當前，全球鋰電池行業(yè)進入到新一輪擴產(chǎn)期，不僅動力領(lǐng)域在擴張，儲能和 3C 數(shù)碼領(lǐng)域也同樣加速成長。這些市場的集中擴產(chǎn)，對鋰電池生產(chǎn)設備的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，在這一趨勢下，也對設備廠商的供應能力帶來了巨大的沖擊。作為鋰電池設備供應鏈中的一環(huán)，包括 PLC、伺服系統(tǒng)、直線模組、工控機、機器人、IO 模塊等產(chǎn)品線在內(nèi)的眾多工控自動化廠商迎來了一次良好的發(fā)展機遇，但與此同時，在產(chǎn)品 / 方案的技術(shù)開發(fā)、企業(yè)供應鏈的管控等方面也面臨著一定的考驗。

　　產(chǎn)能迅猛擴張 原材料價格暴漲

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

　　新能源汽車一直都是鋰電池行業(yè)重點的開發(fā)市場。在今年的“中國電動汽車百人會年度論壇”上，國家發(fā)展和改革委員會副主任林念修表示，2021年新能源汽車行業(yè)呈現(xiàn)出市場和政策雙輪驅(qū)動的特征，在市場化程度逐年提高的同時，要統(tǒng)籌布局好新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，引導產(chǎn)業(yè)向發(fā)展基礎好、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。

　　在新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大趨勢下，2021年可謂是動力電池行業(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，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)注的開發(fā)動向有：寧德時代推出的第三代CTP高效成組技術(shù)(內(nèi)部稱其為麒麟電池)預計于今年四月正式發(fā)布;蜂巢能源開發(fā)出無鈷電池、果凍電池等;比亞迪于4月3日宣布停止燃油汽車的整車生產(chǎn)，其開發(fā)的刀片電池開始在國內(nèi)多家車廠的整車中得到運用。另外，在海外部分，松下電器集團宣布將力爭在3年內(nèi)實現(xiàn)無鈷電池的量產(chǎn);今年1月LG化學旗下子公司LG新能源正式登陸韓國證券交易所，募資總額達到110億美元，成為韓國資本市場有史以來最大的一次IPO，發(fā)起了對全球鋰電池市場第一位置的強力沖擊。

　　而在儲能市場，去年4月中央兩部委發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》要求，到2025年新型儲能裝機規(guī)模要達到3000萬千瓦以上。國泰君安表示，至2030年，以發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)新增儲能滲透率達到60%以上計，全球儲能新增市場需求將達1361Gwh，十年復合增長率突破150%;中國市場儲能也將突破660Gwh，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到33.1億元。

　　2022年以來，整體鋰電池市場的一個突出現(xiàn)象是上游原材料價格的飆升，如：電池級碳酸鋰從去年年初的約5萬/噸，一路暴漲到近期的約50萬/噸(如圖2所示)，加上鎳、鈷、銅等電池原材料的價格也一路攀升，使得多家動力電池廠家的產(chǎn)品價格普遍上漲了15%，甚至部分客戶漲幅達到20-30%。有行業(yè)專家指出，今年材料漲價的一個原因就是整車需求的增長，電池預期走高，企業(yè)擴大產(chǎn)能、增加儲備;另一個原因是供給延遲，因為典型的礦石生產(chǎn)的碳酸鋰，產(chǎn)能釋放周期是3-5年，鹵水提鋰周期更長;另外疫情沖擊也影響到鋰資源的生產(chǎn)，特別是交通運力影響了貨物供應。并且，這波“瘋狂”也直接傳導至下游整車終端，今年以來，特斯拉、比亞迪、小鵬、東風小康、上汽通用、愛馳等車廠陸續(xù)發(fā)出漲價通知，漲價趨勢仍在蔓延之中。

　　鋰電設備邁向自動化、一體化和智能化

　　得益于鋰電池行業(yè)的高速發(fā)展，以先導智能、贏合科技、利元亨、海目星、杭可科技、大族激光、吉陽等為代表的一批中國本土鋰電池設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，在實現(xiàn)產(chǎn)能擴張的同時，國內(nèi)廠商也快速打開國際市場。根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)近期發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021年國產(chǎn)鋰電池設備市場的規(guī)模約為575億元，與上年同期相比增長速度翻了一倍(如圖3所示)。

