當(dāng)前，全球鋰電池行業(yè)進(jìn)入到新一輪擴(kuò)產(chǎn)期，不僅動(dòng)力領(lǐng)域在擴(kuò)張，儲(chǔ)能和 3C 數(shù)碼領(lǐng)域也同樣加速成長(zhǎng)。這些市場(chǎng)的集中擴(kuò)產(chǎn)，對(duì)鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長(zhǎng)，在這一趨勢(shì)下，也對(duì)設(shè)備廠商的供應(yīng)能力帶來(lái)了巨大的沖擊。作為鋰電池設(shè)備供應(yīng)鏈中的一環(huán)，包括 PLC、伺服系統(tǒng)、直線模組、工控機(jī)、機(jī)器人、IO 模塊等產(chǎn)品線在內(nèi)的眾多工控自動(dòng)化廠商迎來(lái)了一次良好的發(fā)展機(jī)遇，但與此同時(shí)，在產(chǎn)品 / 方案的技術(shù)開(kāi)發(fā)、企業(yè)供應(yīng)鏈的管控等方面也面臨著一定的考驗(yàn)。

　　產(chǎn)能迅猛擴(kuò)張 原材料價(jià)格暴漲

　　根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年全國(guó)鋰電池總產(chǎn)量約為324GWh，同比增長(zhǎng)106%;其中消費(fèi)、動(dòng)力、儲(chǔ)能型鋰電產(chǎn)量分別為72GWh、220GWh、32GWh(如圖1所示)，同比增長(zhǎng)依次為18%、165%、146%，從中可見(jiàn)，動(dòng)力和儲(chǔ)能已是鋰電池增長(zhǎng)的兩大細(xì)分市場(chǎng)。動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)主要指的是電動(dòng)乘用車(chē)、電動(dòng)客車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)工具等領(lǐng)域;儲(chǔ)能市場(chǎng)則主要包括新能源儲(chǔ)能、通訊基站儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能、家用儲(chǔ)能等領(lǐng)域。而在近期工信部公布的最新數(shù)據(jù)顯示，今年前兩個(gè)月全國(guó)鋰電總產(chǎn)量超過(guò)82GWh，其中儲(chǔ)能電池產(chǎn)量超9GWh，新能源汽車(chē)動(dòng)力電池裝車(chē)量約30GWh，與上年同期數(shù)據(jù)相比，均繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。

　　新能源汽車(chē)一直都是鋰電池行業(yè)重點(diǎn)的開(kāi)發(fā)市場(chǎng)。在今年的“中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)年度論壇”上，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)副主任林念修表示，2021年新能源汽車(chē)行業(yè)呈現(xiàn)出市場(chǎng)和政策雙輪驅(qū)動(dòng)的特征，在市場(chǎng)化程度逐年提高的同時(shí)，要統(tǒng)籌布局好新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)向發(fā)展基礎(chǔ)好、產(chǎn)能利用充分的地區(qū)和主體聚集，在現(xiàn)有基地打造合理規(guī)模之前，不再新增產(chǎn)能布點(diǎn)。

　　在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大趨勢(shì)下，2021年可謂是動(dòng)力電池行業(yè)的技術(shù)大年，圍繞能量密度、安全、成本、循環(huán)壽命這些重要指標(biāo)，廠商們紛紛推出一系列新技術(shù)路線的鋰電池產(chǎn)品。一些值得關(guān)注的開(kāi)發(fā)動(dòng)向有：寧德時(shí)代推出的第三代CTP高效成組技術(shù)(內(nèi)部稱(chēng)其為麒麟電池)預(yù)計(jì)于今年四月正式發(fā)布;蜂巢能源開(kāi)發(fā)出無(wú)鈷電池、果凍電池等;比亞迪于4月3日宣布停止燃油汽車(chē)的整車(chē)生產(chǎn)，其開(kāi)發(fā)的刀片電池開(kāi)始在國(guó)內(nèi)多家車(chē)廠的整車(chē)中得到運(yùn)用。另外，在海外部分，松下電器集團(tuán)宣布將力爭(zhēng)在3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)鈷電池的量產(chǎn);今年1月LG化學(xué)旗下子公司LG新能源正式登陸韓國(guó)證券交易所，募資總額達(dá)到110億美元，成為韓國(guó)資本市場(chǎng)有史以來(lái)最大的一次IPO，發(fā)起了對(duì)全球鋰電池市場(chǎng)第一位置的強(qiáng)力沖擊。

