根據(jù)中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計顯示，9月份國內(nèi)動力電池產(chǎn)量約為59.1GWh(見圖1)，今年前9個月，中國動力電池產(chǎn)量累計372.1GWh，同比增長176.2%;其中，裝車量為193.8GWh，約占一半;出口量達(dá)到90.6GWh，接近1/4。2022年，中國動力電池銷量有望突破500GWh，產(chǎn)值超5000億元。

　　從全球市場來看，8月初市場研究公司SNEResearch稱，在前十名中的動力電池廠商中，中國占據(jù)六家，合計市場份額56%，其中寧德時代市場份額從此前的29%提升至34%(見圖2)。LG新能源、三星SDI和SKOn三家韓國電池廠商則占據(jù)26%的綜合市場份額。

　　據(jù)TrendForce集邦咨詢分析師預(yù)計，2022年全年中國市場動力電池裝機(jī)量有望突破300GWh，全球市場將達(dá)到550GWh左右，并有望沖擊600GWh。至2030年，全球動力電池市場裝機(jī)規(guī)模將超過3TWh，而中國動力電池裝機(jī)規(guī)模預(yù)計將占據(jù)全球約45%的份額。

　　在市場迅猛增長的同時，一批中國鋰電池廠商的“出?！敝靡讶婚_始。7月28日，國軒高科GDR在瑞士證券交易所成功上市，這是自中歐通規(guī)則落地以來瑞士證券交易所GDR基礎(chǔ)發(fā)行規(guī)模最大的公司，此次GDR上市的企業(yè)還有格林美、杉杉股份和科達(dá)制造這幾家鋰電行業(yè)廠商。

　　實(shí)際上，早在2014年，寧德時代就已經(jīng)在德國成立了其首家海外子公司;2017年，寧德時代成立法國子公司;2018年，寧德時代決定在歐洲建立首家海外工廠，總投資18.7億歐元，據(jù)悉，目前德國圖林根州工廠正式獲得了8GWh的電芯生產(chǎn)許可，預(yù)計于今年年底投后達(dá)到規(guī)劃產(chǎn)能14GWh，其將為寶馬和其他汽車制造商提供服務(wù)。另據(jù)外媒報道，寧德時代還計劃投資50億美元，在墨西哥建立一座電池制造廠，為特斯拉和福特汽車供應(yīng)電池。而由于地緣政治的影響，美國市場目前以韓企、日企為主。

　　除了投資建廠之外，通過與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作的形式也是當(dāng)前一些企業(yè)采取的“走出去”策略。例如，7月，中創(chuàng)新航海與德國BMZ集團(tuán)達(dá)成戰(zhàn)略合作，按照規(guī)劃，中創(chuàng)新航的創(chuàng)新鋰電池產(chǎn)品將通過BMZ集團(tuán)應(yīng)用在巴士、卡車、農(nóng)機(jī)以及建筑機(jī)械等商用動力系統(tǒng)，加速雙方在全球市場的布局。通過與大眾汽車、印度塔塔汽車等國外企業(yè)之間的合作，國軒高科也計劃在歐洲、北美、亞洲等海外市場加大動力電池產(chǎn)能建設(shè)和配套產(chǎn)業(yè)建設(shè)，建設(shè)新一代的動力電池生產(chǎn)線，快速實(shí)現(xiàn)海外市場布局。

　　高速鋰電切疊一體機(jī)受青睞

　　同樣地，鋰電設(shè)備行業(yè)近幾年也是風(fēng)起云涌。在對海外市場的開拓方面，今年，先導(dǎo)智能與德國大眾簽訂合作協(xié)議，將為大眾德國薩爾茨吉特工廠提供20GWh鋰電裝備服務(wù)，包括前道輥軋、極片烘烤、中道組裝線整線、注液，電芯烘烤、化成設(shè)備及整線集成總包，并將成為大眾至2030年落地240GWh超級工廠的核心供應(yīng)商。此外，先導(dǎo)智能還與歐洲電池制造商AutomotiveCellsCompany(ACC)簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，將為其14GWh電池工廠提供鋰電裝備及解決方案。

