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洞见|后端设备:客户集中+在线配置,锂电后端大有可为|锂电专题研究(三)【广发机械/电新联合发布】

2017年09月14日09:10 来源:广发机械

  

  来源丨广发证券发展研究中心 机械/电新小组

机械丨罗立波 刘芷君 代川 王珂 周静

电新丨陈子坤 华鹏伟 王理廷 纪成炜 张秀俊 李蒙

  锂电池后端生产工艺:改变粗放增产,后端工艺是保质提量的必由之路

  锂离子电池的制造可统一分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段。其中电芯化成、分容检测,以及对组装后的电池组性能、可靠性测试被称为后端工艺。现阶段国内大部分电芯企业提升电池品质的方法,一般采用的都是增大电池的产量,再对其进行充分的分选,以此来保证最终产品的质量,而这导致了成本的大幅上升。在这种粗放的生产制造思路下,国内电池企业的产品良率和直通率都普遍偏低。若想制造出一致性高、稳定性好、性能优异的锂电电芯及电池组,检测设备将起到至关重要的作用。在未来两三年内,锂电池的能量密度提升、安全性提升与成本下降将是电池企业需要翻越的三座大山,而这些都必然要求电芯企业采用在线式的生产监测及检测设备,一方面提升产线的生产效率,另一方面最大程度地提高产品的品质和一致性。

  锂电池后端生产设备:离线转向在线,后端设备渗透率二次提升

  早在1980年代传统的锂电池检测硬件系统就已经面世,之后软件系统成为传统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。90年代随着锂电池应用范围进一步扩大,检测技术快速发展,激活二次电池的化成设备开始规模化出现。2010年之后新能源汽车和储能应用产品在国际范围快速发展,行业进入高速发展期,锂电池检测系统行业涌现出工况模拟系统、能量回馈系统和大功率检测系统、BMS检测等新一代产品,行业向自动化、系统化方向迈进,并且由离线选择性测试向在线必需性测试转变,需求大幅提升。目前后端设备形成了围绕电芯激活化成、分容检测以及电池组测试工艺的一系列设备。

  后端设备客户结构:集中销售大客户,后端设备订单弹性最突出

  从客户结构来看,行业内3家企业精实机电(华自科技拟收购)、泰坦新动力(先导智能收购)、瑞能股份2016年前5大客户占比大都在70-85%(先导同期为59%),是锂电生产中客户集中度最高的环节之一。

  投资建议:市场与政策的双重驱动,赋予了锂电产业更长的景气周期,锂电池设备行业高增长的持续性被加强。其中锂电池生产后端设备是整个锂电产线中客户集中度最高、渗透率最低的环节之一。一方面,未来锂电池企业集中化趋势明显,下游大客户扩产将会给后端设备环节上的企业带来高于行业的订单与业绩弹性。另一方面,离线选择性测试向在线必需性测试的转变则提升了后端设备的需求以及在整线中的占比。建议关注锂电后端生产环节产品布局齐全、客户结构优异的企业。后端锂电设备相关上市公司:华自科技星云股份先导智能

  锂电池后端生产工艺

  1.1锂电池生产工艺流程

锂离子电池的制造可统一分为极片制作、电芯组装、电芯激活检测和电池封装四个工序段:第一步,极片制作工艺包括搅拌、涂布、辊压、分切、制片、极耳成型等工序,是锂离子电池制造的基础,对极片制造设备的性能、精度、稳定性、自动化水平和生产效能等有着很高的要求;第二步,电芯组装工艺主要包括卷绕或叠片、电芯预封装、注电解液等工序,对精度、效率、一致性要求很高;第三步,电芯激活检测工艺主要包括电芯化成、分容检测等;第四步,电池封装工艺包括对构成电池组的单体电池进行测试、分类、串并联组合,以及对组装后的电池组性能、可靠性测试。

  其中前端设备指:锂电池生产过程中用于搅拌、涂布、辊压、制片、分切等制造正负极片工序的设备。中端设备指:锂电池生产过程中用于电芯装配工序,主要包括卷绕机或叠片机、电芯入壳机、注液机以及封口焊接等设备。后端设备指:锂电池生产过程中用于电芯激活化成、分容检测以及组装成电池组等工艺的设备。

  

1.2生产检测工艺的重要性

国内电池良品率较低,粗放增产不可持续。现阶段国内大部分电芯企业提升电池品质的方法,一般采用的都是增大电池的产量,再对其进行充分的分选,以此来保证最终产品的质量。而这也导致了成本的大幅上升。在这种粗放的生产制造思路下,国内电池企业的产品良率和直通率都普遍偏低。根据高工锂电统计,国内电池企业的良品率在95%左右,而日韩企业则在99%以上。