　　而在儲(chǔ)能市場(chǎng)，去年4月中央兩部委發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》要求，到2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模要達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上。國(guó)泰君安表示，至2030年，以發(fā)電側(cè)和用戶(hù)側(cè)新增儲(chǔ)能滲透率達(dá)到60%以上計(jì)，全球儲(chǔ)能新增市場(chǎng)需求將達(dá)1361Gwh，十年復(fù)合增長(zhǎng)率突破150%;中國(guó)市場(chǎng)儲(chǔ)能也將突破660Gwh，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到33.1億元。

　　2022年以來(lái)，整體鋰電池市場(chǎng)的一個(gè)突出現(xiàn)象是上游原材料價(jià)格的飆升，如：電池級(jí)碳酸鋰從去年年初的約5萬(wàn)/噸，一路暴漲到近期的約50萬(wàn)/噸(如圖2所示)，加上鎳、鈷、銅等電池原材料的價(jià)格也一路攀升，使得多家動(dòng)力電池廠家的產(chǎn)品價(jià)格普遍上漲了15%，甚至部分客戶(hù)漲幅達(dá)到20-30%。有行業(yè)專(zhuān)家指出，今年材料漲價(jià)的一個(gè)原因就是整車(chē)需求的增長(zhǎng)，電池預(yù)期走高，企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能、增加儲(chǔ)備;另一個(gè)原因是供給延遲，因?yàn)榈湫偷牡V石生產(chǎn)的碳酸鋰，產(chǎn)能釋放周期是3-5年，鹵水提鋰周期更長(zhǎng);另外疫情沖擊也影響到鋰資源的生產(chǎn)，特別是交通運(yùn)力影響了貨物供應(yīng)。并且，這波“瘋狂”也直接傳導(dǎo)至下游整車(chē)終端，今年以來(lái)，特斯拉、比亞迪、小鵬、東風(fēng)小康、上汽通用、愛(ài)馳等車(chē)廠陸續(xù)發(fā)出漲價(jià)通知，漲價(jià)趨勢(shì)仍在蔓延之中。

　　鋰電設(shè)備邁向自動(dòng)化、一體化和智能化

　　得益于鋰電池行業(yè)的高速發(fā)展，以先導(dǎo)智能、贏合科技、利元亨、海目星、杭可科技、大族激光、吉陽(yáng)等為代表的一批中國(guó)本土鋰電池設(shè)備廠商在最近幾年迅速崛起，并且跟隨著鋰電池廠商的腳步，在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能擴(kuò)張的同時(shí)，國(guó)內(nèi)廠商也快速打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)。根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)近期發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)產(chǎn)鋰電池設(shè)備市場(chǎng)的規(guī)模約為575億元，與上年同期相比增長(zhǎng)速度翻了一倍(如圖3所示)。

圖 1 2021 年全國(guó)鋰電池總產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

圖 2 2021 年 -2022 年 3 月碳酸鋰價(jià)格走勢(shì)

　　2022年產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的緊張局面同樣傳導(dǎo)至鋰電池設(shè)備環(huán)節(jié)，大部分鋰電池專(zhuān)機(jī)設(shè)備的價(jià)格呈現(xiàn)逐漸提升的趨勢(shì)，較上年同期訂單價(jià)格的漲幅約10-20%，具體價(jià)格漲幅與客戶(hù)體量以及是否簽訂長(zhǎng)期協(xié)議有關(guān)。目前設(shè)備供應(yīng)商的正常交付期一般為3個(gè)月，去年由于擴(kuò)產(chǎn)量較大，交付期基本都有1-2個(gè)月的延遲，相對(duì)而言，大型供應(yīng)商的交付與售后服務(wù)能力更強(qiáng)?，F(xiàn)在對(duì)于大多數(shù)鋰電池設(shè)備公司來(lái)說(shuō)，最主要的工作就是“保供”，那些能夠在短時(shí)間內(nèi)快速提升產(chǎn)能、按時(shí)完成客戶(hù)交付的廠商，將在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)。

