图片来源：乘联会
2020年下半年新能源汽车的增长趋势在2021年开年得到确认后，2021年1月动力电池企业纷纷宣布新的扩产计划，国内新增动力电池产能规划超过35 GWh，2021Q1动力电池新增产能规划超过470GWh。国外动力锂电池扩产潜力也非常巨大，欧洲本土产能不足也促使国内锂电池及设备企业纷纷出海。
这一次扩产上不仅是宁德时代、比亚迪和国轩高科等一线厂商加速，中创新航、蜂巢能源和亿纬锂能等锂电新势力也纷纷加入扩产大军。宁德时代规划到2025年公司产能至少达到520GWh，国轩高科2025年产能规模要达到300GWh，蜂巢能源规划2025年总产能要达到600 GWh。
除了产能方面电池企业纷纷向更高产能目标冲锋，这一回各家锂电池企业包括整车企业在电池材料、工艺和结构上都搞起了技术创新。首先是比亚迪高调推出刀片电池，宣告能量密度提升的磷酸铁锂又*了回来，2020年三元和磷酸铁锂的装机量占比上也已经体现了这一点。蜂巢能源采用叠片技术替代普遍应用的卷绕技术，并推出自主研发的短刀电池系列。特斯拉推出4680圆柱大电池并实现单月100万块的量产水平。还有材料方面如高镍三元、无钴等正极材料，系统集成方面的CTP/CTC技术等等层出不穷。虽然目前看这些创新还不具备非常强的颠覆性，但是为锂电行业带来了新的活力。这些电池技术创新也将引领锂电设备企业研发适配新工艺的新型锂电设备，旧有的落后产能将被淘汰。
锂电设备企业在新一轮产能扩张中呈现出新的发展趋势：
技术方面注重提升设备智能化水平
相较上一轮产能扩张时国内锂电设备还在向全自动化迈进，新时期锂电设备企业开始将智能控制技术融入装备之中。例如，先导智能的叠片设备采用多重闭环控制技术确保叠片精度，并能完成自适应智能程序优化使得整机综合稼动率可达到80%以上，节省调试时间。叠片机还采用AI算法技术以实现叠片过程包覆的全监控；支持不良极片自动剔除。先导智能还将机器视觉技术融入叠片设备，实现了从制片缺陷、叠片overhang到电芯外观的全过程智能化检测。先导自研的卷绕机配置伺服闭环低张力精密控制系统和卷绕张力实时测量监控功能，将张力波动控制在≤±3%的水平。科瑞技术也在叠片精度控制方面和高校合作展开研发，采用神经近似内模和迭代学习控制相结合的方法来改进叠片工艺中隔膜纠偏效果[10]。
整线交付方案作用更为突出，头部设备企业加大新技术投入
由于一、二线电池厂商均在加速扩产，整线产品交付速度更快、价格较低、整体自动化程度更高的优势显现出来，整线交付有助于锂电池企业快速形成新产能。锂电设备企业则需要考虑产线整体的工序连接、上下游设备匹配和厂内物流等问题，特别是需要考虑整线的设计布局。整线不是简单把前端、中端、后端的设备进行拼凑，需要专业技术团队深入了解锂电池生产工艺，通过工序优化、前后产能平衡设计、加大新技术运用等，为下游企业提供稳定、可靠、效率高的整线方案。
整线生产除了设备自动化，还要实现中间物料转运的自动化柔性化。设备企业针对厂内物流开发智能物流系统，例如在锂电生产的涂布、模切和卷绕工序，设计开发相应的AMR，实现卷料的自动搬运和自动上下料和锂电前段工序的无人化物流，提升生产线整体协同性。再比如建立智能化、自动化立体库实现智能仓储，并通过堆垛机和立体仓完成原料处理、成品收发货、成品存储管理等，可提高空间利用率，提升仓储物流效率。先导智能和赢合科技都在AMR技术领域开展了相应研发，赢合科技还在软包590组装线上研发应用了高速磁悬浮物流技术。