  检测设备则是动力电池生产商保质提量,增产增效的必要保证。若想制造出一致性高、稳定性好、性能优异的锂电电芯及电池组,检测设备将起到至关重要的作用。在未来两三年内,锂电池的能量密度提升、安全性提升与成本大幅下降将是电芯企业面临的三大关卡,而这些都必然要求电芯企业采用在线式的生产监测及检测设备,一方面提升产线的生产效率,另一方面则要最大程度地提升产品的品质和一致性。

  

1.3锂电池生产中的检测设备

锂电池整个生产流程多处用到检测工艺。其中,对于前中段搅拌、涂布、辊压、分切、制片、极耳成型等工艺流程中主要是采用CCD、X-ray检测设备完成外观和结构性检测;而后段检测主要是保证最终组装单体电芯的一致性,如果单体电芯的一致性不能得到良好的保证,则会影响到电池组的综合产品性能,导致整车的动力系统无法满足续航能力、使用寿命、安全性能等各项产品性能要求。

  

  后段检测中化成分容检测是得到电芯的性能的各项参数,对于最终产品的一致性和稳定性等性能起着至关重要的作用。化成是指首次充电使电池完成电极活化的充放电程序,一般对初次充电的电池实施一系列工艺措施使之性能趋于稳定,包括小电流充放,恒温静置等。分容指容量分选、性能筛选分级等。

  

  锂电池检测设备行业

  2.1行业发展历程

20世纪50年代锂电池被研发初始,技术较不稳定,安全性等方面存在问题。70年代后随着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。90年代,锂电池应用范围进一步扩大,锂电池检测技术发展迅速,激活新生产二次电池的化成设备大量出现。

  进入21世纪后,3C产品、电动工具、电动自行车等领域对锂电池需求大增,出现了数字化检测、化成分容、电池及动力电池组检测、电池保护板检测等检测技术。2010年之后,新能源汽车和储能应用产品在国际范围快速发展,行业进入高速发展期,锂电池检测系统行业涌现出工况模拟系统、能量回馈系统和大功率检测系统、BMS检测等新一代产品,行业向自动化、系统化方向迈进。根据高工产研锂电研究所(GGII)统计,中国2015年锂电生产设备需求超过120亿元,国内生产设备产值占比70%,产值同比增长超过110%。因此2015年中国锂电生产设备产值为83.5亿元(不含进口设备),其中中端和后端设备国内产值39亿元同比增长86.7%。

  

  

  国外设备匹配性差,价格、售后缺乏优势。国外设备研发起步早,设备精度高、自动化程度高、性能优越,但其在电池型号变换方面有较大的局限性,灵活性低,设备适用范围窄,与国内种类众多的电池生产方式不相匹配。国内设备针对我国电池生产的工艺特点而研发制造,适应性强,性价比优势明显。锂电池自动化生产设备行业是一个非标准化设备行业,设备的性能需要根据客户生产工艺的改变进行不断的改进,国内厂商能够充分满足客户的生产工艺需求,响应速度快,在设备发生故障时可以进行及时沟通和处理,最大限度减少客户损失。同时,国产锂电池自动化生产设备技术水平的提升,将进一步缩小与进口设备在所生产产品质量上的差距,加上国产设备价格上的优势,未来,国产检测设备的性价比优势对进口设备的替代效应会更为明显。

2.2行业竞争格局

  检测设备对制造一致性高、稳定性好、性能优异的锂电电芯及电池组起着至关重要的作用。通过对检测设备的时时监控与追溯,可以随时了解产线动态,也可快速找出问题产品的原因所在,从而提高生产效率,提高产品良率,提升产品的整体性能。

  

  除此以外,还有台湾的致茂电子(Chroma)和韩国甲进株式会社(KapJin)两家老牌测试设备企业。致茂电子以自有品牌“Chroma”营销全球,为精密电子量测仪器、自动化测试系统、制造信息系统与全方位 Turnkey 测试及自动化解决方案供货商,主要产品包括 LED、太阳能、锂电池、电动车、半导体/IC、雷射二极管、平面显示器、视频与色彩、电力电子、被动组件、电气安规、热电温控、自动光学检测、以及制造信息系统等测试解决方案。KapJin 以多年积累的 Analog,Digital,Software技术为基础,通过不断开发尖端顶技术提高产品和服务质量,在电力电子、充放电设备产业里具有一定地位。

