根據(jù)研究機構(gòu)EVTank聯(lián)合伊維經(jīng)濟研究院發(fā)布的《鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(2018)》顯示，2017年全球鋰電池出貨量達到143.5Gwh，其中汽車動力鋰電池(EVLIB)的出貨量達到58.1Gwh，儲能鋰電池(ESSLIB)出貨量達到11.0Gwh，其他傳統(tǒng)領(lǐng)域鋰電池(SmallLIB)出貨量達到74.4Gwh。基于對汽車動力鋰電池發(fā)展前景的持續(xù)看好，EVTank預(yù)測到2020年，EVLIB的出貨量將達到166.1Gwh，從而帶動全球鋰電池的出貨量達到279.9Gwh；到2022年，EVTank認(rèn)為全球鋰電池出貨量將超過400Gwh，達到428.6Gwh(如圖1所示)。

圖1全球鋰電池出貨量統(tǒng)計及預(yù)測(資料來源：EVTank，伊維智庫)

鋰電池市場未來幾年的穩(wěn)步增長，為鋰電池生產(chǎn)設(shè)備行業(yè)提供了良好的發(fā)展機遇。從目前技術(shù)發(fā)展來看，在能量密度、續(xù)航里程等應(yīng)用要求的驅(qū)動下，三元技術(shù)逐漸成為新能源汽車動力電池的開發(fā)主流；與此同時，動力電池企業(yè)“兩頭擠”的現(xiàn)象日漸明顯，在上游鋰、鈷、鎳漲價，以及下游補貼退坡、車企壓價的雙重壓力之下，產(chǎn)業(yè)鏈對技術(shù)、規(guī)模效應(yīng)、成本控制能力的要求越來越高，這些都對鋰電池生產(chǎn)設(shè)備在技術(shù)開發(fā)和市場開拓方面提出了更高的要求。

圖2新能源汽車動力電池技術(shù)開發(fā)趨勢(資料來源：中金研究所)

鋰電池生產(chǎn)線是包含電極制作、電芯合成、化成封裝和包裝檢測等工序在內(nèi)的大規(guī)模制造流程，生產(chǎn)工序鏈如圖3所示。作為自動化產(chǎn)線的基礎(chǔ)部件之一，伺服、運動控制、變頻器、傳感器、機器人(手)等工控自動化產(chǎn)品和系統(tǒng)在當(dāng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。這些工控自動化部件產(chǎn)品可適應(yīng)不同規(guī)模的鋰電池生產(chǎn)設(shè)備，其中包括：利用高性能AC伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)高速、高精度定位和多軸同步控制等功能，提升生產(chǎn)效率；利用變頻器的高性能速度控制和轉(zhuǎn)矩控制，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、高速的運轉(zhuǎn)，保證高生產(chǎn)效率；使用張力檢測器、張力控制器，構(gòu)建精準(zhǔn)的收、放卷系統(tǒng)；通過運用輕量化的機器人/手(臂)，實現(xiàn)工件搬運等等。

圖3鋰電池生產(chǎn)工序鏈(資料來源：觀研天下)

從目前的開發(fā)情況看，圍繞鋰電池前、中、后段生產(chǎn)環(huán)節(jié)，一批工控自動化廠商在攪拌機、涂布機、分切機、卷繞機、疊片機、搬運機器人等重點設(shè)備開發(fā)上投入了主要的精力，目標(biāo)是解決現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的難點，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品品質(zhì)。例如，在攪拌機部分，如何消除電池材料的不均勻、如何以適度的粘度進行攪拌；在涂布機部分，如何抑制張力變動，實現(xiàn)均勻涂布作業(yè)、如何在收/放卷是保持穩(wěn)定的張力控制；在分切機部分，如何抑制卷繞錯位和收緊、如何整合裝置整體的驅(qū)動控制；在卷繞機部分，如何解決扁平卷材的凸輪制作困難、如何抑制電池和隔膜的錯位、如何克服張力控制的增益調(diào)整困難；在疊片機部分，如何有效控制加工工序的張力、如何抑制放置電極轉(zhuǎn)臂的振動；在搬運機器人部分，如何抑制機器人振動，進行高速搬運、如何實現(xiàn)視覺系統(tǒng)與機器人的協(xié)調(diào)工作等等。

