储能、动力两不误,叠片电池渐成主流,两大核心设备需求大放送
3月3日,特斯拉举行首个投资者日,马斯克对于特斯拉“宏图”第三篇章的设想,掀开了全球能源变革壮丽的一角。
马斯克称,地球要完全走向可持续能源之路,可持续能源经济需要达到的目标是:储能240TWh、可再生电力30TW、制造投资10万亿美元等。其中,发展电动车占据储能115TWh、可再生电力4TW、制造投资7万亿美元的比例。
宏伟目标背后,也勾勒出锂电池及产业链巨大的市场前景。
在电池技术路线主张上,特斯拉尤为推崇4680全极耳大圆柱电池。在今年1月的一份公开申明中,特斯拉表示将在内华达州扩建4680电池工厂,规划年产能达100GWh。4680电池不仅用于电动汽车,最终还将用于特斯拉的储能产品。
特斯拉效应带动下,全极耳大圆柱电池已经成为新兴电池技术发展主流之一。目前,包括宁德时代、亿纬锂能、远景动力、海辰储能等电池企业也在围绕全极耳大圆柱电池制造、量产进行布局。
与此同时,领跑全球电池创新的中国动力电池企业,还开辟出另一条新兴电池技术发展方向——“长薄型电芯+叠片工艺”。
目前,在国内乃至全球TOP10动力电池企业中,方形叠片已经成为行业的普遍共识以及主流选择。主打方形路线的比亚迪(刀片)、蜂巢能源(短刀)、中创新航(One-stop Bettery和全极耳叠片电池)、亿纬锂能(LF560K储能电池)、欣旺达(超充电池SFC48),旗下产品都在逐渐趋向采用叠片工艺。
与4680大圆柱一样,方形叠片应用也涵盖了动力、储能、快充等多个应用场景。两种不同的技术路线,未来在多元化的应用场景中也会一争高下。
方形叠片产能提速猛进
相比于大圆柱电池仍处于规模化量产前期,方形叠片电池无论是在市场渗透还是在扩产速度上,都表现得更加迅猛。
主打方形电池的蜂巢能源、中创新航、比亚迪等电池企业,在新增扩产项目中,叠片设备的采购占比在持续提升。由此可推测方形叠片电池产能正在迅速壮大。
其中,中创新航常州、厦门、武汉、合肥、江门等生产基地部分产线生产One-Stop(简称“OS”)电池、全极耳叠片电池,两大产品线叠片设备采购需求旺盛。
市场端情况来看,近期,零跑2023款C01-525舒享版配套的是中创新航L300系列磷酸铁锂电芯。目前,中创新航采用全极耳叠片技术的L300系列产品已量产配套埃安全系产品、广汽三菱阿图柯、合创Z03/A06、长安糯玉米等车型。
值得一提的是,中创新航新产品OS产品同样采用叠片工艺,其江门一期主产OS产品系列磷酸铁锂电池也将于今年Q1投产。
蜂巢能源新增扩产产能以“短刀”为主,生产基地包括江苏南京、江苏盐城、浙江湖州、四川成都、安徽马鞍山、江西上饶、德国萨尔州等。
目前,蜂巢能源的 L600 短刀磷酸铁锂电芯已经配套长城部分车型。而在第三届电池日上,蜂巢能源发布了基于超高速叠片技术3.0的飞叠、基于短刀电池的LCTP3.0的龙鳞甲电池。该电池将陆续搭载到2023年量产车型,包括2023年10月份量产的一款SUV和2023年10月量产的一款轿跑。
比亚迪(弗迪)为例,其在重庆、湖南宁乡、安徽滁州、安徽无为、吉林长春、江苏盐城、山东济南、江西抚州、湖北、浙江仙居等地的工厂均为刀片电池基地,主要采用叠片工艺。
除了动力领域,方形叠片在储能市场的应用也在加速起量。
目前,比亚迪储能电芯以方形叠片为主。比亚迪还曾公开表示,刀片电池将在未来应用于储能产品。
亿纬锂能发布的新一代超大电芯LF560K,通过叠片工艺突破解决了LF560K储能电池在电子电导集流设计和可生产性上的技术难题,该电池预计在2024年第二季度开启全球交付。到2025年,公司预计将实现电力储能电池100GWh的产能规模。
综合来看,中创新航采用叠片工艺的新一代产品量产,蜂巢能源全域短刀战略,比亚迪全系应用刀片电池策略,都预示着叠片路线已经成为多家头部动力电池玩家的主流选择,随着叠片工艺渗透率不断提升,长薄型方形叠片电池的应用占比有望趋向于市场主流。
行业预测,2025年全球长薄型方形叠片电池需求量有望超过1000GWh。
动力、储能电池“叠变”开启
叠片电池更高能量密度、更稳定内部结构、更长循环寿命、更安全等特点,不仅非常匹配长薄化的电芯,还与大容量电芯生产工艺有着更高的匹配度。
受储能市场快速爆发增长带动,2022年中国乃至全球储能市场快速爆发,大储能电芯成为储能产品焦点和技术趋势,包括蜂巢能源、亿纬锂能、海辰储能、远景动力、弗迪电池、中创新航都推出了基于叠片工艺的储能电池。
