叠片/卷绕是锂电池生产的重要工序，对电池性能影响极大。锂电池封装分为软包、圆柱和方形，叠片适用于软包和方形电池，卷绕适用于圆柱和方形电池，卷绕/叠片是锂电池生产中段的核心环节，在分切、模切、极组成型等方面均存在较大差异，其中叠片电池的裁切次数更多，对五金模具的需求量更高。
　　叠片电池生产效率短板持续改善，性能更优异。叠片机早期生产效率极低，但通过提升叠片速度、极片面积、极片面密度等方式，单机产能提升约60倍。叠片电池的性能更优异：1）相同尺寸下，叠片电池极耳数量是卷绕的两倍，内阻更小；2）电池包空间利用率更优，相同尺寸的麒麟电池空间利用率低于刀片电池；3）结构稳定性、循环寿命、安全性能、快充性能更优异。
　　刀片化、快充化带动叠片渗透率提升：主流叠片机有z型叠片机、切叠一体机、热复合叠片机、卷叠一体机等。Z叠存在效率低、隔膜变形等问题，卷叠一体机存在专利壁垒，国内主流发展方向是切叠一体机和热复合叠片机。22H1全球动力电池装机量前十的企业中仅3家（宁德、松下、SDI ）依然坚守卷绕，其余7家均布局叠片：1）LG、SK坚守软包叠片；2）比亚迪、蜂巢能源、中创新航one stop电芯、国轩高科UC电芯均为刀片+叠片方案；3）欣旺达4C超充电芯采用叠片方案。
　　投资建议：叠片渗透率持续提升，对裁切模具的需求量更大，建议关注德新科技；
　　风险提示：新能车销量不及预期，新车上市进程不及预期，原材料上涨过快削弱企业盈利，行业扩产过快加剧行业竞争，地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链，安全事故影响企业产销，新技术落地不及预期

研究报告全文：wwwhczqcom前瞻新技术之五既生叠何生卷首席分析师黄麟联系人苏千叶邮箱huanglin1hcyjscom邮箱suqianyehcyjscom执业编号S03605220800012022-12-292021华创版权所有前瞻新技术之五既生叠何生卷摘要叠片卷绕是锂电池生产的重要工序对电池性能影响极大锂电池封装分为软包圆柱和方形叠片适用于软包和方形电池卷绕适用于圆柱和方形电池卷绕叠片是锂电池生产中段的核心环节在分切模切极组成型等方面均存在较大差异其中叠片电池的裁切次数更多对五金模具的需求量更高叠片电池生产效率短板持续改善性能更优异叠片机早期生产效率极低但通过提升叠片速度极片面积极片面密度等方式单机产能提升约60倍叠片电池的性能更优异1相同尺寸下叠片电池极耳数量是卷绕的两倍内阻更小2电池包空间利用率更优相同尺寸的麒麟电池空间利用率低于刀片电池3结构稳定性循环寿命安全性能快充性能更优异刀片化快充化带动叠片渗透率提升主流叠片机有z型叠片机切叠一体机热复合叠片机卷叠一体机等Z叠存在效率低隔膜变形等问题卷叠一体机存在专利壁垒国内主流发展方向是切叠一体机和热复合叠片机22H1全球动力电池装机量前十的企业中仅3家宁德松下SDI依然坚守卷绕其余7家均布局叠片1LGSK坚守软包叠片2比亚迪蜂巢能源中创新航onestop电芯国轩高科UC电芯均为刀片叠片方案3欣旺达4C超充电芯采用叠片方案投资建议叠片渗透率持续提升对裁切模具的需求量更大建议关注德新科技风险提示新能车销量不及预期新车上市进程不及预期原材料上涨过快削弱企业盈利行业扩产过快加剧行业竞争地缘政治贸易摩擦阻碍海外供应链安全事故影响企业产销新技术落地不及预期此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分2目录01卷绕叠片简介锂电池封装分类锂电池生产环节工艺差异02叠片效率持续提升性能更优异02叠片渗透率有望持续提升03市场空间与投资建议锂电池封装分类圆柱电池仅用卷绕软包电池仅用叠片方形电池是两种工艺的重叠领域锂电池封装方式可以分为方形圆柱以及软包根据GGII数据截至2022年第三季度方形动力电池装机量约15647GWh同比增长125软包动力电池装机量约932GWh同比增长47圆柱形动力电池装机量约599GWh同比下降10方形电池可塑性较强成组效率高是目前主流整车厂商的首选但行业内生产工艺不统一单体差异性较大方形电池可同时应用卷绕叠片两种工艺进行生产圆柱电池生产工艺最成熟一致性较高市场上主流型号包括18652