整體解決方案成為決勝關(guān)鍵點

談到鋰電池生產(chǎn)設(shè)備對運動控制系統(tǒng)的需求特點，埃斯頓（002747）自動化集團運動控制事業(yè)部總經(jīng)理江興科介紹說：“為了實現(xiàn)鋰電池企業(yè)較高的生產(chǎn)效率，用戶對運動控制系統(tǒng)的控制速度和控制精度的要求越來越高。為此，埃斯頓在現(xiàn)有產(chǎn)品和平臺的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)部本地化的算法團隊，深入應(yīng)用現(xiàn)場，切實理解用戶的生產(chǎn)工藝，加快對市場的響應(yīng)，針對應(yīng)用需求不斷優(yōu)化運控算法，從而令到埃斯頓提供的整體系統(tǒng)解決方案能夠完全符合這一市場的實際應(yīng)用要求。”據(jù)了解，目前埃斯頓定制化的產(chǎn)品及解決方案已被大量應(yīng)用于鋰電池生產(chǎn)的分切、模切、卷繞、疊片、制片、分揀等環(huán)節(jié)，獲得了用戶的高度好評。

埃斯頓開發(fā)的鋰電池卷繞解決方案可提供圓形卷針和方形卷針兩種不同卷針形式下的張力控制精度，以及方形卷針下的異型收卷張力控制算法。平臺采用了TRIOMCx系列運動控制器，伺服刷新周期最小為125us，最多可以同時支持128軸，適合多軸應(yīng)用場合，如制片卷繞一體機等。同時，平臺全面升級采用了最新的伺服驅(qū)動，伺服軟件算法更精準(zhǔn)，性能更高。針對卷繞等設(shè)備對于響應(yīng)的更高要求，平臺采用了新一代EM3A低慣量高速轉(zhuǎn)速電機，搭配23bit多圈絕對值編碼器，控制精度大幅提高。

埃斯頓推出的飛剪/追剪系統(tǒng)解決方案采用高性能的TRIO控制器，在保證物料進給速度穩(wěn)定的同時，可實時控制刀輥的運行速度，控制刀尖的線速度與物料進給速度完全相同，從而使得系統(tǒng)以指定長度實現(xiàn)切斷，且精度高，設(shè)備的加工效率也更高。

圖4埃斯頓開發(fā)的鋰電池卷繞解決方案及飛剪/追剪系統(tǒng)解決方案

行業(yè)工藝集成專機興起

深圳市匯川技術(shù)（300124）股份有限公司進入鋰電池設(shè)備市場已有三年多的時間，該公司行業(yè)總經(jīng)理范穎超介紹到，匯川技術(shù)通過深耕工藝?yán)斫狻⒓晒に嚬δ堋㈤_發(fā)行業(yè)定制產(chǎn)品等措施，目前可面向鋰電設(shè)備市場提供包括卷繞、疊片、模切、涂布、化成等全流程工序在內(nèi)的一整套電氣解決方案，協(xié)助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)效率、綜合能效、企業(yè)效益的全面提升。

匯川技術(shù)鋰電池設(shè)備解決方案的一大亮點是行業(yè)工藝集成專機的創(chuàng)新開發(fā)。例如，針對傳統(tǒng)機械手末端體積大、質(zhì)量重、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，匯川技術(shù)新推出的花鍵式Z軸模組將SCARA機器人的第四軸獨立出來，利用內(nèi)部滾珠花鍵絲桿體積小、精度高、剛性高等特點，實現(xiàn)了產(chǎn)品的升降、螺旋、旋轉(zhuǎn)運動，使得設(shè)備的設(shè)計更為精簡化、精巧化，且提高了末端旋轉(zhuǎn)響應(yīng)和控制易用性。