圖 1 2021 年全國鋰電池總產(chǎn)量統(tǒng)計

圖 2 2021 年 -2022 年 3 月碳酸鋰價格走勢

　　2022年產(chǎn)業(yè)供應鏈的緊張局面同樣傳導至鋰電池設備環(huán)節(jié)，大部分鋰電池專機設備的價格呈現(xiàn)逐漸提升的趨勢，較上年同期訂單價格的漲幅約10-20%，具體價格漲幅與客戶體量以及是否簽訂長期協(xié)議有關(guān)。目前設備供應商的正常交付期一般為3個月，去年由于擴產(chǎn)量較大，交付期基本都有1-2個月的延遲，相對而言，大型供應商的交付與售后服務能力更強。現(xiàn)在對于大多數(shù)鋰電池設備公司來說，最主要的工作就是“保供”，那些能夠在短時間內(nèi)快速提升產(chǎn)能、按時完成客戶交付的廠商，將在未來的競爭中贏得先機。

　　圖 3 2017-2021 年中國國產(chǎn)鋰電設備市場規(guī)模統(tǒng)計(單位：億元，%)(備注：鋰電設備僅針對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中使用的設備，不包含機器人及國外進口設備，數(shù)據(jù)來源：高工產(chǎn)研鋰電研究所 (GGII)，2022 年 3 月)

　　在技術(shù)開發(fā)方面，現(xiàn)階段，加強鋰電設備自動化、一體化和智能化研發(fā)，幫助客戶不斷降本增效，是眾多廠商重要的工作目標。例如：整線和單機在開發(fā)的難度上呈幾何倍數(shù)增加，先導智能經(jīng)過十余年的深耕，目前在前段、中段和后段整線產(chǎn)線的開發(fā)上保持著一定的優(yōu)勢;贏合科技研發(fā)出了高速切疊一體機、一出六激光模切分切一體機、高速包膜入殼機等創(chuàng)新設備，持續(xù)在效率、成本、安全指標上突破技術(shù)與制造“極限”;利元亨敏銳捕捉到疊片機的發(fā)展先機，深入研發(fā)高速動力切疊一體機，現(xiàn)已獲得行業(yè)頭部企業(yè)的廣泛認可，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，此外，對于新型 4680 電池，利元亨也已提前儲備好對應的研發(fā)技術(shù)，目前驗證平臺數(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)都達到技術(shù)要求。

　　緊跟鋰電設備行業(yè)的迅猛發(fā)展，作為關(guān)鍵功能零部件供應商的伺服系統(tǒng)、運控系統(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熱潮之中，同時機器視覺、傳感器等先進技術(shù)也正在被逐步引入到這一領(lǐng)域，為鋰電池設備的自動化、一體化和智能化發(fā)展奠定堅實的基礎。

　　運動控制：高速、高精、標準化

　　在動力鋰電池設備中，常用到的工控產(chǎn)品包括：PLC、伺服系統(tǒng)、直線模組、工控機、機器人、IO模塊等等。由于應用規(guī)模較大，例如有的一臺鋰電設備就需要使用到超過50部以上的伺服驅(qū)動器，因此用戶市場對于伺服產(chǎn)品的性價比要求較為嚴苛，這令到某些市占率較高的日系品牌比較具有優(yōu)勢。與此同時，從去年開始，上游芯片元器件供應普遍趨緊，一些國際廠商的供貨交期拉長，在目前鋰電池設備廠商全力“保供”的前提下，這也為國內(nèi)工控廠商提供了一個良好的市場機會。

　　在涂布、模切、卷繞、疊片、頂蓋焊等對設備的運行速度、精度、穩(wěn)定性等要求極高的核心工序中，運動控制系統(tǒng)正發(fā)揮著越來越重要的作用。以雷賽智能基于EtherCAT總線的PLC+伺服+步進運動控制解決方案為例，系統(tǒng)提供3.2kHz速度環(huán)帶寬、最小125μs總線周期，實現(xiàn)快速高效的響應和高控制精度;電流環(huán)20MHz的采樣頻率，實現(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，實現(xiàn)快速高效伺服調(diào)試，以應對軸數(shù)多調(diào)試耗時問題;通過對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，減少等待時間，可滿足涂布、疊片、卷繞、封包、注液、化成等工序的應用要求。其中，PMC600系列中型PLC運動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標準、支持PLCopen標準功能塊、可擴展32個模塊、EtherCAT總線可擴展32軸。