设备企业开始由硬件销售切入软件服务
为了满足下游需求、提高客户粘性，锂电设备企业开始由单纯的硬件装备供应商开始转变为同时交付软硬件产品的整体智能制造解决方案供应商，软件的作用日益凸显。如先导智能2021年定向增发募集资金用于投建锂电智能制造数字化整体解决方案研发及产业化项目，该项目包括了机器视觉、智能物流、数字孪生和MES软件四部分，这意味着锂电设备企业的数字化、智能化投入已经从内生发展到外延，成为提升客户粘性、增强产品竞争力的一部分。
机器视觉部分，先导智能希望通过自主研发深度学习算法模块，实现低对比度、形状多变缺陷目标的像素及精度提取，提高分类检测效率，减少人员参与，进而提高整线生产效率和质检精度。
先导智能希望开发适用于下游锂电池和新能源汽车企业的数字孪生解决方案，通过生产线设备的仿真测试及虚拟调试等功能实现智能工艺规划设计，即在虚拟调试中根据客户需要不断优化于涂布、辊压、分切等设备的工艺参数，优化物料流控制策略，从而缩短项目交付周期、提升设备性能及可靠性，以满足下游客户快速形成实际产能的迫切需求。
赢合科技早在2015年就成立子公司慧合智能专营锂电行业MES软件。利元亨在2021年成立海葵智造，将自研的MES软件系统与工业物联网等技术结合，整体构建为锂电行业的数字化工厂解决方案，帮助锂电企业提升生产管理水平。
可以看出，锂电设备企业不再单单把销售硬件设备收入作为唯一的收入来源，开始形成软硬结合和虚实融合的整体智能制造解决方案，希望以此深度绑定下游客户并形成新的增长曲线。
加强自身数字化建设
为了应对日益紧迫的交付压力，锂电设备企业开始进一步加强自身数字化建设，赢合科技2020年开始推动数字化管理升级，将数字化管理升级列入三年重要发展战略之一，力图形成全流程可追溯管理、数据透明、指标量化、管理闭环的数字化管理体系。在产品设计阶段，赢合科技运用仿真技术模拟产品全生命周期状态，缩短产品开发周期，降低试错成本。先导智能则开启工业互联网平台建设，希望以此打破非标装备制造企业生产管控难、产能规模提升难的瓶颈，满足锂电设备多品种小批量的柔性化生产研发需求。
图 先导智能工业互联网平台建设体系
出海国外
市场拓展方面，国内锂电设备企业产品已经从实现国产替代发展到出口海外市场，比如先导智能2021年海外营收已经超过14.78亿元，订单占比超过30%，已经落地的海外客户包括宝马和Northvolt等。
和下游锂电池企业绑定更为紧密
外部合作上，锂电设备企业与下游电池厂商的战略合作更为紧密，原因在于这一轮扩产对于头部电池厂商来说也并不轻松，为了守住市场份额必须保障上游供应链的稳定。
比如LG新能源和赢合科技2021年开展共享专利和前沿技术成果的研发活动，已共同开发了七项核心技术专利，赢合具有三年的使用期限。
宁德时代在2020年与先导智能签订战略合作协议，宁德时代鼓励先导智能在未来新电池技术研发流程的 DVT（Design Verification Test，设计验证测试）阶段，参与联合研发并提供设备的研发和配套。依托宁德时代在前沿电池技术路线上的指引和设备研发使用的反馈，先导智能将深入理解锂电生产工艺，对电池前沿技术将具备更加敏锐的感知力，节约大量的研发资源，有助于先导设备快速优化设备工艺。宁德时代还将为先导智能开拓汽车客户销售PACK产线产品提供渠道便利。
两次产能扩张对比
从两次产能扩张周期对比来看，锂电设备企业在技术、业务、自身数字化水平、外部合作等方面在两次产业浪潮来临后都迈上了一个新台阶、不断深化。