　　圖 3 2017-2021 年中國(guó)國(guó)產(chǎn)鋰電設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)(單位：億元，%)(備注：鋰電設(shè)備僅針對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的設(shè)備，不包含機(jī)器人及國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，數(shù)據(jù)來(lái)源：高工產(chǎn)研鋰電研究所 (GGII)，2022 年 3 月)

　　在技術(shù)開(kāi)發(fā)方面，現(xiàn)階段，加強(qiáng)鋰電設(shè)備自動(dòng)化、一體化和智能化研發(fā)，幫助客戶(hù)不斷降本增效，是眾多廠商重要的工作目標(biāo)。例如：整線和單機(jī)在開(kāi)發(fā)的難度上呈幾何倍數(shù)增加，先導(dǎo)智能經(jīng)過(guò)十余年的深耕，目前在前段、中段和后段整線產(chǎn)線的開(kāi)發(fā)上保持著一定的優(yōu)勢(shì);贏合科技研發(fā)出了高速切疊一體機(jī)、一出六激光模切分切一體機(jī)、高速包膜入殼機(jī)等創(chuàng)新設(shè)備，持續(xù)在效率、成本、安全指標(biāo)上突破技術(shù)與制造“極限”;利元亨敏銳捕捉到疊片機(jī)的發(fā)展先機(jī)，深入研發(fā)高速動(dòng)力切疊一體機(jī)，現(xiàn)已獲得行業(yè)頭部企業(yè)的廣泛認(rèn)可，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，此外，對(duì)于新型 4680 電池，利元亨也已提前儲(chǔ)備好對(duì)應(yīng)的研發(fā)技術(shù)，目前驗(yàn)證平臺(tái)數(shù)據(jù)反饋較穩(wěn)定，卷繞、揉平、裝配、焊接、化成等每道工藝的參數(shù)都達(dá)到技術(shù)要求。

　　緊跟鋰電設(shè)備行業(yè)的迅猛發(fā)展，作為關(guān)鍵功能零部件供應(yīng)商的伺服系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)、直驅(qū)技術(shù)等產(chǎn)品線廠商也積極投入到這一波建設(shè)熱潮之中，同時(shí)機(jī)器視覺(jué)、傳感器等先進(jìn)技術(shù)也正在被逐步引入到這一領(lǐng)域，為鋰電池設(shè)備的自動(dòng)化、一體化和智能化發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　運(yùn)動(dòng)控制：高速、高精、標(biāo)準(zhǔn)化

　　在動(dòng)力鋰電池設(shè)備中，常用到的工控產(chǎn)品包括：PLC、伺服系統(tǒng)、直線模組、工控機(jī)、機(jī)器人、IO模塊等等。由于應(yīng)用規(guī)模較大，例如有的一臺(tái)鋰電設(shè)備就需要使用到超過(guò)50部以上的伺服驅(qū)動(dòng)器，因此用戶(hù)市場(chǎng)對(duì)于伺服產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比要求較為嚴(yán)苛，這令到某些市占率較高的日系品牌比較具有優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，從去年開(kāi)始，上游芯片元器件供應(yīng)普遍趨緊，一些國(guó)際廠商的供貨交期拉長(zhǎng)，在目前鋰電池設(shè)備廠商全力“保供”的前提下，這也為國(guó)內(nèi)工控廠商提供了一個(gè)良好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

