受益于新能源汽车渗透率和电池制造技术的提升，我们预计锂电池设备的需求景气度将长期保持高位。在这份报告中，我们将重点关注可能超出预期的因素，包括新能源汽车渗透率的意外提升、钠离子储能电池需求的增加以及智能设备的提升。
摘要
超预期因素之一：新能源汽车渗透率超预期提升。此前预测，2021年中国新能源汽车销量约为220万辆，同比增长64.6%；从近期行业出货数据来看，我们预测2021年销量可能达到250-300万辆，渗透率达到12%左右，同比增长6ppt左右，有望带动动力锂电池出货超预期。CICC汽车集团预计，2025年中国新能源汽车渗透率将达到25%，年销量将超过700万辆。我们根据2025年全球新能源汽车的不同渗透率和单车充电能力进行计算，预测2021-2025年全球动力锂电池设备需求将实现25.8%~35.5%的复合增长。
超预期因素之二：钠离子电池可能派生新的需求？, 2020年7月28日，CATL(当代安普瑞斯科技有限公司)发布钠离子电池。单节电池能量密度高达160Wh/kg。室温充电15分钟后，功率可达80%以上，目前处于世界最高水平。它解决了过去钠离子电池能量密度的不足，将其应用场景扩展到新能源汽车领域，而不局限于储能领域。钠离子电池的生产工艺与锂电池相似，但该技术的推广可能会带来新的设备要求。
超预期因素之三：新技术新工艺的变化带来新的设备需求。新的电池材料和生产工艺可能带来新的设备要求，例如，正负极材料的变化带动了之前工艺的变化；卷叠工艺改进、切折一体化/切卷一体化技术等核心成形工艺驱动中间设备变革；CTP(Cell To PACK)将简化模块和组件的装配过程，带来全新的自动化装配方案。
随着超预期因素之四：智能化需求日益增长。,对电池生产效率要求的不断提高，涂层宽度、卷绕速度、充放电效率等指标都取得了显著进步；此外，机器视觉应用在生产过程中的比例增加，数字化率提高。特别是海外电池工厂对智能化水平的要求更高，这将进一步带动电池设备行业需求的增长
风险
下游需求低于预期。
正文
新能源车渗透率：超预期提升
未来五年全球锂电设备需求超过5,000亿元
根据我们在锂电设备市场规模较大，寡头竞争。,的测算，2021-2025年全球锂电池设备市场规模超过5000亿元，市场规模大，而优质设备产能稀缺。目前，主要锂电池设备制造商正面临严重的产能瓶颈。
新能源汽车渗透率仍在低位，中长期增长确定。's全球电动汽车行业渗透率仍然较低，长期增长空间仍然广阔。据Markline统计，2020年全球汽车电气化率仅为4.27%。中汽协预测，2021年中国新能源汽车销量约为220万辆，同比增长64.6%。根据CICC汽车集团预测，2025年全球新能源乘用车渗透率将达到21.28%，2030年将达到39.76%；2025年，我国新能源汽车渗透率有望达到25%，年销量将突破700万辆。2020-2025年，电动汽车行业年增长率将超过40%，成为未来几年快速增长的黄金赛道。
至于单车带电量提升，动力电池需求未来五年复合增长率有望超过50%。,的动力电池，随着单车耗电量的增加，动力电池的需求将继续高于新能源汽车的需求。我们预计2025年动力电池装机容量将超过1,430GWh，复合年增长率超过50%；其中，中国市场将达到428兆瓦时，海外市场将达到1052兆瓦时
根据我们之前的预测，2025年新能源汽车渗透率为20.6%，自行车充电容量为69Kwh时，2025年锂电池设备市场规模为1431亿元，对应2020-2025年CAGR的30.9%。由于新能源汽车行业的意外发展和技术进步，我们对2025年锂电池设备需求进行了敏感性分析。据我们测算，在新能源汽车渗透率为18.6%、单车电耗为65Kwh的情况下，锂电池设备需求为927亿元，对应5年CAGR 20.0%；敏感性分析：不同新能源汽车渗透率和单车带电量下锂电设备需求测算新能源汽车普及率为22.6%，自行车耗电量为73Kwh