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

　　為此，利元亨在工控應用領(lǐng)域進行了大膽的探索，在對標準化平臺的建設過程中，通過深入剖析各家客戶對同類項目產(chǎn)品工藝技術(shù)要求的共性與差異，結(jié)合多年來在非標定制化領(lǐng)域所積累的開發(fā)經(jīng)驗，利元亨對驅(qū)動調(diào)試、HMI人機界面、跨平臺自動編程、工程項目管理、電氣配線、電氣設計仿真等應用層面進行了大膽的探索與嘗試，逐步建立起了標準化的工藝庫、器件庫，以及編程/命名規(guī)范，并在標準化工藝平臺的基礎上，進一步將內(nèi)部的技術(shù)模塊形成通用技術(shù)，最終沉淀出一整套標準化平臺，以工具驅(qū)動標準執(zhí)行，加快了對產(chǎn)線裝備的開發(fā)效率，提升了交付質(zhì)量，同時也大幅提高了設備的智能化水平。

　　引入視覺與傳感器技術(shù)，確保高品質(zhì)

　　隨著現(xiàn)階段鋰電池生產(chǎn)工藝的不斷升級更新，在生產(chǎn)過程中，越來越多的關(guān)鍵節(jié)點需要進行管控，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，在動力鋰電池的生產(chǎn)流程中，對模組進行全尺寸測量是模組在下線前的最后一道關(guān)鍵工序。測量項目包括但不限于：四個安裝孔寬度方向尺寸、四個安裝孔長度方向尺寸、模組總長、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可提供視覺整套解決方案，硬件采用SICK開發(fā)生產(chǎn)的2D相機以及3D相機，其中RulerXR 300/ Ruler3020相機最大幀率46kHz，實際檢測速度可達400-700mm/s;在軟件上，搭配SICK開發(fā)的EasyRanger軟件包，支持客戶快速實施;SICK還可根據(jù)客戶特定的模組類型和尺寸，合理優(yōu)化激光、鏡頭等，提供定制化3D相機方案。為了保證動力鋰電池的安全性，方形電芯鋁殼各個表面都需要進行嚴格的檢測，各種凹坑、劃痕等缺陷都會對電池的使用造成嚴重的隱患，為此，可采用SICK RulerX 70 型號的3D相機監(jiān)控頂面和窄側(cè)面，寬側(cè)面則使用RulerXR 200 型號的3D相機，同時輸出高度(Range)圖像、Reflectance圖、Scatter圖，以滿足更多的檢測需求。

表 1 2022 年部分鋰電池設備廠商生產(chǎn)最新動態(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)鍵管控點中得到了廣泛的應用，幫助客戶構(gòu)建高質(zhì)量、低風險、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，對邊緣進行實時監(jiān)測，通過測得位移量變化值判斷偏移程度;在檢測外殼尺寸時，松下位移傳感器HG-S系列可對外殼表面的位移量進行測量，推算出外殼的尺寸;為了控制點膠機高度，松下位移傳感器HL-G1系列點激光傳感器采用三角測量法，實時監(jiān)測滴膠針嘴與目標物的距離;在涂布厚度測量時，松下位移傳感器HL-C2系列控制器中自帶厚度檢測程序，可直接對厚度進行測量;在確認極片位置時，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系列還可同時實現(xiàn)除靜電和除塵功能。

　　此外，據(jù)報道，在儲能鋰電池方面，憑借多年來對電力電子與控制技術(shù)的開發(fā)耕耘，目前匯川技術(shù)在構(gòu)建鋰電生態(tài)能源領(lǐng)域取得了不錯的成績，公司已為超1萬臺風機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光伏項目提供了制成產(chǎn)業(yè)鏈解決方案、為新能源汽車提供了超過100萬臺電驅(qū)動解決方案。2021年，匯川技術(shù)開發(fā)出500MW電化學/物理儲能系統(tǒng)解決方案，并具備超過15種工程機械電動化解決方案。

　　全球新能源產(chǎn)業(yè)正掀起一波如火如荼的建設熱潮，無論是在新能源汽車領(lǐng)域，還是在能源存儲領(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)設備、關(guān)鍵零部件行業(yè)也正緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢，不斷進行產(chǎn)品和方案的迭代更新，助力中國新能源制造產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持世界領(lǐng)先地位。