170和4680圆柱电池容量较低结构件等分摊成本高电芯数量远高于方形和软包电池系统集成难度大仅能通过卷绕工艺进行生产软包电池在同容量下重量最轻定制化程度高界面均一性好快充性能好但铝塑膜依赖进口生产成本高行业内的生产标准并未统一电池一致性较差主流软包电池采用叠片工艺电池性能对比项目软包电池方形电池圆柱电池壳体铝塑膜钢壳或铝壳钢壳或铝壳制造工艺叠片卷绕叠片卷绕能量密度高中中成组效率中高中安全性好差中生产效率低中高标准化程度低低高一致性高低低充放电倍率高中低代表车型日产Leaf宝马i3特斯拉Model3优势能量密度高安全性能好重量轻外形及定制设计灵活对电芯保护作用强成组效率高生产工艺成熟电池包成本低一致性高劣势成本高一致性差制造工艺要求高整体重量轻一致性差型号多整体重量重成组效率低能量密度相对较低资料来源孚能科技招股说明书华创证券此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分4锂电池生产环节介绍---叠片卷绕是中段流程的重要环节锂电池生产的中段设备价值量占比30-35其中叠片卷绕机占中段设备价值量70锂电池的生产共分为四大工序分别对应极片生产电芯组装电芯激活检测和电池封装极片生产是锂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主要分为浆料搅拌极片涂布极片辊压极片分切四个步骤在极片分切后会根据电芯的要求分别采取制片或模切工艺将窄极片制成适合卷绕或叠片的第一工序段半成品电芯组装是锂电池生产的中段环节对精度效率一致性要求较高主要包含电芯卷绕或叠片电芯预封装以及电芯注液三个步骤卷绕是将极片卷成极组叠片是将极片叠成极组根据GGII测算中段环节的设备采购金额占全流程设备总价值的30-35其中卷绕机叠片机的采购金额约占中段环节的70是最核心的生产设备电芯激活检测封装是锂电池生产的后段环节化成和分容是其中最重要的部分化成是对注液封装后的电芯充电进行活化分容是在电池活化后测试电池容量及其他电性能参数并进行分级锂电池生产流程圆柱电池方形电池软包电池此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分资料来源赢合科技招股说明书华创证券5资料来源新出行-电动汽车观察家陈岳松卷绕VS叠片---工艺差异卷绕是通过控制极片的速度张力尺寸偏差等要素将正负极片隔膜胶带等原料分条后按尺寸卷成极芯卷绕要求极片隔膜在卷的过程中始终保持齐整因此对纠偏技术要求较高行业通常要求卷后正负极片和隔膜的上下偏差均小于05mm国内领先企业的圆柱电芯卷绕速度能达到18ms方形卷绕由于要保持线速度稳定因此变角速度较慢目前国内领先企业的生产速度约为08ms通过卷绕工艺制成的圆柱形或方形半成品最终会被放入对应的钢壳铝壳形成不同形态的电芯目前4680大圆柱电池采用卷绕工艺进行标准化生产被特斯拉宝马等主流整车厂商大力推广叠片是先根据电芯的层数要求确定极片数量然后将正负极片裁切成相同大小后间隔堆叠到隔膜上通过叠片工艺制成的软包或方形半成品最终会被放入铝塑膜或钢壳铝壳制成软包或方形电芯方形电池可通过叠片工艺向长刀短刀电池发展且目前已被比亚迪蜂巢能源等公司应用主流软包电池通过叠片工艺生产叠片电池能量密度更高内部结构更稳定寿命长的同时安全性更好但目前叠片设备的生产效率较低设备投资成本更大且产成品良率不如卷绕国内企业目前大多采用中小尺寸卷绕机叠片机的比例还不高卷绕工艺示意图叠片工艺示意图资料来源极简主义怪bilibili资料来源工控--HBbilibili此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分6卷绕VS叠片---工艺差异---分切与模切卷绕和叠片的模切方式产品物料极耳间距冲切定位方式等存在差异性卷绕叠片模切方式双边五金激光模切模切方式单边五金激光模切物料差异下料时为卷绕物料差异下料时为片状极耳间距间距不等内圈小外圈大极耳间距等间距冲切定位有Mark孔定位检测到时进行切断冲切定位按片数计数卷绕工艺示意图叠片工艺示意视频卷上料定位不等间距abcd卷下料卷上料等间距abcd片下料Mark下料为下料为卷装片状资料来源锂电联盟会长华创证券