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(1)狹縫式擠壓涂布模頭結構
狹縫擠壓涂布模頭技術是一種先進的預計量涂布技術,能獲得較高精度的涂層,目前,鋰離子動力電池行業(yè)已經(jīng)普遍采用狹縫擠壓式涂布技術制造電池極片。(單層)狹縫式擠壓模頭由上模、下模以及安裝在上模和下模之間的墊片組成。涂布過程中,在壓力作用下,一定流量的漿料從擠壓頭上料口進入模頭內部型腔,并形成穩(wěn)定的壓力,涂液從上、下模之間的縫隙擠出,與移動的基材之間形成液珠并轉移到基材表面,形成濕膜。
(2)擠壓涂布模頭分類
涂布工藝是改變和完善材料表面特性的重要加工工藝,而隨著科學技術的不斷發(fā)展,涂布工藝更成為許多重要功能性材料研究開發(fā)過程中不可或缺的重要工藝技術手段。涂布模頭市場分類相對較多,可以按照模頭結構、功能、調節(jié)方式分類。
(3)發(fā)展歷程
作為鋰電涂布設備核心零部件的涂布模頭,國內市場早期主要被日本松下、日本三菱、美國 EDI等企業(yè)所占據(jù),國內涂布模頭企業(yè)參與較少,且市場份額較低,這也成為制約國產(chǎn)涂布設備成本下降的關鍵因素。隨著國家對鋰電新能源產(chǎn)業(yè)的重視度不斷提高,我國鋰電池產(chǎn)業(yè)也進入快速發(fā)展通道,帶動鋰電設備國產(chǎn)化程度不斷提升,國內設備廠家也開始將目光投向涂布模頭市場。
2015 年前后國內企業(yè)開始涉足鋰電涂布模頭市場。其中發(fā)行人作為行業(yè)的一匹黑馬,成長迅速,公司通過持續(xù)的研發(fā)投入,使得產(chǎn)品性能開始接近日美設備企業(yè)。再加上公司持續(xù)的技術投入及高效的售后服務,贏得了行業(yè)頭部客戶良好的口碑,發(fā)行人在鋰電涂布模頭新增市場的占有率不斷攀升,并成為國內主流電池企業(yè)最主要的狹縫式涂布模頭供應商,推動了整個模頭行業(yè)國產(chǎn)化替代的過程。
其后,在發(fā)行人的帶動下以及鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈降本壓力下,國內其他涂布模頭企業(yè)開始出現(xiàn),如上川精密、東莞松井等。作為國內模頭企業(yè)代表,根據(jù)GGII 調研數(shù)據(jù)顯示,2020 年曼恩斯特在國內鋰電涂布模頭行業(yè)中市場份額穩(wěn)居國內企業(yè)第一位。
(4)鋰電狹縫式涂布模頭市場規(guī)模
隨著國內新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,動力電池需求也快速增長,拉動國內涂布機及涂布模頭市場規(guī)模增加。據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)調研統(tǒng)計,2020 年中國鋰電涂布模頭市場規(guī)模同比增長 7.7%,為 7 億元。主要是受寧德時代、比亞迪、國軒高科、中創(chuàng)新航等國內主流動力電池企業(yè)擴產(chǎn)帶動。隨著2020-2023 年鋰電池進入新一輪擴產(chǎn)期,未來三年鋰電涂布模頭市場規(guī)模有望持續(xù) 10%以上速度增長。GGII 預測到 2025 年中國鋰電涂布模頭市場規(guī)模將達 14億元,2020-2025年 CAGR 為 14.87%。
2017-2025 年中國鋰電擠壓涂布模頭市場規(guī)模及預測(單位:億元)
數(shù)據(jù)來源:GGII,注:生產(chǎn)型涂布機及實驗型涂布機模頭均包含在內,同時考慮涂布模頭替代和修模。
(5)狹縫式涂布模頭競爭格局
