鋰電池是一類依靠鋰離子在正極與負(fù)極之間移動來達(dá)到充放電目的地一種可充電電池，具有高能量密度、高電壓、壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。

  鋰電池按正極材料分可分為錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池和三元材料電池；鋰電池按形狀分可分為圓柱電池和方形電池；按外殼分可分為鋼殼、鋁殼和鋁塑膜（軟包）三種；按工藝分可分為圓柱卷繞、方形卷繞和方形疊片三種。

  如圖1所示，鋰電池主要有三大類行業(yè)應(yīng)用：消費(fèi)類電子（手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等）、電動交通工具（電動自行車和電動汽車等）、工業(yè)儲能設(shè)備及其他（通信用UPS和新能源用的儲能電源等），其中應(yīng)用于電動交通工具行業(yè)的鋰電池叫做動力電池。

圖1 鋰電池分類

一、鋰電池市場概況

  鋰電池近年復(fù)合增長率在30-50%，屬于國家政策扶持的高速發(fā)展行業(yè)。

  2014年之前主要是消費(fèi)類電子的增長帶動鋰電池的發(fā)展，手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦等每年保持8%左右的增長率，其中平板電腦和超級本增速更高。由于光伏、風(fēng)電等新能源和通信的快速發(fā)展，鋰電池在UPS等工業(yè)儲能領(lǐng)域也會保持20%-30%的增長率。

  由于國家能源和環(huán)保的戰(zhàn)略規(guī)劃，電動汽車在2014年之后開始高速發(fā)展，2017年電動汽車中國銷售77.7萬輛，同比增長53.3%，預(yù)計(jì)未來將保持在60%以上的增長。電動汽車也是未來鋰電池最主要的一個(gè)高速增長點(diǎn)。

二、鋰電池制造設(shè)備市場情況

  隨著鋰電池設(shè)備的高速增長以及國家智能工廠等概念的提出，未來鋰電池制造設(shè)備自動化程度會越來越高，未來兩年鋰電池制造設(shè)備將會保持15%-25%的高速增長。

  鋰電池設(shè)備制造商采購的主要自動化產(chǎn)品有PLC、HMI、伺服和變頻器等。

  目前鋰電池制造設(shè)備中FA產(chǎn)品供應(yīng)商主要有西門子、歐姆龍、Pro-face、施耐德、ABB、三菱、松下、安川、富士、羅克韋爾、臺達(dá)、丹佛斯和匯川等。

三、中國鋰電池及制造設(shè)備相關(guān)廠商情況

  如表1所示，國內(nèi)的鋰電池制造設(shè)備廠商主要產(chǎn)品集中在電極制造和電芯合成兩個(gè)環(huán)節(jié)，制造廠商以國內(nèi)供應(yīng)商為主，高端設(shè)備主要是日韓企業(yè)制造。

  高端外資設(shè)備目前以進(jìn)口為主，部分外資設(shè)備廠商開始在國內(nèi)建設(shè)工廠，值得松下重點(diǎn)關(guān)注。例如羅斯（無錫）設(shè)備有限公司是美國羅斯在華成立的全資子公司，其生產(chǎn)的攪拌機(jī)在鋰電池產(chǎn)線有應(yīng)用。

表1 中國鋰電池及制造設(shè)備相關(guān)廠商

四、鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定與檢測機(jī)構(gòu)

1. 201所（中國北方車輛研究所） 

  201所即中國北方車輛研究所，主要從事特種車輛整車及部件的研究設(shè)計(jì)、試驗(yàn)試制及民用汽車、專用汽車的研究開發(fā)與測試。

  201所旗下的863項(xiàng)目動力電池測試中心主要負(fù)責(zé)鋰電池檢測與檢測標(biāo)準(zhǔn)的擬草，檢測的內(nèi)容包括：過充電、過放電、短路、跌落、加熱、擠壓、針刺。