技术方面，第一次产能扩张时期，锂电设备从半自动化走向自动化。第二次产能扩张，锂电设备开始加强智能化。这背后其实都是锂电池企业提升电池制造技术水平的需求所决定的。
本轮锂电设备企业智能化外延的动力就来源于锂电池企业对实现智能制造的迫切需求。首先，这一轮扩产使锂电行业从GWh时代走进了TWh时代。锂电行业产能建设周期为6-9个月，真正形成产能还需要爬坡3个月左右。下游需求又日益呈现出多种型号混产的趋势。所以锂电池企业需要智能制造技术来满足自身快速形成产能、规模效应以及柔性生产的需求。
近年来锂电池企业推进智能制造动作频频，宁德时代在2021年投资入股工业智能化企业安脉盛，成立子公司宁德时代润智软件，在AI技术应用方面先后与腾讯云、英特尔等大厂展开合作。蜂巢能源为保障实现大规模高效率生产，建设了车规级动力电池AI智能工厂，AI智能制造成为其四大支撑战略之一，将AI技术应用于容量预测、焊接技术、自放电检出等工艺环节。
数字化方面，每一次产能扩张都会促使设备企业加强自身数字化建设，数字化投入的动力来源主要是需要形成更强的交付能力来应对业务的快速增长，这种数字化建设需求更为刚性。而且在第二次产能扩张中，锂电设备企业更是将数字化能力从内生推向外延，希望通过交付软件技术帮助下游客户实现数字化和智能制造，打造新的盈利点。
业务拓展方面，锂电设备企业在第一次产能扩张时开始出现整线路线，到近期整线方式又得到进一步完善，补充了机器视觉、AMR等新技术。客户上，锂电设备企业不只是向海外拓展，也向产业链下游的汽车企业延伸，未来整车厂甚至将参与电池生产，锂电设备客户将是电池厂与整车厂并存。
外部合作方面，在早年发展时期，国内锂电设备企业和锂电池企业研发上的合作可以说是几乎没有，设备企业不懂电池，电池厂也很难找到匹配自己需求的设备。第一次产能扩张后，几个和锂电池厂商合作紧密的设备企业快速增长，双方合作程度日益加深。到第二次产能扩张来临后，双方的合作更是上升至战略合作关系。
对于装备企业来说，绑定大客户本身既是其技术产品品质的体现，可以为市场提供一种信号效应，又是企业发展良性循环的开始。因为头部大客户对于产品技术的要求会更为严苛、理念会领先行业，装备企业在为大客户供货过程中会不断学习前沿的工艺要求提升自身装备产品质量，将形成产品品质-销量的良性循环。而这一切的起点恰恰在于装备企业对于自身技术的严格要求。
产业发展规律浅析
从产业发展的角度来看，锂电产业发展从最初的劳动密集型逐渐转变为技术密集型、资本密集型产业，折射出我国从最初依靠低价劳动力的经济发展方式，正在逐渐转变为以技术创新为主导的发展方式。我国锂电产业逐步掌握全球产业链话语权的背后是无数市场主体在吸收借鉴国外产品基础上坚持自主研发锂电池产品，而不是单纯依靠国外的技术路线和供应链体系，逐步从产业链中低端迈向高端领域，证明了产业的比较优势是可以锻造出来的，并不是一成不变的。
锂电池行业发展壮大的背后是锂电设备行业的鼎力支持，锂电设备行业也在锂电池第一次产能扩张时期抓住时机实现了国产替代，在第二次产能扩张周期走出国门赢得海外订单。
可以看出，锂电及其设备行业带有明显的周期性。下游行业需求增长传导至上游，产能错配供给不平衡将带动上游产能扩张，每一次产能扩张也都会带动上游原材料的大涨。判断产能周期可以从产能供需状况、产能扩张速度、锂电池价格以及锂电池企业利润水平等维度入手。