受疫情影響,雖然 2020 年上半年鋰電池行業(yè)市場低迷,尤其是動力鋰電池裝機量同比出現(xiàn)大幅下滑。但進入 2020 年下半年后,新能源汽車市場開始強勢復蘇并實現(xiàn)增長,再加上其他下游應用終端延續(xù)上半年強勁的增長勢頭,使得市場對行業(yè)前景進一步看好。再加上習近平主席提出的我國碳達峰及碳中和遠期目標,使得整個新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的環(huán)境進一步向好。為滿足潛在快速增長的市場需求,國內鋰電池企業(yè)擴產(chǎn)力度加快,尤其是頭部鋰電池企業(yè)產(chǎn)能擴張速度遠超預期,這也帶動上游設備市場的增長,而與頭部鋰電池企業(yè)保持持續(xù)緊密合作的模頭企業(yè)也因此受益。
根據(jù) GGII 數(shù)據(jù),在鋰電涂布模頭領域,公司在 2020 年中國新增產(chǎn)品市場占有率排名行業(yè)第三(按品牌排名)。根據(jù)中國電池工業(yè)協(xié)會證明,發(fā)行人主導產(chǎn)品高精密狹縫式鋰電池極片涂布模頭 2019 年至 2021 年連續(xù)三年市場占有率為分別為 19%、21%和 26%,本土企業(yè)行業(yè)連續(xù)三年排名第一,且市場占有率連續(xù)增長。GGII 預計,隨著寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航等主流電池企業(yè)新一輪擴產(chǎn)潮來臨,作為寧德時代、比亞迪等最主要模頭供應商的發(fā)行人有望躍居中國鋰電涂布模頭市場第一的位置,進一步推動我國涂布模頭國產(chǎn)化進程。
(6)其他領域涂布模頭簡要情況
涂布技術為工業(yè)通用技術,狹縫式涂布屬于精密涂布技術,涂布模頭是狹縫式涂布最核心的部件,可應用于多個領域,如下圖所示:
從上圖可以看出,涂布模頭可以應用于多個領域,每個領域有一個或多個應用場景,不同領域的涂布模頭主要區(qū)別及技術壁壘在于:
①涂布技術需求的研究是涂布模頭跨領域應用首先要攻克的技術壁壘:涂布技術需求源自涂布產(chǎn)品技術規(guī)格,而涂布產(chǎn)品往往處于最終產(chǎn)品的中間環(huán)節(jié),
就如鋰離子電池領域,極片是電芯的中間態(tài),從鋰離子電芯發(fā)展歷程來看,極片技術規(guī)格經(jīng)歷相當長的迭代過程,而且目前還在持續(xù)變化中;而作為生產(chǎn)極片最重要的工具涂布模頭,同樣經(jīng)歷了長期的迭代過程,并也在持續(xù)變化中;在新的領域新的應用場景中,欲開發(fā)好一款涂布模頭,首先得深入研究該應用場景的涂布技術需求;技術需求研究的透徹與否、是否能持續(xù)跟進需求變化,直接決定涂布模頭應用推廣的好壞。
②不同領域不同應用場景,涂布模頭設計要求往往有各自獨特的地方,而這些獨特的地方,正是不同領域不同應用場景涂布模頭最大的區(qū)別;以鋰離子電池涂布、氫燃料電池電極涂布、鈣鈦礦太陽能電池涂布、液晶顯示中的薄膜晶體管涂布及半導體領域面板級扇出型封裝涂布為例:
從上表可以看出,不同領域不同應用場景涂布模頭設計需要考慮的因子有顯著區(qū)別,其設計出來的產(chǎn)品也會有顯著區(qū)別,這些區(qū)別會體現(xiàn)在系統(tǒng)上、結構上、材料上、機械精度上等;
③精度要求有差異:涂布模頭屬于超精密加工,其平面度、直線度、表面粗糙度及一些關鍵尺寸公差、形位公差有差異
根據(jù)上表,從機械精度來看,薄膜晶體管涂布、面板級扇出封裝涂布要高于鋰離子電池正負極極片涂布,氫燃料電池電極涂布和半導體領域面板級扇出型封裝涂布相當,鈣鈦礦太陽能電池和薄膜晶體管涂布相當。