资料来源锂电联盟会长华创证券此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分7卷绕VS叠片---工艺差异---分切与模切卷绕和叠片在极片连续性控制方式裁断次数等存在差异性卷绕叠片正负极极片连续正负极极片不连续呈现片状控制方式控制极片的长度控制方式控制叠片数量裁断次数仅需对每片极片进行一次截断极片数量少质量可控裁断次数多次裁断形成成百上千的小极片工艺控制难度大且易产生粉尘毛刺等问题裁切工艺分条圆刀极耳成型分条极耳成V角裁断工艺类型料区型裁切切片五金激光卷绕正极-铝圆刀日韩无无卷绕负极-铜圆刀激光无无分条圆刀叠片正极-铝圆刀五金激光五金五金极片分条模具极耳成型叠片负极-铜圆刀五金激光五金激光五金资料来源super锂电池华创证券资料来源王老板的十二橙子bilibili资料来源王老板的十二橙子bilibili此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分8卷绕VS叠片---工艺差异---五金模切VS激光密切五金模切仍是当下最主流的裁断切片方式五金模切VS激光模切极片裁切边缘的质量对电池性能和品质具有重要的影响项目五金模切激光模切毛刺和杂质原理使用五金刀具物理裁切使用激光将极片融化切割分离会造成电池内短路引起自放电甚至热失控小大尺寸精度差对涂覆区的影响物理形状加工主要是掉粉风会有热影响区金属烟遗留问题正极铝险的熔点低会放大缺点无法保证负极完全包裹正极或者隔膜完全隔离正负极极片引起电池安全问题材料热损伤涂层脱落等较差极片尺寸精度较好边缘有熔珠会造成电池内短路引起自放电甚至热失控一致性主要是毛刺风险极片在运动过程中会产生漂移切边不平整现象会影响切片精度引起极片充放电过程的不均匀性采购成本较低较高高五金模具受益于叠片技术发展维护成本几乎无定期更换刀具模具定期更换制片效率制片效率低制片效率高模切模具每3个月更换一次模具在使用过程中可能会出现疲劳卷刃需要磨刀较差刃磨了十次就要更换材料兼容性好激光对不同材料热影响未充分验证模具要求更高尺寸变化需重新更换刀具及吃拉线调整调整激光头位置叠片对毛刺要求更高消费电子是5微米左右动力电是1015微米左右刀间隙切割厚度兼容性大小数据来源super锂电池华创证券研究所此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分9卷绕VS叠片---工艺差异---极组成型卷绕和叠片在极组成型上存在工艺差异4680圆柱电池卷绕过程方形电池卷绕过程卷绕单卷轴方式中间空心卷绕双卷轴速度慢于单卷轴全极耳采用高速气体吹折弯极耳极耳极耳平齐特斯拉4680圆柱电芯卷绕方形电芯卷绕资料来源极简主义怪bilibili资料来源亿鑫丰锂电池设备销售此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分10目录01卷绕叠片简介02叠片效率持续提升性能更优异效率对比性能对比02叠片渗透率有望持续提升03市场空间与投资建议卷绕VS叠片---效率差异生产效率与成本是叠片技术路线的核心瓶颈目前单台叠片机卷绕机均无法满足产线需求均采用多台设备并行方案成本及生产效率卷绕机当前主流卷绕机单台300400万单线10台卷绕机价值量30004000万叠片机当前普通叠片机单台600万单线10台叠片机价值量6000万叠片机产能快速速提升通过提升1叠片速度2极片面积3极片面密度等叠片机年化产能估算叠片机产能变化一代刀片商用车刀VDA06s一代刀片一代刀片一代刀片一代刀片二代刀片0125s片01s片03s片02s片015s片01s片01s片片片叠片速度s片0603020150125010101正极片面容量mAhmm2双面00490049004900490049004900620062单片正极极片面积mm2单面12816721207212072120721207212083076102690稼动率6570707070707070年产能Gwh003033045061073091131162资料来源华创证券测算此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分