根据上述分析，2021-2025年，全球新能源汽车动力锂电池设备的复合年需求增长率有望达到25.8%~35.5%，较高的置信区间为20.0%~39.6%。
锂电设备需求为1,973亿元，对应5年CAGR将达到39.6%。
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资料来源：万得资讯，公司公告，中金公司研究部
图表：敏感性分析：2020年-2025年锂电设备需求量年复合增速
资料来源：万得资讯，公司公告，中金公司研究部
钠离子电池或将超预期发展
钠离子电池存在超预期可能
钠离子电池(Sodium-ion battery)，是一种二次电池，主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作，与锂离子电池工作原理相似。
图表：钠离子电池工作原理
资料来源：Advanced Energy Materials，中金公司研究部
钠离子电池应用领域多为储能。钠电池没有过放电性质，允许放电至0伏，且成本较低，在寒冷条件下仍能正常运行，又由于其能量密度较锂电池更低，相同带电量的情况下钠电池较锂电池更重，不易携带，但是储能电池的理想材料，可在全球全气候条件下使用。
安全性：钠离子电池有更高的安全性。电池的过充电与过放电都会对锂电池正负极造成不可逆的损伤。钠离子没有过放电性质，可以将钠离子的电池放电到零伏而不受损伤。并且，钠电池还通过了过充、针刺、挤压等安全测试。
成本：钠电池和锂电池的原材料分别为钠元素和锂元素。钠元素产地遍布世界，且钠元素产量较高；锂元素产量较少，原料大多集中于美洲，有一定的运输成本。此外，钠离子电池正负极均为铝箔，成本低于锂电池负极的铜箔。因此，我们预计钠电池成本将比锂电池少30%到40%。
能量密度：钠电池的能量密度较低。锂电池主要由三元锂电池和磷酸铁锂电池构成。以国产特斯拉为例，Model 3的磷酸铁锂电池能量密度为125Wh/kg，三元锂145Wh/kg。据《Na-lon Batteries—Approaching oldand New Challenges》总结：18650型的钠离子电池能量密度约为90Wh/kg；而根据宁德时代所发布的钠离子电池，其能量密度可以达到160Wh/kg。
极限工况：在寒冷条件下，钠电池放电性好。温度较低时，锂离子电池放电特性变差；钠离子电池在低至-30℃、高至80℃的环境中，放电特性良好。
充电时间：钠离子充电时间较锂电池较短。
2021-2025年储能电池年复合增长率将达52.5%，钠离子电池可能带来更大增量。根据起点研究院的统计数据，2020年全球锂电池出货量为260GWh，同比+33.6%；其中，储能电池出货量为10GWh。起点研究院预计，2025年储能锂电池出货量将达到168GWh，年复合增长率将达到54.5%。而我们预计，钠离子电池的推广可能带来储能电池的超预期放量。
宁德时代将钠离子电池推向动力时代
2020年7月28日，宁德时代发布钠离子电池，使动力钠电池成为可能。宁德时代电芯单体能量密度高达160Wh/kg，常温下充电15分钟，电量可达到80%以上，目前处于全球最高水平，解决了以往钠离子电池的能量密度短板，使用场景扩展至新能源车领域，不再局限于储能领域。
钠离子电池在架构、封装工艺上与锂电池高度相似，锂电设备企业可在少量资本投入的情况下进行钠离子电池生产。所以，即使钠电池在未来替代部分锂电池，锂电设备企业的下游需求仍将维持高位，加之储能电池的高速增长，锂电设备或将超预期增长。
技术进步：新工艺带来新的设备要求