2.3锂电测试设备行业发展趋势

  第一,在线检测显著提高效率,成为主流检测模式。传统的电池厂都是在电池封装好之后,从后段的化成分容测试中发现问题电池,但这时电池已经报废了。锂电池生产到化成分容环节后,就已经不可逆了,发现问题的电池只能做报废处理,同时还要再调整前端工艺控制,这是比较滞后的做法。

  在线检测实现产品实时检测,及时纠偏。通过采用一些在线式的生产检测设备,就能够时时检测出电池前期制造过程中出现的问题,及时发现出现问题的环节,以做出修复和调整,在原材料成本不断提升背景下,引入在线式检测设备的投入可以显著提高原材料的利用率,节省材料成本并提升产品质控水平

  目前已经国内部分电芯生产企业已经装备在线检测设备,包括ATL、珠海光宇、中航锂电、合肥国轩等一批主流的电芯企业都开始升级产线上的检测设备。以中航锂电为例,其生产线上就已经普遍使用了包括极片在线检测、X-Ray在线检测、分容化成在线检测等设备。

  第二,检测设备有望实现一体化和自动化系统。检测设备未来有望集成锂电池物流、仓储、化成分容、检测于一体,并对生产现场进行智能实时监控,实现安全、高效率、高质量、大批量硬壳电池的生产;三重安全防护,确保消防安全。锂电池自动化系统可以由常温静置区域、 高温静置区域、 输送设备区域、化成区域、分容区域、DCIR 测试机和电源柜等设备区域组成。静置区域的设备于托盘的自动仓储和管理;化成区域和分容区域完成锂电池的化成、分容工序;DCIR测试机完成生产中的电池性能测试; 电源柜提供电池分容时所需要的电流、电压、 容量控制, 对电池分容进行过程监控和保护, 采集电池分容过程中的数据,并和 MES(制造企业生产过程执行管理软件)数据库系统与测试机进行数据交互;物流传输及相关设备通过配套管理系统实现同 MES 数据库系统对接,通过调度系统实现设备和上下游系统的集成。各个区域系统通过相互配合实现与产能的匹配,进行锂电池的大批量生产。通过差异化的设备产品组合来组成不同的系统,达到不同类型锂电池生产过程中的化成、分容、检测和物流传送等功能,实现锂电池的高效率、大批量、高精度的生产。

  第三,检测标准趋于统一,有助于检测行业发展。锂电池商业化至今20余载,市场上的产品规格型号却没有实现标准化生产。为适应下游电池企业的不同需求,针对每款定制产品,行业企业都需结合现有产品,重新设计方案,投入产品开发费用,增加大量的成本,锂电池检测设备企业长期疲于研发生产各种“非标”设备,导致设备的成本居高不下,稳定升级也困难重重。在动力锂电池制造对设备要求大大提高的当下,这已经影响到动力锂电池的安全性提升、成本降低及规模化生产。随着下游锂电池制造工序和产品标准化程度持续提升,行业企业有内外双重动力推动产品向标准化方向发展。

  

  相关上市公司

  3.1星云股份:以锂电池检测系统为核心,延伸至整体解决方案

  星云股份是国内领先的锂电池检测系统服务商。星云股份高度融合锂电池检测、电力电子、自动化等行业技术,以高精度的锂电池检测系统为基础,辅以星云股份自主开发的MES系统,将锂电池组组装制造过程的电芯充放电、电芯分选、电池模组焊接、BMS检测、电池模组检测、电池组成品下线检测等工序设备,整合成锂电池组自动化组装生产线。公司抓住全球新能源汽车需求增长的良好机遇,开发出与新能源汽车动力锂电池检测相关的多项核心技术。目前主要产品包括: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和动力电池模组/电池组 EOL检测系统。

  目前,星云股份已经与国内外各领域主要的锂电池生产商建立长期合作关系,包括为时代新能源(CATL)、欣旺达、华通、微宏动力、新能德(NVT)、沃特玛、索尔新能源、飞毛腿(SCUD)、捷新动力(ATBS)、比亚迪(BYD)、青岛国轩、孚能、猛狮等企业提供锂电池检测系统及锂电池组装整体解决方案的服务。其中,国内龙头锂电池生产商CATL是公司的长期合作伙伴,连续多年是公司第一大客户,2015年、2016年营收贡献2971.29、4777.83万元,占比分别为21.04%,21.08%,同比增速达到60.79%,营收增速贡献12.76%。

  

  2016年营业总收入为226.61百万元,较2015年增长了60.48%。星云股份的营业总收入一直维持较高的增长率,2015年的增长率高达77.20%, 2012年至2016年的复合增长率达47.9%。营收中最主要的来源为锂电池自动化组装系统和锂电池检测系统。