  2016年，由發(fā)改委牽頭，201所聯(lián)合中國電子集團(tuán)第十八研究所以及多家重要鋰電池廠商擬稿了新國家標(biāo)準(zhǔn)，包括：GBT/31485-2016《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》，GBT/31467.3-2016《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法》，GB/T 18384-2016 《電動汽車安全要求》。鋰電池產(chǎn)品檢測流程見圖2。

圖2 鋰電池產(chǎn)品檢測流程

2. 全國電工專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會

  全國電工專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立于2009年，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造電工設(shè)備等領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)的制定和修訂工作，包括蓄電池制造專用設(shè)備、電機(jī)制造專用設(shè)備、發(fā)電設(shè)備制造專用設(shè)備等的標(biāo)準(zhǔn)，2009制定的《電工專用設(shè)備通用技術(shù)條件(GB/T 23644-2009)》標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)相關(guān)部門批準(zhǔn)后，成為官方行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，得到推行。鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程見圖3。

  鋰電池設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。鋰電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一所造成的設(shè)備運(yùn)行效率不高、制造成本高、生產(chǎn)效率低、信息互聯(lián)互通效率低，在此背景之下，2016年8月2日，全國電工專用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主辦的“全國鋰離子電池制造成套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作組啟動大會”在深圳舉行，業(yè)內(nèi)的數(shù)十位鋰電設(shè)備專家共同探討鋰離子電池制造設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)修改制定工作。

圖3 鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程

3. 國家動力電池創(chuàng)新中心

  國家動力電池創(chuàng)新中心成立于2016年6月。該中心將以國聯(lián)研究院為核心，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟為外延，圍繞研發(fā)設(shè)計(jì)，測試驗(yàn)證，中試孵化和行業(yè)服務(wù)能力開展建設(shè)工作，搭建協(xié)同攻關(guān)，開放共享的動力電池創(chuàng)新平臺，旨在推動動力電池行業(yè)的發(fā)展，也是第一家成立的國家制造業(yè)創(chuàng)新中心。制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)作為《中國制造2025》五大重點(diǎn)工程之一，將承擔(dān)關(guān)鍵共性技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。作為新的增長引擎，如何構(gòu)建制造業(yè)區(qū)域創(chuàng)新中心、引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，是新時(shí)期區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵，目前該中心正在發(fā)展創(chuàng)建中。

五、鋰電池工藝及其制造自動化設(shè)備簡介

1.鋰電池制造流程及其設(shè)備

鋰電池制造流程機(jī)器設(shè)備見圖4。

圖4  鋰電池制造流程機(jī)器設(shè)備

2.極片制造

（1）攪拌機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖5攪拌流程圖

  攪拌工序是極片制作的關(guān)鍵核心環(huán)節(jié)，攪拌的質(zhì)量直接影響電池的一致性。

  攪拌機(jī)工作原理：分散盤攪拌槳實(shí)現(xiàn)既公轉(zhuǎn)，又自轉(zhuǎn)的行星運(yùn)動，其速度通過變頻器進(jìn)行調(diào)整，使物料做復(fù)雜運(yùn)動，受到強(qiáng)烈的分散和擠壓，保證物料的充分分散和混合，并通過抽真空的方式去除漿內(nèi)的汽泡和灰包。攪拌流程圖見圖5。

  攪拌機(jī)痛點(diǎn)：現(xiàn)有的FA產(chǎn)品能夠滿足攪拌機(jī)的需求，不需要改進(jìn)。攪拌機(jī)的痛點(diǎn)在于軸承，軸承經(jīng)常容易發(fā)生斷裂。

  容積300L以下的攪拌機(jī)會由人工搬運(yùn)來完成，300L以上會用叉車來完成，動力電池產(chǎn)線上較為常見的攪拌機(jī)設(shè)計(jì)容積一般為650L。