　　另據(jù)悉，四月份，利元亨與北美某動力電池上市企業(yè)簽約新能源智能整線訂單，此訂單為動力電池生產(chǎn)的重要工序裝備，涵蓋激光模切、疊片、激光焊接、高速組裝線、化成分容、模組及智能倉儲等。而2022年贏合科技已獲得了ACC新鋰電設(shè)備訂單，將為其13GWh的法國超級電池工廠提供前段量產(chǎn)設(shè)備;同時這家企業(yè)也獲得了德國大眾的億級訂單，將為其20GWh超級工廠(后續(xù)將擴(kuò)展為40GWh)提供生產(chǎn)鋰電池的核心鋰電設(shè)備及解決方案。

　　圖12020-2022年8月動力電池產(chǎn)量數(shù)據(jù)(GWh)

　　　　圖22022年上半年全球動力電池裝機(jī)量TOP10

　　(資料來源：SENResearch，單位：GWh)

　　在制造工藝方面，近年來，在鋰電池電芯制作上，隨著市場對新能源汽車安全性能更高、續(xù)航里程更長、充電速度更快的需求上升，刀片電池一類的長電芯越來越多地被采用，電芯結(jié)構(gòu)變得狹長，使得卷繞工藝已無法滿足新一代電池的生產(chǎn)要求，疊片工藝逐漸被應(yīng)用于方殼、軟包電池的制造，以適應(yīng)動力電池長薄化、大電芯、大模組的發(fā)展趨勢，疊片工藝也越發(fā)受到市場的青睞，尤其是高速切疊一體機(jī)的簽約量較以往大幅增長，成為了2022年最為熱銷的鋰電設(shè)備機(jī)型之一。

　　在鋰電池生產(chǎn)技術(shù)迭代上，電芯裝配段的疊片工藝在能量密度、安全性和充放電效率方面均優(yōu)于卷繞工藝，疊片工藝包括極片模切和電芯疊片兩道環(huán)節(jié)，需要使用到模切機(jī)和疊片機(jī)。為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，一體化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，切疊一體設(shè)備集成制片和疊片功能，在不改變電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)與形態(tài)的前提下，可提升一倍疊片效率，且可減少極片損傷的風(fēng)險和塵埃產(chǎn)生的數(shù)量，減少多片粘連的情況，提升動力電池生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量水平，降低制造成本，提高電池安全性。

　　以利元亨開發(fā)的高速切疊一體機(jī)為例，其疊片速度已經(jīng)可實(shí)現(xiàn)0.15s/pcs;其中采用的高速疊片工藝是利元亨在傳統(tǒng)疊片工藝上進(jìn)行的創(chuàng)新性變革，極大地提升了生產(chǎn)效率，現(xiàn)階段該工藝已應(yīng)用于方形鋁殼電芯，同時利元亨團(tuán)隊(duì)正在積極開發(fā)整機(jī)0.125s/pcs的超高速疊片工藝，有望從根本上解決疊片工藝的效率問題，甚至比肩卷繞工藝效率。

　　圖3卷繞工藝與疊片工藝電芯對比示意圖

　　圖4疊片機(jī)制作流程圖(資料來源：天風(fēng)證劵)

　　在疊片工藝流程中，一般是采用多工位Z形疊片方式，Z型疊片一般由八個機(jī)構(gòu)組成，正負(fù)極片上料單元對切好的極片進(jìn)行自動上料，移載單元通過真空吸盤及高速直線電機(jī)對極片進(jìn)行移動取放片，同時在左右運(yùn)動時完成隔膜的Z形疊撓，糾偏單元對極片位置進(jìn)行糾正，保證疊片時的極片對齊度，隔膜放卷需要保證隔膜張力平穩(wěn)，疊片單元將正極片、隔膜、負(fù)極片疊合成小電芯單體，貼膠單元對電芯邊緣進(jìn)行自定義貼膠。Z型疊片機(jī)一般在30軸以上，切疊一體一般在100軸以上。由于這一工藝較為復(fù)雜且對設(shè)備的要求較高，因此要求用到多重閉環(huán)控制技術(shù)，以確保制片疊片精度，并可以采用智能AI算法技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對疊片過程包覆的全監(jiān)控，通過支持不良極片自動剔除，再次提高疊片設(shè)備的智能化水平。