此外，匯川技術(shù)推出的花鍵直驅(qū)伺服也頗具特色，其利用復(fù)合設(shè)計理念，把穿軸針電機和旋轉(zhuǎn)電機集成于一體，大大簡化了傳動結(jié)構(gòu)，獨創(chuàng)性地將花鍵螺母和電機轉(zhuǎn)子作為一體，單一產(chǎn)品即可完成旋轉(zhuǎn)和穿軸針運動，大幅提升了卷針結(jié)構(gòu)的剛性和一致性，為方形卷繞的提速奠定了基礎(chǔ)。而針對鋰電池?zé)釅骸⒒傻葘毫刂朴休^高要求的生產(chǎn)場合，匯川技術(shù)創(chuàng)新性地集成了壓力控制功能，研發(fā)出壓合伺服，滿足了對壓力高精度、高響應(yīng)、快速調(diào)試的應(yīng)用需求。

在鋰電池設(shè)備的整體解決方案上，匯川技術(shù)推出的方形卷繞機方案、激光模切機方案、高速疊片機方案等都具有較高的應(yīng)用價值和市場競爭力。其中，方形卷繞機方案采用匯川技術(shù)AC810高性能總線型控制器，基于EtherCAT總線方案，完成整套系統(tǒng)拓撲搭建和工藝實現(xiàn)。同時，通過建立異型卷繞系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，自主開發(fā)變轉(zhuǎn)速算法、張力控制算法以及糾偏控制算法，系統(tǒng)可完成高速低張力波動卷繞控制，線速度可達到1200mm/s以上。激光模切機則主要采用匯川AM600中型PLC，基于EtherCAT總線方案，完成整套系統(tǒng)拓撲搭建和工藝實現(xiàn)，并且通過FPGA高速比較輸出與激光器進行交互，最短反應(yīng)時間可達10μs以內(nèi)，使得模切更精準(zhǔn)、控制更穩(wěn)定。

圖5匯川技術(shù)推出的花鍵式Z軸模組、花鍵直驅(qū)伺服及方形卷繞機展臺

加速FA與IT之間的融合

鋰電池的規(guī)模化生產(chǎn)制造帶來了對智能制造、工廠信息化建設(shè)的更高要求。目前的一個重要發(fā)展趨勢是，通過充分利用FA技術(shù)和IT技術(shù)，令開發(fā)、生產(chǎn)、維護等整個流程的整體成本有所縮減，其中包括：使能源整體“可視化”，以達成降低能耗和提高效率的目的；整合控制生產(chǎn)系統(tǒng)的控制器和人機界面、工程環(huán)境及網(wǎng)絡(luò)，降低從開發(fā)到生產(chǎn)和維護的成本；利用邊緣計算，無需通信網(wǎng)關(guān)，直接連接生產(chǎn)現(xiàn)場和IT系統(tǒng)，以減少FA和IT的整合成本，提升生產(chǎn)效率和實現(xiàn)可追溯性等等。

歐姆龍是較早切入二次電池設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域的國際廠商之一，也是目前鋰電池設(shè)備市場占有率較高的品牌，其歷時3年不斷進化的“i-Automation”核心從intelligent(智能化)、integrated(控制升級)、interactive(人類與機械新協(xié)調(diào))三個層次將工廠FA與IT技術(shù)完美結(jié)合，推動智能制造在鋰電池設(shè)備等生產(chǎn)現(xiàn)場的落實，幫助企業(yè)實更最高效益的生產(chǎn)。

尤其是歐姆龍智能制造理念“i-Automation！”中的integrated(控制升級)。為了實現(xiàn)更高品質(zhì)、更高效率的生產(chǎn)，要確保可最大限度地發(fā)揮機械性能，幫助客戶實現(xiàn)高速、高精度控制，為此，歐姆龍新推出的機械自動化控制器NX1系列內(nèi)置3個工業(yè)用Ethernet端口和電源，同時搭載了可將控制和信息融合的功能，可實現(xiàn)與生產(chǎn)效率同步的可追溯性，整合高速生產(chǎn)線的機器控制和安全控制，并可在生產(chǎn)線上完成高速檢查，在提高生產(chǎn)效率的同時，實現(xiàn)了信息活用、安全對策和品質(zhì)管理的同步管控。

