电动车需求激增 锂电池推动行业快速成长

2020-08-04 09:00:14

随着手机、数码产品和电动汽车的普及,锂电池在生活当中扮演的角色越来越重要。

尽管锂电池因低能量密度、循环使用寿命有限的缺点经常受到人们诟病,但与这些问题相比,电池安全性问题才是关注的重点。当锂电池存在安全性缺陷的时候,其因起火、爆炸造成的后果总是那么触目惊心。

那么,在锂电池成品出厂之前就必须对首先严格对其进行测试才行。在这里,锂电池检测系统的地位就显得非常重要了。

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锂电池检测系统是指对电芯以及成品电池进行测试的相关设备。检测的目的是为了确认其各项指标是否达到工艺标准或出厂标准,预防某些疏忽而导致的意外事故发生。

因此,一只合格的锂电池在安全性能上应该满足下面这些条件:

无论是在短路、过充电、针刺、平板冲击亦或是燃烧情况下,理应不会因起火而造成爆炸。

 

根据不同的分类标准,锂电池检测系统可分为不同的类别:

按作用对象的不同,锂电池检测系统可分为电芯检测系统、模组检测系统、锂电池组检测系统等。

按应用领域的不同,锂电池检测系统可分为手机电池检测系统、笔记本电池检测系统、电动工具电池检测系统、电动自行车电池检测系统、电动汽车电池检测系统等。

按电池组组装检测工序分,锂电池检测系统包括电芯分选检测系统、充放电检测系统、保护板检测系统、线束检测系统、BMS检测系统、模组EOL检测系统、电池组EOL检测系统、工况模拟检测系统等。

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锂电池检测系统产业链

 

上游主要为电子元器件和机箱机架等供应商。

这些厂商主要提供相关电子元器件及机箱机架等零部件。

电子元器件是电池测试设备较为核心的部件,因此技术含量和附加值都很高。其他比如机箱、机架由于加工和制造的技术含量较低,所以附加价值较低。

中游为锂电池检测系统行业。

锂电池检测设备制造商需要根据电池制造商研发和生产的不同类型的电池,提供相应的检测设备以达到检测产品安全可靠性和研发目的。

一般而言,客户要求各不相同,具有多样性、个性化定制特征。锂电池检测系统行业企业都需结合现有产品,重新设计方案。因此,锂电池检测系统与锂电池制造业有着密切的联系。

全球锂电池检测系统制造商中,规模较大、知名度及市场份额较高的企业有美国Bitrode、德国Digatron及纳斯达克上市公司AV、韩国PNE、日本片冈制作所等。而国内锂电池检测系统制造商则有杭可科技、先导智能(泰坦)、星云股份、恒翼能、精捷能、瑞能股份等10多家企业。

由于国外企业相对于国内研发起步早,因此在设备精度、自动化程度、性能、技术方面均显得更加成熟。

下游客户为锂电池制造商。

锂电池制造商从锂电池检测设备制造商取得检测系统进行电池测试。

锂电池检测系统属于锂电池制造商在合成电芯后对其进行的后处理环节,价值量大约占到锂电池生产程序的30%-35%。

检测的工序包括有,电芯的化成、分容、检测、分选等工作。

化成是通过首次充电激活电芯的过程,目的是激活活性物质,形成稳定的SEI膜,清除气体副产物以及不合格的电芯。化成设备主要是化成机。

分容是将化成好的电芯按照设计标准其进行再一次完整的充电及放电进行充放电。分容的核心设备是充放电机。

在国外,某些锂电池生产厂家使用单独的充电机和放电机,但在国内,一般使用的是兼带有充电和放电功能的充放电机来进行分容,所以充放电机有时也被叫做分容机。

电芯在充电及放电时,充放电机不但对电芯进行充放电,也会记录充放电的相关数据和曲线图表,如电流、电压、时间等。这些数据都能检测出锂电池是否合格。

在充放电之外后,电芯处于自放电状态,需要静置一段时间。电芯的静置一般需要单独设立符合环境条件的静置仓库。测试静置前后电芯的电压和内阻,可以更准确地了解电芯的质量。

分选,又叫分档,就是对化成、分容好的电芯按一定标准进行分类选择,又叫等级分选。分选除需要区分合格与不合格品之外,还需要根据要求是否对电芯进行组合,这是因为锂电池在应用过程中,经常都是多节电芯的并联、串联或两者结合,若选取性能接近的电芯,将会有助于电池整体性能的最大发挥。

若对单体电芯而言,可以区分电池品质,剔除不良品,满足出货要求。若对组合电芯而言,主要是为了配组的一致性,将电池性能相近的分成一类组装成电池组,减少“木桶效应”对电池组产生的不良影响,保证电池能良好地运行。

最后,成品后的锂电池接下来有其他专门测试,比如单元和模块的老化测试,性能测试,安全性测试(机械安全性、环境安全性和电气安全性)等等。专门测试配备专门的测试设备。

目前,最为知名的锂电池制造商主要有国外的韩国三星、LG、日本村田、比克动力、天津力神以及国内的宁德时代(CATL)、比亚迪、国轩高科等一线电池厂商。

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锂电池检测系统行业与锂电池制造行业息息相关,作为锂电池行业的上游行业,锂电池行业的发展规模和水平决定了锂电池检测系统行业的发展规模和水平。

