新能源电池极片制造是电池前段制造的核心。随着锂电池下游应用市场(包括新能源汽车、储能、3C 等领域)的持续扩张,锂电池生产企业不断加大投资扩产及产线改造力度,带动了对锂电池制造设备的持续的市场需求。
(1)行业发展概况
①锂电池行业及锂电设备行业概况
锂电池是指采用储锂化合物作为正负极材料构成的电池,当电池工作时,锂离子经过隔膜在正负极间进行交换,从而实现充电和放电过程。因比能量较高、使用寿命较长、重量较轻等特点,锂电池成为了当前最主流的能量储存方式之一,广泛应用于新能源汽车、储能、3C 产品等众多应用领域。锂电池主要由正极材料、隔膜、电解液和负极材料四大关键材料构成。
锂电设备是锂电池生产的基础,锂电池制作工艺复杂,整个生产过程涉及30 多道工序,需多种设备配套完成,因此,锂电设备的性能水平及其运行情况直接影响锂电池的性能及质量,是决定锂电池品质的关键因素之一。根据在锂电池生产环节的应用情况,锂电设备可分为前段设备、中段设备、后段设备以及模组/PACK 设备。锂电设备行业的市场需求及发展情况主要由下游锂电池行业市场容量决定。近年来,随着锂电池行业的快速发展,锂电设备市场需求随之增加。
根据应用场景的不同,锂电池可分为动力电池、储能电池和 3C 电池三大类。得益于新能源汽车、储能及消费电子市场的快速发展,锂电池市场需求持续增加,出货量逐年上升。
据 GGII 调研统计,2024 年中国锂电池市场出货量 1,191GWh,同比增长34.47%,主要原因为:1)2024 年中国新能源汽车产量 1,288.8 万辆,同比增长34.43%;2)海外新能源汽车产量 564.4 万辆,带动国内动力电池出口增加;3)储能电池受海外市场带动,出货达到 340GWh,同比增长 65.05%。根据 GGII预计,2023-2027 年中国锂电池市场年复合增长率将达到 24.1%,2027 年中国锂电池出货量将达到 2,293GWh。
从消费终端看,动力电池为中国电池市场主要应用领域,2024 年占中国锂电池 65.47%的市场份额,远超其他两大终端;储能锂电池出货量 340GWh,2024 年占中国锂电池 28.54%的市场份额;2024 年,中国 3C 电池增长不及预期,出货量 71GWh,占据中国锂电池 6.00%的市场份额。
②锂电池设备行业市场规模
锂电池的生产工艺流程可分为电芯制造和模组 PACK 制造两大阶段。其中,电芯制造又包括前段工序(极片制造)、中段工序(电芯装配)和后段工序(化成分容)三个阶段。电芯制造的前段环节主要包括制浆、极片涂布、极片辊压、极片分切等工序,是动力电池制造的基础,对极片制造设备的性能、精度、稳定性、自动化水平和生产效能等有着很高的技术要求;电芯制造的中段环节主要包括卷绕/叠片、电芯入壳、烘干、焊接、封装等工序,对精度、效率、一致性要求较高;电芯制造的后段环节主要包括检测、化成、老化、分容等工序。
制浆是锂电池生产的第一道工序,对锂电池性能的影响主要体现在锂电浆料微观状态的均匀性、稳定性、一致性,也是后续涂布、辊压工序高质量完成的必要条件。涂布环节是电芯制作过程第二道环节,锂电池的容量、倍率、安全性,这些都与制浆和涂布技术密切相关,前段环节对锂电池的整体性能影响程度约 70%。
2020 年以来,随着新能源汽车、储能及消费电子市场的发展,动力电池、储能电池和 3C 电池市场需求均呈逐年增长的趋势,锂电池行业发展前景良好,锂电池生产企业纷纷制定和实施扩产计划。根据 GGII 调研统计,2024 年中国锂电生产设备市场规模约 660 亿元,2025 年行业出货量达到近年低点,后续2026 年将重回增长态势,预计到 2027 年中国锂电生产设备市场规模将达到 850亿元。