锂电设备行业的发展也体现出装备制造业的一些发展共性：一是设备企业会逐步从单机设备到覆盖多环节乃至整线；二是设备企业会逐步从单纯销售硬件设备转变为同时软硬件产品；三是装备制造企业要把握住新兴细分市场产品的高速增长期，在产业混沌的初期就要寻找有对产品有高品质要求的优质客户，因为装备制造企业的增长取决于下游终端产品的增长。以上这些也在其他装备制造行业上演过类似的故事。
我们可以体会到设备企业的核心竞争力不只是表面上的硬件设备，而是对电池制造工艺的深刻理解和产线整合及服务能力，其实产线整合及服务能力本身也是建立在对制造工艺的熟稔程度之上。无论是整线交付，还是后来的智能物流、机器视觉和MES以及数字孪生，都是锂电设备企业基于工艺理解提升自身的服务能力进而提升客户粘性的手段。一整套生产线从头到尾都交付得有始有终，客户又怎么会轻易更换供应商呢？快速形成实际产能不就得靠这样的设备供应商么？
综合以上对发展历程的回顾，我们发现锂电池及其设备行业已经进入了数字化和智能化的新发展阶段，那么新阶段下的行业又有哪些新机会？其实不难看出，我国锂电行业硬件设备已颇为成熟，但是软件侧仍很薄弱，设备企业和电池厂商也都在加强软件的研发，这其实也是初创公司在锂电行业的机会点。
初创公司机会侧重在软件算法侧，硬件装备也具有一定机会，比如工业机器人和AMR等，但AMR厂商也需要注重调度算法层面的技术储备，如此可以更深入地介入锂电池企业和整车厂客户，提高客户粘性。
软件侧的机会主要有以下几个方面：
- 工艺智能：例如针对电池制造中的涂布、干燥、辊压和焊接等工艺提供智能优化技术，可帮助企业提升生产质量，缩短产线调试周期。
- 机器视觉AI检测：可应用于电池外观检测、焊接后检测等环节，机器视觉发展重点是要形成与制造工艺联动的闭环控制系统。
- 工厂虚拟仿真规划：为满足锂电企业快速扩产的需求，虚拟调试仿真以缩短产线调试周期价值意义明显，目前国内企业使用的虚拟工厂规划仿真软件多为西门子的Plant Simulation，例如先导智能购买该软件用于二次开发数字孪生产品。目前也有一些初创公司和高校在这方面有所进展。
- 生产管理和智能决策：这方面的软件也多为外资企业供应，如达索的3D EXPERIENCE软件等，存在国产替代机会。
- 多尺度设计仿真及新材料开发平台：基于电池多尺度真实物理化学模型和分子动力学等理论基础，将电池制造工艺和设计仿真结合起来实现电池正向设计，实现从材料到系统的多尺度全面仿真设计，节省选择实验试错法的时间成本和材料损耗成本。
智能化焊接技术和锂电池多尺度设计仿真在学界和业界的前沿进展具体在《智能制造走向深水区》一文中已有较为详细的论述，此处不再展开。
掌握新技术的初创企业可以与设备企业、锂电池企业合作，深入生产场景中共同开发智能制造技术，相信越来越多的初创企业将为行业带来新的活力。
写在最后
锂电池制造工艺引领锂电设备的发展，而锂电设备承载着电池制造工艺。行业内有句话，电池生产的工艺技术水平有多高，设备产品的技术水平就有多高。两者是紧密结合的。锂电技术在材料、结构及系统工艺方不断涌现创新，锂电设备才能持续发展。
产业浪潮起起伏伏，没有无缘无故的扩张兴起，也没有无缘无故的过剩淘汰。回归制造业本源，只有立足技术创新，企业才能抓住稍纵即逝的时机勇立潮头，才能在潮水退去时稳如磐石。产业的生机勃勃，靠的也正是技术创新这一股源头活水。
参考资料：
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- 高工锂电
- 先导智能、赢合科技公司公告
