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