12资料来源华创证券测算卷绕VS叠片---性能差异---叠片变长卷绕变厚发展趋势不同叠片的发展趋势是变长卷绕的发展趋势是变厚BYD一代刀片电池叠片发展趋势变长长度5001200mm厚度1330mm受制于叠片层数及极组数量泄压阀从z向挪至xy向资料来源壹致锂电卷绕发展趋势变厚长度100300mm受制于卷针及卷绕机卷绕-厚度发展方向厚度20100mm泄压阀基本在z向叠片-长度发展方向厚度叠片电芯长度宽度厚度MEB电芯51010012onestop59390265蜂巢短刀575120225BYD一代刀片94590135BYD二代刀片945102135BYD商用车刀片520215175资料来源华创证券资料来源汽车电子设计Super锂电池此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分13卷绕VS叠片---性能差异---极耳数量与内阻卷绕和叠片在极耳数量和电芯内阻方面存在差异叠片电池理论分析相同尺寸下叠片极耳数量是卷绕的两倍内阻更小方形卷绕电池一般有多个极组假设电芯宽度为L则卷绕电池每2L出一个负极极耳叠片电池每L出一个负极极耳L每L出一个极耳VDA方形卷绕电池负极中间无负极极耳负极极耳极耳电芯宽度方向L电芯宽度方向LL每2L出一个极耳资料来源华创证券此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分14卷绕VS叠片---性能差异---极耳数量与内阻叠片极耳数量更多带来更小的内阻但前提条件是相同尺寸下不同电池的尺寸差异较大而电芯尺寸对内阻影响极大采用叠片工艺的刀片电池长度达965mm电流传递路径显著大于普通方形卷绕电池内阻也显著高于普通方形铝壳电池CATL120Ah卷绕电芯参数BYD刀片电芯长度965mmCATL卷绕电芯长度148300mmm138Ah叠片电池内阻18m120Ah卷绕电池内阻03m138Ah电芯内阻更高BYD138Ah叠片电芯参数VDA方形卷绕电池数据来源壹致锂电数据来源九零创锂电池工厂此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分15卷绕VS叠片---性能差异---电芯体积利用率实测177Ah卷绕电芯和138Ah叠片电芯内部空间利用率基本一致电芯内部空间利用率对比卷绕与叠片未出现显著差异方形铝壳与刀片电芯内部空间利用率接近圆柱电芯内部空间利用率最高卷绕与叠片的空间利用率并未出现显著差异电芯内部空间利用率电芯内部空间利用率XYZ利用率电芯高度177Ah方铝980946932864103mm135Ah刀片94196894486090mm理论分析因为卷绕R角处存在空间浪费导致利用率低468093495088780mm但实测刀片与方铝电芯内部空间利用率基本一致备注以隔膜为计算边界资料来源华创证券测算资料来源双翌视觉此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分16卷绕VS叠片---性能差异---电池包体积利用率采用叠片工艺的比亚迪汉EV电池包空间利用率最高达到62优于方形铝壳电池及圆柱电池已量产电池包空间实测利用率利用pack尺寸电芯尺寸各向电芯个数各向空间利用率率XYZXYZXYZXYZ大众ID6MEB-宁德157513001422203321016632184827249848kwh上汽魔方-矮16901300110168117245796290798359包-77kwh上汽魔方-中16901300125168117252196290798359包-90kwh比亚迪汉EV-22251132110135945901501191838262648kwh蔚来100kwh1730136014025067112616187798055-CTP10箱体电芯电芯利用XYZ体积体积个数率特斯拉00241960146512034544163121700-23784kwh备注从外框开始计算未包含前舱电气件空间数据来源华创证券测算此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分数据来源华创证券测算17卷绕VS叠片