  攪拌機(jī)TOP5廠商：廣州紅運(yùn)，東莞科銳，柳州豪杰特，七星華創(chuàng)，廣州弘森。

（2）涂布機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

  涂布是極片制作工藝中最為重要的一環(huán)，涂布的質(zhì)量決定了電池的性能，涂布機(jī)一般由2個(gè)PLC控制，通訊協(xié)議為RS485總線型通訊協(xié)議。

  涂布機(jī)分為擠壓式和轉(zhuǎn)移式兩種，擠壓式涂布機(jī)一般用在動力電池生產(chǎn)線上，轉(zhuǎn)移式涂布機(jī)一般用在消費(fèi)類電子電池生產(chǎn)線上，轉(zhuǎn)移式涂布機(jī)原理見圖6；擠壓式價(jià)格更貴，噴涂質(zhì)量更高，擠壓式涂布機(jī)原理見圖7。

  涂布機(jī)工作原理：轉(zhuǎn)移式：涂布輥傳動帶動漿料，調(diào)整刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移，并利用背輥的轉(zhuǎn)動將漿料轉(zhuǎn)移到基材上實(shí)現(xiàn)，可完成雙面涂布，間隙連續(xù)涂布。擠壓式：擠壓式涂布價(jià)格比轉(zhuǎn)移式貴2-3倍，涂布速度更快，更均勻，更穩(wěn)定。

  涂布頭是涂布的核心，轉(zhuǎn)移式涂布頭包括涂布輥，背輥，調(diào)節(jié)刮刀三個(gè)環(huán)節(jié)，擠壓式涂布頭只包括涂布輥一個(gè)環(huán)節(jié)。

  涂布機(jī)TOP5廠商：深圳新嘉拓，深圳浩能，深圳信宇人，東莞雅康，贏合科技。

（3）輥壓機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖8 輥壓機(jī)原理及圖示

  輥壓機(jī)屬于比較大型的鋰電池設(shè)備，主要是為了使涂布后的極片表面材料分布均勻。

  由于電池在制作過程中，壓實(shí)密度和致密性對電池性能有較大的影響。一般來說，致密性越高，電池的容量就能做得越高，合適的壓實(shí)密度可以增大電池的放電容量，減少內(nèi)阻，減少極化損失，延長電池的循環(huán)壽命，提高鋰離子電池的利用率，因此對極片的輥壓是電池制作過程中一個(gè)非常重要的工序。

  輥壓機(jī)工作原理：輥壓機(jī)主要是由兩個(gè)相向同步轉(zhuǎn)動的高硬度壓輥組成，一個(gè)為固定輥，一個(gè)為活動輥。通過伺服電機(jī)帶動固定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而活動輥跟隨固定輥相向同步運(yùn)轉(zhuǎn)，在兩輥調(diào)試好的間隙及壓力的作用下，極片受到高壓作用后，由原先篷松狀態(tài)變成密實(shí)狀態(tài)的極片，質(zhì)密度得到明顯的提高，達(dá)到工藝所需要求。輥壓機(jī)原理見圖8。

  輥壓機(jī)主要集中在北方生產(chǎn)，因?yàn)楸狈街毓I(yè)發(fā)達(dá)，加工輥等重要部件的產(chǎn)業(yè)更加成熟。

  輥壓機(jī)TOP5廠商：邢臺海裕，邢臺納科諾爾，達(dá)力集團(tuán)，七星華創(chuàng)，深圳浩能。

（4）分條機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖9 分條機(jī)原理及圖示

  分條機(jī)對應(yīng)卷繞工序中的卷繞機(jī)，主要是把大的極片分切成相應(yīng)電池尺寸大小的條形極片再進(jìn)行卷繞。分條機(jī)原理見圖9。

  分條的核心環(huán)節(jié)：牽引，主傳動。

  分條機(jī)TOP5廠商：先導(dǎo)智能，贏合科技，東莞雅康，廣東鴻寶，七星華創(chuàng)。

（5）模切機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖10 模切機(jī)原理及圖示

  模切對應(yīng)疊片工藝的疊片機(jī)，主要是通過模具對極片沖壓，形成相應(yīng)電池規(guī)格大小的極片進(jìn)行疊片。模切機(jī)原理見圖10。