  

  2017年上半年星云股份实现营业收入1.1亿元,同比增长35.8%,实现归母净利润2053万元,同比增长51.4%。

  

  锂电池组充放电检测系统的收入增长率在2013年及2014年远高于其他产品,达到了200%以上,2012年至2016年的复合增长率为66.1%。而在主营业务收入中一直占最大比例的锂电池组自动化组装设备也维持了较高的增长率,2016年的增长达149.58%,2012年至2016年的复合增长率为58.4%。由于只有一年而在图中没有显示的动力电池模组/电池组EOL检测系统和锂电池组BMS检测系统增长率分别为-2.88%和281.44%,由此可见锂电池组BMS检测系统虽然目前占据销售份额还较小,未来成长值得期待。2014年推出了锂电池组工况模拟检测系统,之后该产品占总收入比例不断上升,现占比达12.85%。之后公司在2015年推出了动力电池模组/电池组EOL检测系统及锂电池BMS检测系统。

  风险提示:星云股份核心客户扩产低于预期;竞争加剧导致公司主营PACK检测设备毛利率下降;研发进展低于预期。

  3.2先导智能(泰坦新动力):化成分容设备与生产物流自动化的领军者

  公司发展历程:珠海泰坦新动力电子有限公司是一家专业研发、制造能量回收型化成、分容、分选等锂电池后端生产线装备的专业厂家。多年来一直致力于能量回收技术及自动化控制技术的研究,是国内第一个把高频能量回收技术应用于电池生产和测试的企业,是目前国内外能量回收设备中能效最高的企业。公司前身是泰坦能源技术动力电池装备事业部,2013年实现电池化成分容,充放电设备的销售,2014年从集团剥离成立泰坦新动力电子有限公司,2015年合并集团自动化项目公司,开展全自动化生产线销售,2017年开展动力电池PACK业务,由先导智能公司完成收购。

  2016年1-10月实现营业收入1.45亿元,净利润0.46亿元,已经大幅超过2015年的全年水平,销售综合毛利率47.42%,销售净利率31.77%。根据公司的业绩承诺,预测公司2017-19年三年的扣非净利润分别为1.05亿元、1.25亿元和1.45亿元,净利润年均复合增速43%。

  

  数据来源:先导智能公司公告,广发证券发展研究中心 数据来源:先导智能公司公告,广发证券发展研究中心

  “能量回馈”技术突破,化成分容检测系统的龙头企业。泰坦独树一帜的“能量回馈”技术在电池放电过程中,利用双向能量通道将放电能量回馈电网,能量回馈峰值高达80%~90%,很好的解决模块散热问题,使电源模块体积更小,集成度更高,同时精度也得到了保证,且极大的节约了用电成本,相比传统化成分容系60%~80%。产品的优异性能使得标的公司的电池化成分容充放电电源模块在业界内具有较高的知名度和影响力。产品采用了自己独有的专利技术。在自动化厂房面积一定的条件下,相同的面积所放置同等功能的设备数量要比传统模式多 2-3 倍,大大地提高了厂房利用率。同时,能量回收型设备比传统化成分容设备节省 70%以上用电,节能效果显著。

  

  在化成分容设备领域,一线动力电池企业所采用的化成分容设备目前已达到全自动化生产,但是二三线动力电池企业仍然以人工分拣、装夹、采样的半自动化的生产方式为主,在市场供应量上,一线电池企业的占比达到60%。2016年10月,公司完成开发设计的动力电池产线合计80,000通道,其中非全自动产线61,500通道,全自动产线16,344通道,2014—2016年10月累计完成150,000通道,在行业中处于领先地位。

  集聚优质客户资源,并购助理渠道拓展:目前公司的主要客户有比亚迪股份有限公司、双登集团股份有限公司、 珠海银隆新能源有限公司、宁德时代新能源科技股份有限公司、骆驼集团新能源 电池有限公司和中航锂电(洛阳)有限公司等多家知名锂电池企业。随着先导智能对泰坦新动力的收购,预计未来可以和先导智能形成上下游的联动效应,进一步开拓优质客户资源。

  