(2)下游应用终端发展状况
下文分析新能源电池极片制造智能装备主要用于生产新能源电池,主要应用场景为锂电池制造。锂电池主要应用于新能源汽车、储能等领域,下游应用领域的快速成长形成了对上游关键设备的巨大需求。
①新能源汽车行业发展情况
A、新能源汽车行业蓬勃发展,成为驱动我国汽车市场增长的重要力量
随着全球能源危机和环境污染问题日益突出,新能源汽车行业的发展受到高度重视,加大新能源汽车的研发生产力度已经在全球范围内形成共识,我国政府也出台了一系列政策,大力支持和推进新能源汽车产业的推广和应用。
2020 年 11 月 2 日,国务院办公厅发布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,为我国新时代新能源汽车产业发展作出方向性指引,进一步强化新能源汽车的支持发展力度。在应用端,受益于近年来在续航里程、交互性、安全性等方面综合性能的提升,消费者对新能源汽车认可度亦不断增强,终端需求不断扩大,新能源汽车行业销量呈持续增长趋势。根据中国汽车工业协会数据,
2024 年,我国新能源汽车销量达 1,288.8 万辆,较 2023 年同比增长 34.43%,新能源汽车市场占有率达 41.20%,较上一年度增长 9.7 个百分点,销量及市场份额迅速提升,已成为驱动我国汽车市场增长的重要力量。
B、动力电池行业快速成长,未来长期仍将拥有较高增长速度
新能源汽车行业的蓬勃发展推动了动力锂电池行业的快速成长,根据 GGII统计,我国动力锂电池出货量由 2020 年的 80GWh 增长到 2024 年的 780GWh,
年均复合增长率达 76.7%。在技术进步及新能源汽车市占率提升等因素的推动下,预计动力电池行业未来长期仍将拥有较高增速。根据 GGII 预测,到 2027年,我国动力电池出货量可达 1,510GWh,2023 年至 2027 年间复合增长率可达24.4%,2027 年中国锂电池出货量将达到 2,828GWh。上游锂电池制浆设备行业作为锂电池生产关键组成之一也将同步受益,获得较为可观的市场提升空间。
C、新能源汽车行业进入无补贴时代,对产业链各企业的产品开发及成本控制能力提出了更高要求
2022 年底,我国新能源汽车推广应用财政补贴政策实施终止,新能源汽车行业进入无补贴时代。补贴退出对产业链各企业的产品开发及成本控制能力提出了更高要求,锂电厂商预计将会进一步按照市场细分,确定综合经济性最佳的方案以针对性满足不同客户群体的需求,这对产业链企业的产品开发及成本控制能力提出了更高要求。
D、设备企业进入海外电池供应链
随着我国新能源汽车的快速发展,国内锂电池及锂电设备技术水平不断提升,国产化替代不断完善,中国锂电产业链优秀企业已发力国际市场,逐步进入日本、韩国以及欧洲等海外电池企业供应链体系,如先导智能、赢合科技、杭可科技、纳科诺尔等。受松下、LGES、三星 SDI、法国 ACC、德国大众等为代表的电池企业加快全球化布局步伐,助推了部分国内锂电设备企业规模快速增长。
②储能行业发展情况
锂电池储能是电化学储能的重要手段之一,得益于锂电池成本大幅降低,技术性能不断突破,锂电储能技术商业化、规模化应用持续加速,目前已在全球电化学储能市场中占据主导地位。近年来,锂电储能的应用场景陆续拓展,已在电力自发自用、提升供电可靠性、新能源并网、辅助动态运行、调峰调频等众多功能应用领域发挥重要作用。