  模切環(huán)節(jié)是模切機(jī)核心環(huán)節(jié)包括沖壓和模切。

  模切機(jī)TOP5廠商：東莞鴻寶科技，先導(dǎo)智能，贏合科技，深圳興誠捷，深圳格林晟。

3.電芯合成

（1）卷繞機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖11卷繞機(jī)原理及圖示

  卷繞機(jī)分方形卷繞機(jī)和圓柱形卷繞機(jī)，其中方形卷繞需要的張力控制更多，需要的伺服電機(jī)等也更多。

  卷繞機(jī)分四卷材料：正極材料、隔膜、負(fù)極材料、隔膜這四卷材料相互間隔，最后依靠卷針卷繞為一個(gè)電芯。一般一臺有三個(gè)卷針，可以通過換工位工作提高效率。卷繞機(jī)原理見圖11。

  正、負(fù)極材料在放卷、放卷糾偏、過程糾偏和張力控制各需要1個(gè)伺服電機(jī)控制，極片入位的時(shí)候各需要2個(gè)伺服電機(jī)控制的夾具完成；兩卷隔膜在放卷、放卷糾偏、過程糾偏和張力控制各需要1個(gè)伺服電機(jī)控制；三個(gè)卷針各需要1個(gè)伺服電機(jī)控制，且三個(gè)卷針換工位的時(shí)候需要1個(gè)伺服電機(jī)控制。

  通過以上分析可以得出，通常的卷繞機(jī)需要24個(gè)伺服電機(jī)來控制。假如正負(fù)極材料需要單卷，包括客戶對張力控制要求較高的話還需要再添加張力控制伺服電機(jī)，因此卷繞機(jī)伺服通常在24個(gè)以上，共需要1-2個(gè)中型PLC來控制。

  卷繞機(jī)TOP5廠商：先導(dǎo)智能，吉陽智云，珠海華冠，東莞雅康，贏合科技。

（2）入殼機(jī)、滾槽機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

  圖12所示為入殼機(jī)原理。

    滾槽機(jī)通過PLC，繼電器控制各個(gè)氣缸配合動作，電機(jī)帶動整體高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將裝有電芯的圓柱鋼殼進(jìn)行均勻的自動滾槽。滾槽機(jī)原理見圖13。

    滾槽機(jī)的主要部件為滾刀，轉(zhuǎn)動模芯也是決定滾槽質(zhì)量的關(guān)鍵。

    入殼機(jī)、滾槽機(jī)TOP5廠商：東莞大眾機(jī)械、珠海華冠、鴻寶科技、深圳鴻博爾、深圳銘銳祥。

（3） 注液機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖14 注液機(jī)原理及圖示

    注液主要是把電解液注入電池殼體中，注液機(jī)的核心工藝在于電池注液部分。注液機(jī)原理見圖14。

    注液機(jī)TOP5廠商：先導(dǎo)智能，廣東鴻寶，融捷股份，吉陽智云，深圳鉑納特斯。

（4）封口機(jī)、焊接機(jī)原理及其FA產(chǎn)品使用情況

圖15 封口機(jī)原理及圖示

   封口機(jī)工作原理：采用發(fā)熱管加熱上下封頭，至用戶設(shè)定溫度。封裝時(shí)，電池放在腔體內(nèi)，進(jìn)行完全抽真空后，電池封裝開始，上下封頭對電池的鋁塑膜進(jìn)行短時(shí)間融化，并使上下封頭的對壓，產(chǎn)生一定壓力后，便把鋁塑膜的兩個(gè)面熔在一起，電池就被封好。封口機(jī)原理見圖15。