  风险提示:先导收购后企业间整合进度低于预期;泰坦核心客户扩产低于预期。

  3.3 华自科技(精实机电):CATL化成分容检测设备供应商

  华自科技(300490)主营业务是水利水电自动化系统、变配电保护及自动化系统、水处理及其它工业自动化系统等的研发、制造、销售及设备安装和技术服务。此次拟收购标的公司精实机电的主营业务为锂电池自动化生产线后端设备的研发、生产和销售;标的公司格兰特以膜技术和污水深度处理技术为核心,将膜产品、膜工程及污水深度处理三方面技术有机结合,为水净化、污水处理及污水再生提供领先的综合产品及服务。华自科技通过本次交易,将进一步丰富和完善水处理及其他工业化系统领域的配套服务能力及整体解决方案能力。

  

  精实机电成立于2004年,是一家专业从事二次锂电测试自动化设备、智能物流系统集成的研发、制造、装配调试国家高新技术企业,在国内锂电测试市场拥有较高且稳定的市场份额。主营产品包括二次锂电池测试自动化成机、内阻电压(IR/OCV)测试分选配组机、高精度测试仪表、RGV/AGV等完整的物流装备线等。2017年8月31日,华自科技股份收购精实机电和格莱特公司的增发方案获发审委通过。

  2015年、2016年和2017Q1公司扣除非归母净利润分别为1,706.09万元、2,058.54万元和500.78万元。主营业务收入分别为1.11亿,1.22亿和0.26亿元,2016年上升10%,2017年公司的第一大客户CATL的扩产计划共计8GWh,其中包括溧阳5GWh+宁德本部3GWh,测算得到检测设备的投资需求为6.24亿元。在业绩承诺中,公司2017年营收预计达到1.79亿,同比增长45.83%。在公司收购方案公告中,公司预计精实机电2017-19年毛利率分别为35.55%、37.41和37.19%。

  

  主要客户:精实机电的锂电池设备已经成功应用到国内主要大型电池制造企业如宁德新能源科技有限公司(即ATL)、宁德时代新能源科技有限公司(即CATL)、比亚迪、力神、中航锂电、超威、鹏辉能源等。精实机电具有丰富的锂电池相关经

  验,在业内享有较高的声誉。2015 和 2016 年度,精实机电对时代新能源及其子公司的销售额占当年营业收入的比重分别为 57.60%和 25.49%,对宁德新能源的销售额占当年营业收入的比重分别为 19.81%和 22.41%。2017 年 1-3 月,精实机电对时代新能源及其子公司的销售额占比较高,达到 97.65%,华自科技公告称主要是由于精实机电当季度实现对其自动化系统销售所致,具有偶然性。

  

  精实机电掌握化成分容解决方案和内阻电压测试解决方案的行业核心技术。部分新型号产品化成分容精度可以达到0.02%,且所有的产品都已经实现量产。除此之外,公司也熟练掌握各项综合技术,如全自动真空插、拔钉技术,新型多点接触式大电流探针技术,夹具快速更换技术,自动PACK线装备技术并自主研发了检测软件系统。可以提供化成分容全自动化检测系统,实现后台数据实时监控、反馈和分析功能。

  四家行业内可比公司从收入上看,星云股份2016年营收2.27亿元,处于行业龙头地位, 另外三家公司紧随其后。从实现净利润来看,泰坦新动力2016年实现净利润5465万元,利润规模最大,这主要得益于泰坦高毛利的半自动化和全自动化检测产品。从盈利水平来看,泰坦和瑞能净利润率都在30%以上,显示了行业较高的技术壁垒和产品附加值。

  

  从2017年上半年实现收入规模来看,精实机电上半年营业收入为 9179万元(未经审计),已实现16年全年收入的75%,为可比公司中最高。

  从客户结构来看,4家公司2016年前5大客户占比大都在70%以上(先导同期为59%),是整个锂电设备线中客户集中度最高的环节之一。未来锂电池产业化集中趋势明显,下游大客户扩产将会给化成后端分容与检测环节上的企业带来较高的订单与业绩弹性。建议关注锂电后端生产环节产品布局齐全、客户结构优异的企业。

  

  风险提示:华自科技收购整合进度低于预期;精实机电核心客户扩产低于预期;客户集中度风险。

  投资建议:市场与政策的双重驱动,赋予了锂电产业更长的景气周期,锂电池设备行业高增长的持续性被加强。其中锂电池生产后端设备是整个锂电产线中客户集中度最高、渗透率最低的环节之一。一方面,未来锂电池企业集中化趋势明显,下游大客户扩产将会给后端设备环节上的企业带来高于行业的订单与业绩弹性。另一方面,离线选择性测试向在线必需性测试的转变则提升了后端设备的需求以及在整线中的占比。建议关注锂电后端生产环节产品布局齐全、客户结构优异的企业。后端锂电设备相关上市公司:华自科技星云股份先导智能

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