目前,锂电池检测系统主要应用于3C产品(计算机类、通信类和消费类电子产品)、新能源汽车、电动工具、电动自行车、储能等领域。

相关数据显示,2013-2018年,全球锂电池出货量规模由57.6GWh增长到189GWh,复合增长率超过25%。其中2014年全球新能源汽车动力电池出货量仅有10Gwh,而到了2019年新能源汽车动力电池需求量高达111GWh。

 

显然,在过去几年,新能源汽车方兴未艾贡献了锂电池市场的主要增量。

就现在来看,锂电池用量最大的3C产品市场需求已出现饱和状态,未来消费锂电池基本上保持平稳增长需求。接下来以新能源汽车以及储能领域为主导的市场将会快速发展,推动锂电池的市场需求迅猛增长,而锂电池检测系统行业的市场规模也会跟随迅速扩大。

根据中国化学与物理电源行业协会的统计分析和推算,在2014年全球锂电池检测系统市场需求也就仅为44亿元,我国市场需求约为26亿元。未来,随着新能源汽车需求爆发下,有机构预测,到了2020年,全球锂电池检测系统市场需求将超过110亿元,我国锂电池检测系统的市场空间也将达到66亿元。

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20世纪50年代,锂电池被成功研发出来。

不久,锂电池制造及充放电技术、检测技术的逐渐成熟,锂电池的应用范围得以扩大。

80年代,由计算机控制的锂电池检测系统开始面世,软件系统成为锂电池检测系统的重要补充,促进了锂电池检测系统行业的发展。同一时期,我国出现能耗式充放电系统企业。

90年代,国外知名锂电池检测系统企业,如迪卡龙、必测进入我国。此时,锂电池主要以单体电池为主,锂电池检测系统也主要针对单体电池进行挤压、冲撞、针刺、充放电测试及保护板测试等为主。

进入21世纪,3C电子产品的普及,锂电池市场需求快速增长,像星云电子、台湾承德这一类锂电池检测设备制造商开始出现。而且,单体电池式微,电池模组的应用比例在不断提高,针对电池模组的检测技术跟着进一步突破。

2010年,锂电池开始应用在中小动力工具、新能源汽车及储能领域,我国锂电池检测技术开始突飞猛进,出现了能量回馈式充放电测试系统、大功率高精度工况模拟系统、BMS测试系统,行业向自动化、系统化方向迈进。

如今,我国锂电池厂商电池检测环节,化成、分容检测设备的国产化程度已达高达80%-90%。但是,由于锂电池检测系统行业还处于行业生命周期中的初创期,因此行业的集中度较低,大部分的国内电池测试系统公司年收入不足千万,收入上亿的锂电池测试系统企业非常少见。

对比国外那些锂电池检测系统企业,无论规模还是技术方面仍存在某些差距,总而言之,我国锂电池检测系统行业未来发展潜力巨大。

杭可科技(688006):前身为杭州可靠性仪器厂,始建于1984年。2011年,浙江杭可科技股份有限公司成立,主要致力于消费电池研发、生产及销售。随着新能源汽车成为大势所趋,公司从消费电池领域切入三星、LG、日本村田、宁德新能源(ATL)供应链。目前在动力领域已供货LG,而松下、三星SDI的动力电池仍处于样机评估测试阶段,公司可以说是目前国内极少数可以整机成套设备出口并与日本、韩国主流锂离子电池生产商紧密合作的后处理设备厂商之一,而其他国内同行主要以国内客户为主。根据高工产研锂电研究所统计,2018年我国锂电池后处理设备市场规模约62亿元,公司国内市占率占到了20%。目前,在充放电机、内阻测试仪等后处理系统核心设备的研发、生产方面拥有核心技术和能力,并能提供锂离子电池生产线后处理系统整体解决方案。

先导智能(300450):子公司珠海泰坦为专业锂电后段设备制造商。公司于2017年收购了研发、制造能量回收型化成、分容、分选、自动化仓储物流、锂电池电芯及模组测试设备的专业锂电后段设备制造商珠海泰坦。珠海泰坦的优势在于高频能量回收技术完全自主开发,从产品的导入到输出全程自主开发,其高频能量回收技术可灵活变换成不同的产品,产品模块化,产量规模化,使其可以在最短的时间内推出符合市场需求的产品,满足电池行业的定制化需求。目前珠海泰坦主要服务于国内锂电池知名企业,如比亚迪、双登集团、珠海银隆新能源、宁德时代新能源、骆驼集团新能源和中航锂电等。

星云股份(300648):成立于2005年,是一家专业研发并生产销售锂电池组检测设备、双向变流器及锂电池组智能制造解决方案的高新技术企业。公司主要产品有锂电池保护板检测系统、锂电池成品检测系统、锂电池组BMS检测系统、锂电池组充放电检测系统、锂电池组工况模拟检测系统、锂电池组自动化组装系统、动力电池模组/电池组EOL检测系统七大类,产品精度、准确度、稳定性较高。这些产品都得到宁德时代(CATL)、比亚迪(BYD)、国轩高科、华为、飞毛腿、孚能科技、欣旺达等电池及终端厂商,吉利、东风电动车、南京金龙、上汽通用五菱、广汽集团、上海蔚来等整车厂商以及北京市工业设计研究院有限公司、重庆车辆检测中心、中国汽车技术研究中心、北京201所(中国北方车辆研究所)等检测研究机构的肯定。

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