业内分析指出,随着储能电芯不断突破280Ah甚至更高,储能领域将成为继软包电池之后,叠片电池出货的新增长极。
因为动力、储能两个大市场的爆发,业内推测2023年全球锂电池出货量就将进入TWh阶段,面对叠片电芯市场需求的快速增长,蜂巢能源也在同步布局相应产能。
据杨红新透露,蜂巢能源在投建成都、上饶、盐城、常州生产基地的时候,厂房产线已经按照“飞叠技术”进行了规划。
独行快、众行远。当前,叠片工艺逐渐在方形产品中被认为是主流趋势,头部电池企业纷纷进行相关工艺研发和产线布局。
在蜂巢能源看来,要推动动力、储能电池真正进入“叠时代”,把叠片蛋糕做大,必然是产业链主流企业多数采用效率更高、成本更低的叠片工艺。为推动整个行业叠片效率和良率的提升,满足电动汽车、储能市场对高性能产品需求,蜂巢能源已经宣布,将向行业公开授权“飞叠”技术。
与此同时,基于以往经验和技术积淀,蜂巢能源2022年5月,发起了“先蜂产业合作伙伴全球招募”活动,开始挑选合作伙伴联合开发第四代叠片机。
除了技术的公开授权,蜂巢能源也在积极为产业培养优秀的叠片供应商。
两大核心设备需求有望爆发
叠片电池技术路线中,叠片机设备和极片裁切设备两大环节值得关注。
叠片机设备
GGII测算目前叠片机设备价值量约占锂电池中段设备价值的70%,有望直接受益叠片电池需求爆发。预计到2027年,全球叠片机市场空间约253亿元,未来5年CAGR达35%。
目前市场上主流叠片机设备路线主要有四种,分别为Z字型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机和卷绕一体机。其中,Z字型叠片机和切叠一体机本质上都属于Z型叠片,目前在国内应用最广泛。
国内叠片设备主要厂商包括先导智能、利元亨,赢合科技、格林晟、吉阳智能、科瑞技术、海目星、福能东方和比亚迪等。据各公司官网,目前先导智能设备稳定切叠速度可达0.45s/pcs(单工位),叠片效率达800PPM;利元亨高速切叠一体机效率可达0.15s/pcs(三工位),正在研发0.125s/pcs的更高速度。
中段叠片工艺的动力电池厂均有较大规模扩产规划,将带动叠片设备需求。
根据GGII 2021年全球动力电池装机量排名前十为宁德时代、比亚迪、LG新能源、松下等,其中布局软包路线的LG新能源、SKI等中段工艺为叠片;长薄化方形路线的比亚迪(刀片)、蜂巢能源(短刀)、中创新航(全极耳叠片电池和One-stop Bettery)也采用叠片工艺,远景动力的部分方形也选用了叠片路线。
极片切割设备
行行查数据显示,叠片工艺相比卷绕工艺,极耳数量增加一倍,叠片工艺需要多次裁切正负极片(热复合技术工艺),有望带动极耳切割需求量预计上行。
叠片电池通过将极片裁切成特定的形状,通过正负极交替折叠制作。对极片裁切设备要求极高。裁切模具是锂电池电芯生产过程中不可或缺的产品,直接影响到上游锂电池的生产制造。五金模具作为当前主流裁切设备,有望随着激光裁切设备的技术突破,带来新的增量。
德新交运全资子公司致宏精密是叠片模具核心供应商,公司于 2018~2019 年成功为 ALT 和比亚迪新能源研发苹果 手机 L 型电池极片裁切模具、华为 TWS 耳机叠片电池、“刀片电池”裁切刀。
赢合科技的模切机和收卷式模切机采用五金落料模具冲裁极片成型,极片冲裁无毛刺,能够防止毛刺刺穿电池隔膜,造成电池正负极短路,保证了电池的安全性。
骄成超声正在研发的超声波极片裁切设备已形成研发样机,主要集成在高速切叠片一体机内,用于锂电池正极极片裁切。
相比卷绕工艺,叠片技术路线下的极耳数量增加、正负极片裁切量(热复合叠片技术)上行,有望带来激光切割量上行。
激光切割技术可应用于锂电池制造过程中的极耳切割成型、极片分切以及隔膜分切等工序。相比模切,激光切割具有精确度更高、运营成本较低等优势,有助于电池生产提效降本。
根据GGII,目前杰普特特殊定制的极片切割脉冲光纤激光器,产线切割效率可达 120m/min,切割毛刺小于 7μm,热影响区小于 50μm,也是市场唯一一做到无毛刺无热影响的激光器。
叠片技术路线下极片激光切割替代有望加速,极耳和极片切割量有望提升。
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