鋰離子電池根據應用場景可分為動力、消費和儲能三種。傳統(tǒng)的消費鋰電池主要應用于手機、筆記本電腦、數碼相機等3C類產品，2015年占全球各類鋰電池出貨量的62%，但隨著全球對新能源汽車需求量的增加，消費類鋰電池應用的占比逐年下降。根據預測，我國動力鋰電池在鋰電池全部應用中的占比有望從2015年的34%上升至2020年的70%，動力電池將成為鋰電池的主要應用場景。此外，儲能鋰電池作為新興應用場景也逐漸受到重視，預計市場占比從2015年的6%小幅上升至2020年的8%。

 

鋰離子電池根據應用場景分類

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2015年全球各類鋰離子電池出貨量占比

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我國動力、消費、儲能鋰離子電池需求量占比

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全球市場規(guī)模2020年有望達到4500億。2016年受新能源汽車政策推動，我國鋰離子電池年產量飆升至78億只，同比增長高達40%。全球鋰離子市場規(guī)模近年穩(wěn)定上升，2016年全球規(guī)模達2158億元，2011-2016年復合增長率21%。預計2020年全球鋰離子電池市場規(guī)模有望達到4500億元，其中我國鋰離子電池市場規(guī)模有望達到3000億元。

 

我國鋰離子電池累計年產量(億只)

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全球鋰離子電池市場規(guī)模(億元)

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中國鋰離子電池出貨量在全球市場占比變化

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我國鋰離子電池需求量統(tǒng)計及預測(GWh)

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我國鋰離子電池市場規(guī)模估算(億元)

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政策推動新能源汽車產業(yè)發(fā)展。2016年12月，國務院發(fā)布《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，明確指出，需要大幅提升新能源汽車和新能源的應用比例，推動新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產業(yè)成為支柱產業(yè);到2020年，產值規(guī)模超過10萬億。2017年4月，工信部印發(fā)的《汽車產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中提出，2020年新能源汽車產銷達到200萬輛，2025年新能源汽車占汽車產銷20%以上。

 

我國新能源汽車成爆發(fā)式發(fā)展。2014-2015年受政策驅動，新能源汽車概念在市場上迅速推廣，我國新能源汽車銷售量的增長率均超過300%;2016年銷售量達51萬輛，同比增長率也高達53%。根據工信部規(guī)劃的2020年我國新能源年銷量目標(200萬輛)估算，2016-2020年復合增長率將在40%左右，維持高速增長趨勢。

 

鋰電自行車快速增長推動動力電池需求上升。除汽車以外，我國鋰電自行車產量也在迅速提升，2015年鋰電自行車產量達350萬輛，同比增長32%，2010-2015五年復合增長率高達70%。電動汽車、鋰電自行車需求的迅速上升，使得動力鋰離子電池需求量大幅上升，使之成為帶動鋰離子電池行業(yè)增長的主力。

 

我國新能源汽車銷售量(萬輛)

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我國鋰電自行車產量(萬輛)

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3C類產品發(fā)展減緩，導致消費類鋰電池需求增速降低。3C類產品在經歷過發(fā)展的黃金階段之后，智能手機產品等市場已趨近于飽和。全球智能手機的出貨量增速，從2010年的高達76%，降低至2015年10%。根據估算，2016年全球智能手機出貨量達到15億個，但同比增速僅2%，而到2019-2020年可能會出現(xiàn)負增長。

 

VR、無人機、可穿戴設備等新增需求帶動消費鋰離子電池增長。盡管傳統(tǒng)手機、筆記本電腦、數碼產品等發(fā)展減慢，近年來出現(xiàn)的多種新型產業(yè)增加了對消費鋰離子電池的需求，如VR眼鏡、無人機、可穿戴設備等。中國虛擬現(xiàn)實(VR)行業(yè)從2015年開始起步，市場規(guī)模正處于飛速擴張時期;根據預測，2017年VR行業(yè)規(guī)模將從2016年的約60億元增長至超過130億元，同比增長約140%;到2020年預計超過550億元，2016-2020年復合增長率接近80%。根據預測，全球民用無人機市場規(guī)模也呈快速擴張趨勢。2015年全球民用無人機市場規(guī)模為36億美元，同比增長率33%;到2020年，全球民用無人機市場規(guī)模增長到約260億美元，五年復合增長率近50%。2012年發(fā)布的GoogleGlass，2014年發(fā)布的小米手環(huán)，2015年面市的蘋果手表，相繼將智能穿戴推向了風口浪尖。根據預測，2016-2020年，智能眼鏡出貨量的年復合增長率高達200%左右，智能服裝超過60%，智能手表接近30%。

 

全球智能手機出貨量增速下降(百萬個)

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中國虛擬現(xiàn)實行業(yè)市場規(guī)模迅速擴大(億元)

