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叠片电芯：锂电池中段核心工艺，两大关键环节梳理

时间：2023-01-16 来源： 浏览：

叠片电芯：锂电池中段核心工艺，两大关键环节梳理

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储能市场的快速爆发驱动叠片电芯需求快速增长。行业机构预计，到2027年采用叠片工艺制造的电池产能将达到845GWh。
电芯组装属于锂电池中段生产环节，其中，卷绕和叠片是核心。
在锂电池当前三种不同形态中，圆柱电池仅使用卷绕工艺，软包工艺仅使用叠片工艺，方形电池既可以使用卷绕也可以使用叠片工艺。
叠片指的是将模切工序中制作的单体极片叠成电芯。相较于卷绕，叠片工艺能更好提升电池性能，在能量密度、安全性、循环寿命等方面具备优势。
根据《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》数据，从卷绕到叠片，VDA容量提升约2.5%，在相同体积的电芯设计情况下，叠片电芯的能量密度高出约5%左右。
叠片电池比卷绕电池空间利用效率更高：
目前，主流电池企业均有叠片电池技术路线规划，在方形电池大尺寸趋势下，叠片工艺有望得到大规模应用。
叠片电池技术路线中，叠片机设备和极片切割两大环节值得关注。

01   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。
除了行业先进入的设备商外，叠片机环节也涌入了较多新进入者，例如奥特维、博众精工等光伏和3C行业设备商，共同推进叠片设备的国产化与技术变革。
国内主要叠片机设备对比：
资料来源：华安证券
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。

02   极片切割

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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