根据 GGII 统计,2020 年至 2024 年,我国储能锂电池出货量由 16GWh 增长到 340GWh。截至 2024 年,储能锂电池出货量中国市场占比 22.8%,增速达到 65%,主要受益于政策推动、能源危机等因素带动海外市场需求提升,储能锂电池市场进入快速增长阶段,预计 2027 年储能电池出货量将达到 660Gwh。
(3)行业发展趋势
①工艺及设备新型化的发展趋势
以制浆设备为例,为实现更高产能、更高效率的连续化生产,新能源电池制造工艺正由传统的批次式制浆方式逐步向半连续式及连续式制浆方式演进。
根据 GGII 统计数据,目前国内头部动力电池企业中,已有超过 80%的企业采用循环式高效制浆工艺技术,包括宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、瑞浦兰钧、天津力神等。循环式高效制浆工艺凭借高固含、高效率、分散均匀性好、生产连续性强等优势,成为主流动力电池企业的首选制浆方案。
除循环式高效制浆路线外,部分动力电池企业,如国轩高科、中创新航、鹏辉能源等,也探索采用双螺杆制浆技术,以适配特定材料体系及制浆工艺需求。
②一体化集成交付,设备企业横向拓展业务
当前,新能源电池极片制造设备正朝着一体化集成交付方向快速发展。即通过将制浆上料系统、分散系统、输送系统、涂布系统及辊压分切系统等多个工艺环节进行一体化设计与交钥匙工程式交付,由同一设备供应商提供整体解决方案,实现系统集成与高效协同。未来,随着下游新能源电池生产企业对产线整体性能要求的不断提高,一体化集成交付趋势将更加明显。
在新能源电池极片制造装备领域,为顺应客户制浆段整线采购、整线输出的需求,设备供应商纷纷进行整线布局,打通粉料输送、制浆、浆料输送至涂布、辊压、分切的全工艺链条,以提升自身综合解决方案能力和市场竞争力。
新能源电池制浆设备企业亦积极进行横向产品拓展,拓展至相关联的上下游设备领域,通过完善产品矩阵,提升对客户多工序、系统化采购需求的响应能力,进一步巩固与下游客户的合作黏性与市场地位。
③半干法、干法电极技术推动前段工艺向高性能、低碳方向升级
在电动汽车、储能、消费电子市场快速扩张的推动下,传统湿法电极制备工艺面临溶剂使用量大、回收能耗高、成本高等瓶颈。基于现有材料体系的高固含制浆涂布技术、半干法及干法电极技术正加速探索演进:高固含浆料(磷酸铁锂≥70%、三元≥80%、石墨≥60%)因高粘度、低流动性及非牛顿流体特性,对混合分散与涂布工艺提出严苛要求,但其可以不改变现有材料体系和配方的优势,使其更容易被电池企业以及终端用户接受,吸引了众多电池企业的技术投入,有望实现产业化落地;
而半干法、干法技术通过极大减少溶剂,甚至彻底摒弃溶剂,简化或省却涂布干燥环节,大幅精简工艺流程。工艺简化带来的降本增效优势显著,尽管国内干法技术尚未完全成熟,但其在环保性、电池性能提升及适配新型电池体系方面的潜力,是下一代电池制造的核心迭代方向。
随着材料与设备持续升级,高固含技术、半干法及干法电极技术有望推动电池产业向高能量密度、低成本、绿色高效方向演进。
此外,半干法及干法电极与固态电池在技术路径与性能优化层面形成深度协同:其无溶剂工艺、高压实密度及优化的固-固界面特性,有效支撑预锂化策略实施与固态电池制备,为提升电池性能及产业化提供关键技术路径。二者协同发展将加速高安全、高能量密度电池体系落地。同时,下游应用场景分化正驱动锂电池极片制造设备功能化转型,设备商需持续深化工艺研究与技术创新,构建兼具高性能与经济性的极片制造解决方案。
④智能化程度不断提升