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全球無人機市場未來增長可期(億美元)

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全球可穿戴設備產品出貨量預測(百萬個)

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儲能是解決新能源風電、光伏間歇波動性的重要手段之一。風力、光伏發(fā)電具有不穩(wěn)定性，儲能技術可助風電廠平滑輸出功率。近年來，政府大力扶持可再生能源，風電和光伏裝機規(guī)模迅速擴大。根據國家能源局計劃，“十三五”期間我國風電裝機目標210GW;2017年上半年我國光伏新增裝機容量24.4GW，光伏裝機總量超過100GW。風電、光伏發(fā)電的間歇波動性特征嚴重限制其并網能力，是導致我國棄風、棄光現(xiàn)象嚴重的原因之一。2016年，我國棄風率高達17%，西部平均棄光率高達20%。而配置儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)“削峰平谷”，解決可再生能源發(fā)電的大幅波動問題，為大規(guī)模并網創(chuàng)造條件。

 

鋰離子電池儲能是電化學儲能的重要組成。目前，大容量儲能技術主要有機械儲能(抽水儲能、壓縮空氣、飛輪儲能等)，電磁儲能(超導磁儲能、超級電容等)，以及電化學儲能(鉛蓄電池、液流電池、鋰離子電池等)。其中，抽水儲能是最成熟、最經濟的大容量儲能技術，具有規(guī)模大、壽命長、運行費低等優(yōu)點。在中國運營的儲能項目中，抽水儲能累計裝機個數占比99.5%。但抽水儲能必須有合適建造上下水庫的地理條件，受地形條件限制大，且建設周期長。

 

鋰離子電池儲能是未來發(fā)展的主要形式。電化學儲能技術具有響應時間短、能量密度大、靈活方便、維護成本低等優(yōu)點，是抽水儲能以外最主要的儲能形式。根據預測，中國電化學儲能累計裝機量將穩(wěn)步上升。2016年累計裝機量為255MW，到2020年，電化學儲能裝機量將超過2000MW，2016-2020年年復合增長率接近70%。而鋰離子電池儲能占電化學儲能已裝機個數的66%，是最主要的電化學儲能形式。

 

國際上，發(fā)展較早的日韓企業(yè)處于技術領先地位。1990年，日本Kaido公司成功研發(fā)出第一臺方形鋰離子電池卷繞機，標志著鋰離子電池自動化生產設備開始出現(xiàn)。1999年，韓國Koem公司開發(fā)出了鋰離子電池卷繞機和裝配機。至此之后，日韓在鋰離子電池設備制造上一直處于國際領先地位，設備精度高、性能好、自動化程度高。

 

我國鋰電設備市場空間2020年預計到210億。根據中國預測，假設動力鋰離子電池實際產能利用率為55-70%，消費和儲能鋰電產能利用率90%，到2020年我國鋰離子電池產能預計將超過270GWh。我們假設每GWh的動力鋰電池產能對應的總投資約6億元，其中設備投資占比65%，而國產設備占比到2020年有望提升到100%，則每GWh產能釋放對應的國產設備投資約3.9億元，預計2020年我國鋰電設備規(guī)模約210億元，2016-2020年復合增長率約17%。

 

國內動力電池鋰電設備市場規(guī)模測算(單位：GWh、億元)

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我國鋰離子電池產能預測(GWh)

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鋰電設備市場規(guī)模預測(億元)

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鋰離子電池設備泛指鋰離子電池生產過程中使用的各種制造設備，是鋰離子電池性能和成本的決定因素之一。鋰離子電池生產工藝較長，包括50多道工序，相應需要50多種設備。整個制造工藝可分為極片制作、電芯組裝、電芯激活檢測和電池封裝四個工序段，其中極片制作相關設備稱為前端設備，電芯制作相關為中端設備，電芯激活檢測和電池封裝設備為后端設備。整個鋰離子電池工藝流程約需15天完成，其中漿料制備、干燥、化成時間較長，少則10小時，多則48小時;而其他工藝較快，平均是5-6小時。

 

攪拌、涂布、分切、檢測工序最為核心。前端設備包括極片制作工序中所需要的攪拌機、涂布機、輥壓機和分切機等。中端設備是電芯裝配工序中涉及的卷繞機、疊片機、注液機、封口焊接等設備。后端設備用于電芯激活化成、分容檢測以及組裝成電池組等工藝。

 

前端設備由于精度和自動化要求最高，最為核心，價格也最高。其中，攪拌機的攪拌效果直接影響電池性能，被認為在鋰離子電池的整個生產工藝中對產品的品質影響大于30%;涂布機要求將攪拌后的漿料均勻得涂在金屬上，厚度需精確到小于3μm;分切機需要保證切片表面不存在任何毛刺，否則對后續(xù)工藝產生很大影響。中端設備中的卷繞機、疊片機，后端設備中的檢測設備技術壁壘也較高，產值空間大。