　　直線電機(jī)發(fā)揮高速、高精度特性

　　除了疊片工藝之外，目前直線電機(jī)在電芯制造、極耳沖切、組裝密封等工藝環(huán)節(jié)中也被大量使用，例如鋰電池PACK產(chǎn)線設(shè)備、極耳激光切割機(jī)、軟連接激光焊接設(shè)備、鋰電自動化封裝設(shè)備、鋰電自動模切機(jī)等機(jī)型。

　　以電芯頂蓋密封焊接為例，現(xiàn)有方法主要采用優(yōu)秀的激光焊接技術(shù)來焊接鋰電池的電芯和保護(hù)板。為了提升電芯制造的可靠性、一致性和產(chǎn)品良率，電池企業(yè)對激光器的穩(wěn)定輸出、焊接過程中的飛濺、焊后熔深一致性，以及表面成型等指標(biāo)均提出了更高的要求。特別是激光在工件上的位置不應(yīng)明顯偏移，如果裝配精度和激光定位精度不能滿足要求的話，就容易造成焊接缺陷，影響焊接質(zhì)量，而直線電機(jī)具有更好的動態(tài)性能，更精確的定位精度和重復(fù)定位精度，以及更高的穩(wěn)定性和更低的維護(hù)成本，因此非常適合激光焊接設(shè)備移動定位平臺的使用需求。

　　鋰電池分切機(jī)是集分切、粉塵處理、張力傳感器于一體的自動化機(jī)械，當(dāng)鋰電池極片連續(xù)縱切時，整個過程的完美實(shí)現(xiàn)與音圈電機(jī)模組的恒力輸出，以及高精密直線電機(jī)模組的快速響應(yīng)速度、微米級定位精度緊密相關(guān)，它們可以讓極片分切設(shè)備維持較高的準(zhǔn)確度和可靠性，從根本上解決了極片分切時較易出現(xiàn)波浪形、拉伸等狀況，確保了極片分切后的穩(wěn)定性，協(xié)助提升鋰電池規(guī)?；a(chǎn)效率。

　　此外，在包膜工藝環(huán)節(jié)上，由于長電芯的藍(lán)膜存在拉扯容易變形、包膜容易形成氣泡等難點(diǎn)，使得包膜機(jī)構(gòu)成為了長電芯組裝線的一大難題。為此，一些廠商在取膜部分采用伺服+C5級直線模組驅(qū)動移位及備料循環(huán)等方式，攻克了長電芯的包膜應(yīng)用“痛點(diǎn)”，實(shí)現(xiàn)了電芯的精準(zhǔn)包裹。

　　緊跟大圓柱電池產(chǎn)能布局

　　“未來的目標(biāo)是將4680電池產(chǎn)能擴(kuò)展到每年1000GWh。”在2022年第三季度財報會議上，特斯拉CEO馬斯克堅(jiān)定地表示。

　　圓柱型鋰電池是發(fā)展較早、技術(shù)較為成熟的一類車用電池種類。2022年5月，特斯拉正式向普通用戶交付4680電池版ModelY，推動圓柱型鋰電池從早期的1865、2170，邁向“極致標(biāo)準(zhǔn)、極致可靠、極致制造和極致體系”的4680規(guī)格(電池直徑為46mm，長度為80mm)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)顯示，4680鋰電池從10%充電至80%僅需15分鐘，而2170電池電量充到70%就需要25分鐘;另據(jù)預(yù)測，4680大圓柱電池能量將提升5倍、續(xù)航里程提升16%、功率提升6倍。