随着传感、5G 通信、自动化与仿真技术的快速发展,信息化与工业化深度融合趋势加速,新能源电池设备行业整体向高自动化、智能化方向演进。智能制造技术日益成熟,提升了设备研发效率与产线协同水平。新能源电池前段极片制造设备正加速实现“一体化、无人化、数字化、智能化”。未来,新能源电池设备将进一步实现智能监控、远程运维与自优化生产,推动行业向绿色高效、智能制造方向持续升级。
(4)行业壁垒
新能源电池前段设备行业涉及技术领域众多,需与下游客户在工艺技术上高度协同,且前期需大量资金投入,具有较高的行业准入壁垒,头部企业优势显著。新能源电池前段设备行业的主要壁垒如下:
①工艺壁垒:新能源电池前段设备工序与材料属性结合度高,需对全工艺链条拥有深刻理解
新能源电池前段设备行业属于典型的技术密集型行业,涵盖流体力学、材料科学、热力学、动力学、纳米技术、表面与界面学、机械设计及自动化控制、仿真计算等多个学科领域。受核心技术掌握程度影响,不同厂商在产品性能、制造成本、交付能力等方面存在明显差异。行业内头部企业通常在原材料应用、工艺改进、结构设计、产线控制与仿真技术等方面持续投入,通过系统性理解相关工艺技术,形成优异的产品综合性能和较低的单位制造成本,规模化经营后竞争优势进一步凸显。
前段制程直接影响电芯的性能,前段设备需结合材料理化性质进行定制化设计与制造。核心技术人员必须具备对材料技术指标与性能的深入理解,才能实现设备开发、工艺验证与最终稳定量产。因此,新能源电池前段设备行业具有较强的工艺壁垒,对企业的技术积累与研发能力提出了较高要求。
②客户壁垒:先发厂商可同时获得客户资源及产品应用优势
新能源电池极片的品质直接影响电池性能,新能源电池前段设备指标需与下游新能源电池生产厂商的生产工艺高度适配,在下游新能源电池生产厂商进行批量采购前,通常要进行生产线验证、设备测试、电芯测试等多轮测试验证。头部新能源电池生产厂商试错成本较高,新技术导入期较长,在系统定型后不会轻易更换。新进入前段设备领域的企业,需要时间培育产品技术优势并赶超先发的企业,叠加客户为了产品稳定性不会轻易更换设备供应商,新进入者面临着较大的客户壁垒。
特别是在近年来,部分头部电池企业为追求更进一步的产品提升,由被动选择转变为主动参与,上游新能源电池前段设备厂商与下游新能源电池厂商技术协同与交流更为深入,共同推进新品开发进度,新能源电池前段设备厂商可积累大量前沿工艺及技术应用经验,最先完成导入的厂商将拥有相应的竞争优势。
③技术壁垒:需要长时间研发积累
新能源电池前段生产涉及的环节多、设计复杂,新能源电池前段设备工艺流程中影响新能源电池极片品质的因素较多,材料一致性、温度控制、金属磨损等都会对极片品质产生重大影响。为满足下游客户的良品率、一致性等综合性能需求,通常需要对工艺、设备进行特定优化,整体生产工艺具有精度要求高、控制难度大的特点。随着新能源电池行业的快速发展,新能源电池生产厂商对于大产能、高效率、低能耗、低维护成本的新能源电池前段设备需求更加迫切,新能源电池前段设备通常需长时间生产研发积累,才能在兼顾生产效率的同时产出高质量的产品,新能源电池前段设备行业准入难度较大,行业存在较高的技术壁垒。
④资金壁垒:产能扩张周期长,资金投入量大
新能源电池前段设备产线的非标属性较强,产线构造与企业自身工艺直接挂钩,前期设计开发、设备定制,直到后期安装调试、产能爬坡的整体难度较高,研发资金投入较大。因此,新能源电池前段设备行业从计划扩产起到产能落地需要较长时间,无法迅速实施产能扩张,行业内企业往往会提前数年做好产能规划,按照规划逐步提升产能规模,行业资金壁垒较高。