  機(jī)器的具體工作是利用轉(zhuǎn)盤的循環(huán)取料，進(jìn)料、抽真空，刺破、封裝連續(xù)去實(shí)現(xiàn)的。

  封口機(jī)TOP5廠商：惠州卓特、東莞大眾機(jī)械、鴻寶科技、深圳圣瀚宇、深圳美爾達(dá)。

圖16 焊接機(jī)原理及圖示

    焊接機(jī)TOP5廠商：大族激光、大光激光、時(shí)代高科、蘇州迅鐳、深圳新控自動化。

    焊接機(jī)原理見圖16。

4.化成檢測

    化成檢測TOP5廠商：廣州藍(lán)奇、浙江杭可、珠海泰坦、廣州正業(yè)、融捷股份。

（1）化成工序

    化成就是將注液后的電池激活，使其具有儲存電的能力。

    化成柜一般不會用到伺服和變頻器，會用到一個(gè)小型PLC和HMI。

（2）分容工序

    分容就是將化成好的電池按照放電容量進(jìn)行分類，以適合不同的容量需求。

    分容柜不用伺服和變頻器，會用到一個(gè)小型PLC和HMI。

（3）其他檢測工序

    除了化成分容外，還會有一些檢測設(shè)備對電池進(jìn)行大電流充放電，檢測電池在大電流通過時(shí)是否會起火等。

六、鋰電池制造自動化設(shè)備FA產(chǎn)品市場分析

1.鋰電池制造設(shè)備FA市場

  按FA產(chǎn)品分類，2017年鋰電池制造設(shè)備FA市場見圖17。按行業(yè)分類，2017年鋰電池制造設(shè)備FA市場見圖18。

2.2017年鋰電池設(shè)備制造廠商FA品牌分析

（1）鋰電池設(shè)備PLC品牌份額

圖192017年鋰電池設(shè)備PLC品牌份額

  Omron（歐姆龍）PLC在鋰電行業(yè)應(yīng)用最多，占比約31%，歐姆龍會和一些設(shè)備廠家聯(lián)合開發(fā)一些鋰電池專用PLC。

  Mitsubishi（三菱）的PLC占比份額居第二位，約22%。三菱的產(chǎn)品適應(yīng)環(huán)境能力更強(qiáng)，性價(jià)比更高。2017年鋰電池設(shè)備PLC品牌份額見圖19。

（2）鋰電池設(shè)備HMI品牌份額

圖202017年鋰電池設(shè)備HMI品牌份額

  2017年鋰電池設(shè)備HMI品牌份額見圖20。Pro-face（普洛菲斯）和Siemens（西門子）的HMI在鋰電池行業(yè)應(yīng)用較多。大廠商一般都會選用Pro-face。

（3）鋰電池設(shè)備伺服品牌份額

圖212017年鋰電池設(shè)備伺服品牌份額

  2017年鋰電池設(shè)備伺服品牌份額見圖21。Omron（歐姆龍）伺服在鋰電池行業(yè)應(yīng)用較多，占到30%左右的市場份額，其次是Yaskawa（安川）和Mitusubishi（三菱）。

  伺服主要用在卷繞機(jī)、制片機(jī)和涂布機(jī)等關(guān)鍵機(jī)型，進(jìn)行張力和糾偏等高精度要求的控制。

（4）鋰電池設(shè)備變頻器品牌份額

圖22 2017年鋰電池設(shè)備變頻器品牌份額

  2017年鋰電池設(shè)備變頻器品牌份額見圖22。

  ABB變頻器在鋰電池行業(yè)應(yīng)用較多，其次是Inovance（匯川）和Mitsubishi（三菱）。

  國產(chǎn)的Inovance（匯川）也開始在鋰電池行業(yè)有應(yīng)用，Inovance（匯川）通過推出鋰電行業(yè)專機(jī)和贏合等知名鋰電客戶簽訂戰(zhàn)略協(xié)議等進(jìn)軍鋰電行業(yè)。此外國產(chǎn)的還有英威騰等的變頻器也有應(yīng)用。