电池制作工艺流程分为前道、中道和后道。前道为极片制作，流程包括正极/负极匀浆、涂布、辊压、分切。前道技术核心为材料化学，生产流程中所使用的设备包括搅拌机、涂布机、辊压机、分切机。中道为电芯装配，流程包括制片、模切、卷绕/叠片。中道技术核心为自动化，生产流程中所使用的设备包括模切机、卷绕机/叠片机。后道为电池组装，流程为封装、注液、化成、分容等环节。后道技术核心为电化学，生产流程中所使用的设备包括注液机、封焊机、化成测试设备等。
图表：锂电池生产工艺流程设备
资料来源：万得资讯，公司公告，中金公司研究部
正负极材料变化带动前道工序变革
三元电池相对于磷酸铁锂电池对前段设备的性能，例如真空、除湿的要求更高。三元聚合物锂电池的正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂，主要来自于Ni2+/Ni4+氧化还原。对于镍基材料，颗粒表面会发生自发反应，Ni3+转变为Ni2+会释放O2-，当镍含量高的材料暴露在空气中时，更容易吸收空气中的二氧化碳和水，该过程会在颗粒表面形成Li2CO3和LiOH层。为使材料容量提高，Ni含量提升，从而PH值也越高，而Li2CO3和LiOH消耗了材料中的Li，并且不具备电化学活性，因此会造成容量衰减。且颗粒表面致密的Li2CO3层阻碍Li的扩散，影响电池性能。为满足真空、除湿等要求，新的设备需求增加，从而带动整体锂电设备市场空间的扩张。
三元材料将影响正极浆料制备。在高镍正极浆料制备过程中，PVDF溶解于NMP中，材料表面的碱性基团会攻击相邻的C-F、C-H键，使PVDF发生双分子消去反应，在分子链上形成一部分的碳碳双键。当PVDF内双键増加时，其粘结力也将増加，从而导致浆料粘度増加，甚至形成凝胶状态，影响涂布过程进行；另一方面，极片脆性也将增加，在辊压、分切等工艺流程中，易造成极片断裂。
三元材料使涂布面临更大的挑战。涂布生产的效率瓶颈本就在于烘干干燥，而三元电池对涂布过程中水分控制的要求更高。且如果水分与材料已经发生了反应，常规的干燥过程无法去除水分的影响。所以，为保证涂布过程湿度要求，材料的切换对风场、温度场和布局形式由更高的要求。
电池封装带动中道工序变革
锂电池封装类型分为方形、圆柱、软包三类。方形电池主要采用卷绕工艺，抗冲击力强、电池循环寿命长、容量大，外壳通常采用方形钢壳或铝壳；圆柱电池主要采用叠片工艺，一致性好、工艺成熟，外壳采用钢壳或铝壳；软包电池主要采用叠片工艺，能量密度高、安全性与散热性好、设计较为灵活，外包装多采用铝塑膜。其中，软包电池多用于消费锂电领域。
图表：不同类型锂电池包装差异对比
资料来源：汽车之家，中金公司研究部
方形电池主导市场。2020年方形电池市占率为80.8%，圆柱电池为9.7%，软包电池为9.5%。我们预计未来方形电池占比略有下降，而圆柱电池和软包电池占比逐步上升，平分方形电池外的剩余市场。
图表：2017年-2025年中国动力电池市场电池封装方式渗透率
资料来源：GGII，中金公司研究部
电芯封装方式渗透率变化将影响中道工序，叠片需求上升。卷绕工艺多用于方形电池和圆柱电池，而叠片工艺用于软包电池。随着未来软包电池在中国动力电池市场的渗透率上升，叠片设备的市场需求将有所上升。并且，方形叠片工艺正在进入市场。叠片对于电芯尺寸和性能有明显优势。一方面，叠片工艺可以使动力电池规则排布、有效利用空间；另一方面，根据我们调研信息，相同条件下，叠片工艺可以使电池能量密度提高5%，循环寿命提高10%，成本降低5%。此前方形叠片技术受制于生产效率、技术及投资门槛较高，未大规模应用于方形电池。但随着LG化学、三星SDI等国际电池头部企业开始布局叠片技术，叠片技术未来将应用于方形电池，从而带动叠片设备需求进一步上升。
新组装工艺带动后道工序变革