 

涂布機、卷繞機、檢測設備產值占比最高。根據高工鋰電披露的鋰電設備成本占比分布，屬于前端設備的涂布機占比約30%，卷繞機占比約20%，后端的活化分容檢測設備占比約20%，組裝干燥相關設備(包括攪拌機)占比10%。結合該產值比例和預測的鋰電設備市場規(guī)模，計算出各設備市場規(guī)模2016-2020年的預測值。涂布機、卷繞機和活化分容檢測設備市場規(guī)模最大，2016年分別在30億元、20億元、20億元左右，2020年預計將超過60億元、40億元、40億元。

 

國內鋰電生產線設備成本占比

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各設備市場規(guī)模預測(億元)

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漿料攪拌對鋰離子電池品質影響度大于30%，是鋰離子電池生產工藝中的重要環(huán)節(jié)。鋰離子電池正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成，負極漿料由粘合劑、石墨碳粉等組成;正負極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料間的相互混合、溶解、分散等;漿料分散質量的好壞，直接影響了鋰離子電池的質量及性能。

 

攪拌環(huán)節(jié)主要是國內設備企業(yè)間的競爭。早在2012年，國產攪拌機的市占率已超過95%基本實現(xiàn)國產化。高工鋰電數據顯示，2013年國內鋰電攪拌設備企業(yè)已達56家，僅珠三角地區(qū)就超20家，其中金銀河、廣州紅運、柳州豪杰特脫穎而出，成為該細分領域專家。

 

涂布決定了電池的一致性和優(yōu)越性，在電池制造中占有很高的技術地位。不管生產何種(如圓柱形或方形)電池，制造中所使用的涂布機都是一樣的;不同類型電池需配備不同類型的卷繞機，但是涂布機應用更加廣泛。目前市面上常見涂布機有轉移式、擠壓式、微型凹版涂布機。最初電池涂布起源于刮涂，然后是轉移涂布。

 

涂布機提高效率的方向是寬幅、高速、雙層涂布。涂布的幅寬和速度是反映涂布技術優(yōu)劣的重要指標，幅寬越大，速度越高，代表生產效率越高。目前國內鋰電企業(yè)的極片最大涂覆一般在650mm左右，與日韓企業(yè)1000mm幅寬相比還有較大差距。商用鋰離子電池的正極基片為鋁箔，化學性質活潑易氧化。國內大多數鋰電企業(yè)的涂布速度一般最大為30m/min，而德國機械設備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)在2014年便提出要將速度提升至70-100m/min，國內企業(yè)可提升空間巨大。行業(yè)正進入高速涂布時代，涂布速度達50-100m/min、寬度1300mm將會逐漸普及。國內鋰離子電池制造主要采用的是單面涂布方式，涂布時，未涂布的一面完全暴露在高溫、高濕的環(huán)境中，氧化反應加劇，對極片質量造成惡劣影響。而雙面涂布技術不僅可以完全解決該問題，還可以大幅提高生產效率。

 

卷繞機國產化進程加快，已部分實現(xiàn)進口替代。除鋰離子電池卷繞機外，還有電容器卷繞機、紡織卷繞機等。按照機器的運行方式，可分為手動卷繞機、半自動卷繞機、全自動卷繞機。以高壓電力電容器自動卷繞機為例，我國從1970年代開始研發(fā)，但由于生產效率低下，大批量生產仍依靠進口設備。21世紀以來，設備國產化進程明顯加快。目前，中國鋰離子電池卷繞環(huán)節(jié)還處在半自動到單體全自動的轉型期，部分公司產品可實現(xiàn)進口替代。如今大部分電池生產廠家都會選擇國產卷繞機，不過大規(guī)模的電池廠家(如比亞迪、CATL等)仍會選用一些日韓進口的卷繞機。

 

出于提高鋰離子電池一致性、提升產品合格率、降低勞動力成本的需要，自動化成為鋰離子電池制造行業(yè)重要發(fā)展方向。在“智能制造”、“工業(yè)4.0”的大背景下，鋰離子電池傳統(tǒng)的手工制造工藝難以滿足鋰離子電池市場日益嚴苛的需求，取而代之的將是全智能自動化生產線。根據國際機器人聯(lián)合會(IFR)的報告，我國工業(yè)機器人產量不斷增加，2009-2016的年復合增長率高達49%，標志著我國自動化水平穩(wěn)步提升。機器人自動化企業(yè)也在不斷拓展對鋰離子電池制造行業(yè)的布局，已有不少公司在生產線上使用機器人。時代高科的董事長田漢溶表示：“機器人在鋰電設備行業(yè)的應用才剛剛開始”。

 

我國工業(yè)機器人產量(臺)

 

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