　　在涂布、模切、卷繞、疊片、頂蓋焊等對(duì)設(shè)備的運(yùn)行速度、精度、穩(wěn)定性等要求極高的核心工序中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。以雷賽智能基于EtherCAT總線的PLC+伺服+步進(jìn)運(yùn)動(dòng)控制解決方案為例，系統(tǒng)提供3.2kHz速度環(huán)帶寬、最小125μs總線周期，實(shí)現(xiàn)快速高效的響應(yīng)和高控制精度;電流環(huán)20MHz的采樣頻率，實(shí)現(xiàn)高精度張力閉環(huán)控制;優(yōu)化的歸一化增益參數(shù)，結(jié)合單參數(shù)MFC調(diào)整，實(shí)現(xiàn)快速高效伺服調(diào)試，以應(yīng)對(duì)軸數(shù)多調(diào)試耗時(shí)問(wèn)題;通過(guò)對(duì)工藝流程的不斷深挖，優(yōu)化各軸間協(xié)同配合，提升關(guān)鍵軸效率，減少等待時(shí)間，可滿(mǎn)足涂布、疊片、卷繞、封包、注液、化成等工序的應(yīng)用要求。其中，PMC600系列中型PLC運(yùn)動(dòng)控制器具備豐富的控制功能，內(nèi)置高速飛拍及鎖存、多種行業(yè)功能算法、支持IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)、支持PLCopen標(biāo)準(zhǔn)功能塊、可擴(kuò)展32個(gè)模塊、EtherCAT總線可擴(kuò)展32軸。

　　目前動(dòng)力鋰電池設(shè)備開(kāi)發(fā)的另一個(gè)“痛點(diǎn)”是，驅(qū)控品牌多元化、軟件平臺(tái)各具特色、離線仿真技術(shù)參差不齊等，這些為整體系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)增添了大量重復(fù)、低價(jià)值、繁瑣的工作量，迫切需要工控部件廠商能夠提供開(kāi)放的接口、支持仿真調(diào)試功能，并且可以在云端更新、儲(chǔ)存電機(jī)參數(shù)。

　　為此，利元亨在工控應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大膽的探索，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)深入剖析各家客戶(hù)對(duì)同類(lèi)項(xiàng)目產(chǎn)品工藝技術(shù)要求的共性與差異，結(jié)合多年來(lái)在非標(biāo)定制化領(lǐng)域所積累的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，利元亨對(duì)驅(qū)動(dòng)調(diào)試、HMI人機(jī)界面、跨平臺(tái)自動(dòng)編程、工程項(xiàng)目管理、電氣配線、電氣設(shè)計(jì)仿真等應(yīng)用層面進(jìn)行了大膽的探索與嘗試，逐步建立起了標(biāo)準(zhǔn)化的工藝庫(kù)、器件庫(kù)，以及編程/命名規(guī)范，并在標(biāo)準(zhǔn)化工藝平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將內(nèi)部的技術(shù)模塊形成通用技術(shù)，最終沉淀出一整套標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，以工具驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，加快了對(duì)產(chǎn)線裝備的開(kāi)發(fā)效率，提升了交付質(zhì)量，同時(shí)也大幅提高了設(shè)備的智能化水平。

　　引入視覺(jué)與傳感器技術(shù)，確保高品質(zhì)

　　隨著現(xiàn)階段鋰電池生產(chǎn)工藝的不斷升級(jí)更新，在生產(chǎn)過(guò)程中，越來(lái)越多的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)需要進(jìn)行管控，以確保產(chǎn)品具備更高的安全性、可靠性和產(chǎn)品壽命。