CTP或将改变后道工序，但仍需自动化锂电设备。CTP是指Cell To Pack，通过简化模组结构，使得电池包体积利用率提升15%-20%，零部件数量减少40%，生产效率提升50%。虽然制造过程由电芯-模组-PACK简化为电芯-PACK，但制作工艺仍需要采用机器人、机械手、输送线等多种自动化设备，实现单块电池到电池包的堆叠、焊装、测试，形成最终的电池包。以比亚迪刀片电池为例，虽然取消模组，但仍需要自动将组盘后电池通过滚筒线、提升机或堆垛机送入不同库位或设备，自动完成化成、充放电、分容、自放电等后端的工艺操作。所以，CTP技术可能使后道各工序的价值量发生改变，但对自动化锂电设备需求仍将维持高位。
图表：CTP方案图
资料来源：太平洋汽车网，中金公司研究部
PACK自动化率提升，后道工序设备升级。根据我们调研信息，行业PACK自动化率为5%-20%，自动化率较低。由于下游锂电需求剧增、劳动力供给不足、手动生产经济性下降、自动化经济型提升，PACK线自动化需求显著增长；往前看，PACK线将迎来新一轮的迭代需求，锂电设备企业需加大锂电设备投资。根据我们调研信息，目前行业领先企业自动化率可达80~90%。
设备升级：效率和智能化要求提升
设备效率提升和工艺改进带动更新替代
涂布速度提升，宽幅拓展。随着下游锂电需求量大幅提升，在保证涂布技术、张力技术、纠偏技术和干燥技术的前提下，对涂布效率的要求提升。提高涂布效率的主要手段包括提升涂布机运行速度和涂布宽度，根据我们调研信息，领先企业的涂布速度可达到120米/分钟，涂布宽幅最大为1600毫米。
卷绕机速率显著提升。动力电池大规模生产需求对卷绕机生产效率的提升提出高要求，PPM提升的直接影响因素是卷绕速度的提升和辅助时间的缩短，其中辅助时间的缩短可通过辅助动作时间并联完成，例如卷绕、卷芯下料和贴胶三个动作同时进行。根据我们调研信息，目前国内领先锂电卷绕设备企业卷绕速度可达500毫米/秒。
叠片设备顺应降本增效、高能量密度、高安全性趋势。叠片机主要分为Z字型叠片机、切叠一体机、热复合一体机、卷叠一体机，其中Z字型叠片机和切叠一体机均采用Z字型叠片工艺。目前叠片设备集中度低，未来主流叠片设备将是性价比高、高能量密度、高安全性设备。随着不断验证，叠片机将更新迭代，产生新的设备需求。
图表：叠片机主要有4种类型
资料来源：GGII，中金公司研究部
图表：热复合高速叠片机
资料来源：吉阳智能官网，中金公司研究部
图表：Z字型叠片和卷绕式叠片工序
资料来源：先导智能官网，中金公司研究部
智能化水平提升刺激设备需求
机器视觉应用比例增加，智能化水平提升。机器视觉在锂电生产流程应用渗透率上升。机器视觉通过瑕疵提取法、分类算法、焊点测算法等实现精准化检测。例如模切工艺中，上下两个相机以120-260片/分钟的速度，对极片的两面分别进行扫描拍照，并将结果反馈给打料机构进行调整，从而满足极片各类瑕疵、长宽等检测需求。使电池良率提升的同时，能够相应降低检测时使用的人力成本。 机器视觉的应用使单机设备价值量提升，带动设备需求增加。
海外动力锂电池装机量高双位数增长，高端自动化装备需求大。根据我们测算，2021-2025年海外市场动力锂电池装机复合增长率为64%，中国国内动力锂电池装机复合增长率为38%。由于海外装机需求量大、人工成本高、安全性要求高，对自动化需求高于国内，单GW投资更高，我们预计从而有望进一步刺激锂电设备需求增长。
投资建议：优选核心龙头，关注细分赛道
综合前文关于行业市场空间及竞争格局的分析，我们建议投资者重点关注以下三个方向：
1) 对于电池电芯良率影响关键的中后道制程设备厂商；
2) 关注目前自动化率仍低，当前需求增长加速的模派段自动化设备厂商；
3) 关注与电池装机量同步增长的结构件厂商等。