由于受到政策驅(qū)動的影響較大，使得新能源汽車市場的發(fā)展仍具有不確定性，這成為了當(dāng)前鋰電池設(shè)備市場的一大特色。其次，在動力鋰電池的材料、工藝開發(fā)上也還處于不斷發(fā)展、提升的過程之中，令到生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)必須要緊跟終端制造廠商在材料選用、生產(chǎn)工藝方面的開發(fā)腳步，切實滿足現(xiàn)場生產(chǎn)制造的要求。面對潛力巨大的市場空間，競爭同樣日益激烈，行業(yè)解決方案的開發(fā)需要足夠的技術(shù)經(jīng)驗和積累，要求參與開發(fā)的廠商能夠靜下心來，潛心研究、大膽探索，同時加強與終端市場的合作，以需求帶動技術(shù)開發(fā)，只有這樣才能真正提供滿足鋰電池生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)的自動化生產(chǎn)設(shè)備。

BOX：2018年鋰電池產(chǎn)業(yè)風(fēng)向標(biāo)

1、2018年5月，特斯拉上海全資子公司正式設(shè)立，這家美國車企在華“獨資”夢終于實現(xiàn)。數(shù)據(jù)顯示，中國市場占據(jù)特斯拉全球近20%的銷量。位于上海的特斯拉公司并非工廠，其經(jīng)營范圍主要是電動汽車研發(fā)，不涉及到生產(chǎn)，汽車行業(yè)分析師鐘師認(rèn)為，特斯拉在上海設(shè)立的獨資公司，無疑是一個具有先導(dǎo)性、打前站的公司，為特斯拉將來的建廠做準(zhǔn)備。

2、松下未來兩年有三座電池廠將實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)：美國Nevada的超級電池廠2018年完全量產(chǎn)；松下日本Sumoto工廠，2018年增加的生產(chǎn)線將實現(xiàn)完全投產(chǎn)；松下中國大連電池廠2018年3月實現(xiàn)量產(chǎn)。

3、LG化學(xué)目前在韓、中、美、歐都建有電池廠，2020年電池產(chǎn)能將從目前的10GW增長至2020年的40GW，新建的波蘭電池廠投產(chǎn)后，EV電池產(chǎn)能增加55%至28萬片。另外，韓國三星SDI目前在全球有3座動力電池廠，目前匈牙利Goed工廠已落成，2018年第二季度投產(chǎn)，電池年產(chǎn)能為50000輛電動車/年。

4、2018年比亞迪（002594）的產(chǎn)品規(guī)劃中，乘用車換裝三元，發(fā)力A0級市場，切入共享汽車領(lǐng)域等等，彰顯了比亞迪對于未來清晰的目標(biāo)。在動力電池領(lǐng)域，2018年，比亞迪還將在青海擴充10Gwh的電池產(chǎn)能，啟動建設(shè)“年產(chǎn)3萬噸電池級碳酸鋰項目”。

5、6月初，寧德時代（300750<）正式登陸創(chuàng)業(yè)板。根據(jù)規(guī)劃，2018年上汽與寧德時代的合資項目規(guī)劃建設(shè)動力電池總產(chǎn)能36GWh，其中，一期總投資約100億元，計劃2018年底全面投產(chǎn)，形成18GWh產(chǎn)能。而根據(jù)此前寧德時代的計劃，動力電池的產(chǎn)能到2020年能夠達到50GWh。

除此之外，寧德時代也積極海外擴張，寧德時代董事長曾毓群在接受媒體采訪時表示，寧德時代正從歐盟三個地點中選擇一個，作為其在海外首個工廠的所在地，目前已接近定址。外媒援引一位熟知該計劃人士的消息稱，寧德時代已在德國、匈牙利和波蘭進行相關(guān)考察。

6、國軒高科（002074）與江淮和北汽的合作密切，目前正在進行的有江淮汽車（600418）一季度約1.1萬套江淮IEV系列轎車動力電池訂單，北汽新能源上半年2.3萬套北汽EC180及EC220轎車動力電池訂單。

此外，國軒高科近期也宣布確定為福特與眾泰合資公司開發(fā)的第一款車型提供三元622動力電池，該車?yán)m(xù)航里程達到350km以上。目前正在進行相關(guān)車型設(shè)計與開發(fā)工作。

在技術(shù)研發(fā)方面，國軒高科表示，已開發(fā)出三元811軟包電芯，能量密度到達302wh／kg，公司目前已開始建設(shè)相關(guān)產(chǎn)品中試線，計劃2019年開始建設(shè)產(chǎn)線。