　　特斯拉表示，目前4680鋰電池的成本降至70美元/kWh，預(yù)計屆時其電池生產(chǎn)成本較目前中國國內(nèi)動力電池的成本下降約一半。面對激烈的市場競爭，LG、松下、寧德時代、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動力、蜂巢能源等國內(nèi)外電池企業(yè)紛紛加碼大圓柱鋰電池的生產(chǎn)布局，多數(shù)企業(yè)已在2021年完成了46系大圓柱電池的前期研發(fā)與工藝驗(yàn)證，2022年正在進(jìn)行中試線到量產(chǎn)線的準(zhǔn)備，預(yù)計2023年將迎來46系大圓柱規(guī)?；慨a(chǎn)的拐點(diǎn)。

　　與傳統(tǒng)圓柱電池相比，以4680為代表的大圓柱電池采用創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計，新增全極耳成型、揉平、全極耳與集流盤或殼體激光焊接、開口化成、激光焊蓋板等工序，相應(yīng)地，新結(jié)構(gòu)也帶來了工藝實(shí)現(xiàn)和一致性的挑戰(zhàn)，進(jìn)而影響到電池良率。尤其是國內(nèi)高端大圓柱鋰電池生產(chǎn)在核心技術(shù)、裝備設(shè)計制造方面仍然需要加緊建設(shè)，以跟上產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的步伐。

　　例如，與傳統(tǒng)極片切割步進(jìn)運(yùn)動式模切工藝不同，由于全極耳設(shè)計，4680鋰電池采用了非傳統(tǒng)的切割方式，在極片切割的過程中直接在極片一側(cè)空箔上連續(xù)切割極耳成型，因此在切割技術(shù)、速度、精度以及產(chǎn)品質(zhì)量方面對高速制片設(shè)備提出了更高的要求。而在激光焊接工藝上，聯(lián)贏激光表示，4680鋰電池滲透率帶動激光焊接設(shè)備量價齊升，相比方形電池，大圓柱全極耳所需的面焊區(qū)域變大，其激光焊接工序從5道增加至7道，大圓柱電池的焊接設(shè)備價格也有所提升，所需焊接設(shè)備也更多，一般情況下，單GWh相較于1865和2170鋰電池產(chǎn)線，需要增加5臺焊接設(shè)備和5臺模切機(jī)，由此所帶來的零部件需求也會隨之增加。

　　圖5特斯拉4680鋰電池大圓柱電池的能量將提升5倍、續(xù)航里

　　程提升16%、功率提升6倍。(資料來源：特斯拉官網(wǎng))

　　結(jié)語：低碳化、高端化、智能化

　　在今年8月舉辦的“數(shù)字出行：智駕時代的汽車產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)之路”論壇上，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高表示：“低碳化、高端化、智能化”是動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢和創(chuàng)新方向。在智能化方面，首先就是智能設(shè)計，從實(shí)驗(yàn)試錯，到仿真驅(qū)動，再到智能化全自動，已經(jīng)歷三個發(fā)展階段，這種方式可以大幅度降低成本，節(jié)省70%至80%研發(fā)費(fèi)用，中間的核心技術(shù)就是高精度的建模技術(shù)和高效率的尋優(yōu)算法。其次是智能制造，電池制造是一種極致制造，不能引入任何雜質(zhì)，否則就有安全隱患，為此，必須采用智能化，從數(shù)字化生產(chǎn)工藝仿真到數(shù)字化生產(chǎn)車間，再到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，對生產(chǎn)過程要達(dá)到3000個以上的質(zhì)量監(jiān)控參數(shù);再次就是智能控制，對于溫度、氣體、壓力，現(xiàn)在只能管理，在充電時才能控制，下一步則是要把傳感器放到電池里，進(jìn)行全方位控制;而在軟件方面，則要引入人工智能技術(shù)?？偠灾袊鴦恿﹄姵匦袠I(yè)將實(shí)現(xiàn)從材料選擇、電池設(shè)計、制造、使用、回收的全鏈條智能化。