---性能差异---电池包体积利用率刀片电池体积利用率已经接近天花板相同尺寸下麒麟电池的空间利用率难以超越刀片电池刀片电池与麒麟电池的差异性包括水冷板位置刀片在Z向麒麟在X向X向差异麒麟有水冷板刀片无水冷板假设麒麟水冷板厚度3mm总共1531片则麒麟X向尺寸多出4593mm极柱位置刀片在Y向麒麟在Z向Y向差异刀片有极柱及CCS组件两侧各7mm则刀片Y向尺寸多出15mm排烟通道刀片在Y向麒麟在Z向Z向差异麒麟无水冷板有极柱及CCS组件排烟通道假设刀片水冷板7mm麒麟极柱及CCS7mm不考虑排烟通道时z向利用率相同麒麟电池渲染图刀片电池渲染图各向利用率X刀片麒麟Y刀片麒麟Z刀片麒麟x相同尺寸的空间利用率麒麟难以超越刀片电芯的层叠方向Y叠片搭配刀片电池是体积利用率的天花板资料来源CTL宁德时代资料来源CTL宁德时代此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分18卷绕VS叠片---性能差异---结构稳定性叠片结构有更好的稳定性提高了电芯的安全性结构稳定性会影响安全性能循环寿命等变形风险方形电芯的卷针曲线是一阶导数连续的封闭曲线压扁后极片隔膜没有间隙但在电池的充放电过程中R角与中心位置的界面不一致使得不同位置的膨胀收缩不一致最终导致界面变形影响循环寿命安全性能等析锂风险卷绕电池R角处受力不均匀电流分布不均匀电解液受到膨胀力挤压而分布不均匀等问题特别是在超级快充的使用过程中R角处的析锂风险更高叠片电池每层膨胀力相近界面一致性好内部结构稳定卷绕电芯CT扫描图叠片电芯CT扫描图卷绕电芯R角处嵌锂不充分寿命初始寿命末期R角处界面与出现S形中心位置R角处嵌锂不充分界面稳定性好叠片工艺电池中心不一致变形未出现析锂导致界面析锂资料来源电动邦资料来源电动邦资料来源锂想生活华创证券此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分19卷绕VS叠片---综合对比卷绕VS叠片优缺点对比性能除一致性外叠片基本优于卷绕叠片不存在R角问题微观层面上材料界面均一性极组稳定性等全面优于卷绕但是由于极片数量繁多工艺控制难度大且易产生粉尘毛刺等问题一致性较差工艺卷绕优于叠片但两者差距显著缩小卷绕工艺正负极片是连续的叠片工艺正负极片则是片状卷绕电池通常仅需对每片极片进行一次截断极片数量少质量可控而叠片电池则需要对极片进行数次截断形成成百上千的小极片工艺控制难度大生产成本和生产效率低下卷绕叠片低高内阻相同尺寸容量条件下相同尺寸容量条件下低高放电平台内阻高极化大部分电压被消耗于电池内部极化因而放电平台略低内阻较低极化较小放电平台会更接近材料的自身放电平台差好界面均一性R角处应力集中更容易发生结构破坏及析锂生产过程对张力控制要求高极片之间的受力区域相同没有明显的应力集中点对生产过程张力控制要求低差优倍率性能单一极耳导致内阻高存在R角易导致析锂叠片式工艺相当于多极片并联起来更容易在短时间内完成大电流的放电差由于内部结构不均一充放电时电芯内部反应程度速率不均故关于较厚的卷优结构稳定性绕电池而言大倍率充放电后或者循环多次后有变形的可能内部结构统一反应速率相对一致即使厚电芯也不容易变形差内部界面不均一结构稳定性差散热效果差容易造成内部聚集高温长期使优循环寿命用造成锂离子脱嵌的阻力引起容量衰减同等设计条件下叠片电池的循环寿命高于卷绕电池10左右电池形状形状单一只能做成长方体电池可做成异形但市场对异型电池的需求量小分切方便合格率高分切繁琐合格率低分切正负极各一次分切难度小且出现不良品概率低每个电池有几十个小片每个小片有四个切面切片工艺又是易出现不良的冲切极片弹性有一定弹性以防止弯折处断裂掉料可以没有弹性焊接每个电池只要点焊两处容易控制所有极片都要点焊到一个焊点难以操作且容易虚焊生产控制相对简单一个电池两个极片便于控制控制较繁琐每个电池有几十个极片检测转运统计等都是难点设备效率高低散热仅限于轴向散热效果较差四面散热效果好于卷绕一致性好差复杂的工艺环节难以获得良好的一致性此页包含机密资料其全部或任何部分不可被复制或再发送本页不构成对任何产品的要约出售购买招揽或建议关于免责声明全文详见本PPT最后部分20资料来源瑞逍科技公众号旋力电子公众号华创证券