　　例如，在動(dòng)力鋰電池的生產(chǎn)流程中，對(duì)模組進(jìn)行全尺寸測(cè)量是模組在下線前的最后一道關(guān)鍵工序。測(cè)量項(xiàng)目包括但不限于：四個(gè)安裝孔寬度方向尺寸、四個(gè)安裝孔長(zhǎng)度方向尺寸、模組總長(zhǎng)、模組總寬、模組總高、底部平面度、四角平面度、安裝孔平面到對(duì)側(cè)端板高度差、安裝孔尺寸、側(cè)板安裝孔位置度等等。SICK可提供視覺(jué)整套解決方案，硬件采用SICK開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的2D相機(jī)以及3D相機(jī)，其中RulerXR 300/ Ruler3020相機(jī)最大幀率46kHz，實(shí)際檢測(cè)速度可達(dá)400-700mm/s;在軟件上，搭配SICK開(kāi)發(fā)的EasyRanger軟件包，支持客戶(hù)快速實(shí)施;SICK還可根據(jù)客戶(hù)特定的模組類(lèi)型和尺寸，合理優(yōu)化激光、鏡頭等，提供定制化3D相機(jī)方案。為了保證動(dòng)力鋰電池的安全性，方形電芯鋁殼各個(gè)表面都需要進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，各種凹坑、劃痕等缺陷都會(huì)對(duì)電池的使用造成嚴(yán)重的隱患，為此，可采用SICK RulerX 70 型號(hào)的3D相機(jī)監(jiān)控頂面和窄側(cè)面，寬側(cè)面則使用RulerXR 200 型號(hào)的3D相機(jī)，同時(shí)輸出高度(Range)圖像、Reflectance圖、Scatter圖，以滿(mǎn)足更多的檢測(cè)需求。

表 1 2022 年部分鋰電池設(shè)備廠商生產(chǎn)最新動(dòng)態(tài)

　　松下提供的傳感器技術(shù)同樣在鋰電池生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵管控點(diǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，幫助客戶(hù)構(gòu)建高質(zhì)量、低風(fēng)險(xiǎn)、高效率、低成本的生產(chǎn)線。例如：在極片糾偏工序中，采用松下位移傳感器HG-T系列，對(duì)邊緣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)測(cè)得位移量變化值判斷偏移程度;在檢測(cè)外殼尺寸時(shí)，松下位移傳感器HG-S系列可對(duì)外殼表面的位移量進(jìn)行測(cè)量，推算出外殼的尺寸;為了控制點(diǎn)膠機(jī)高度，松下位移傳感器HL-G1系列點(diǎn)激光傳感器采用三角測(cè)量法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)滴膠針嘴與目標(biāo)物的距離;在涂布厚度測(cè)量時(shí)，松下位移傳感器HL-C2系列控制器中自帶厚度檢測(cè)程序，可直接對(duì)厚度進(jìn)行測(cè)量;在確認(rèn)極片位置時(shí)，則可以采用松下的圖像傳感器SV系列及配套算法軟件;另外松下靜電消除器ER-X系列還可同時(shí)實(shí)現(xiàn)除靜電和除塵功能。

　　此外，據(jù)報(bào)道，在儲(chǔ)能鋰電池方面，憑借多年來(lái)對(duì)電力電子與控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)耕耘，目前匯川技術(shù)在構(gòu)建鋰電生態(tài)能源領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的成績(jī)，公司已為超1萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)提供了變槳偏航系統(tǒng)解決方案、為300+鋰電池產(chǎn)線提供了全產(chǎn)業(yè)鏈解決方案、為300GW光伏項(xiàng)目提供了制成產(chǎn)業(yè)鏈解決方案、為新能源汽車(chē)提供了超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)電驅(qū)動(dòng)解決方案。2021年，匯川技術(shù)開(kāi)發(fā)出500MW電化學(xué)/物理儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案，并具備超過(guò)15種工程機(jī)械電動(dòng)化解決方案。

　　全球新能源產(chǎn)業(yè)正掀起一波如火如荼的建設(shè)熱潮，無(wú)論是在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，還是在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，鋰電池以及更多其他材料/形態(tài)的電池(如：固態(tài)電池、鈉電池、氫燃料電池等)都將在其中發(fā)揮重要的作用，電池生產(chǎn)設(shè)備、關(guān)鍵零部件行業(yè)也正緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，不斷進(jìn)行產(chǎn)品和方案的迭代更新，助力中國(guó)新能源制造產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持世界領(lǐng)先地位。