材料生产环节作为“能耗大户”,优化设备、节能降耗迫在眉睫。
多家机构对国内设备市场规模发展持谨慎态度,认为近三年走势下滑。高工产业研究院(GGII)此前数据显示,2023年中国锂电生产设备(电芯产线)市场规模为900亿元,同比下滑10%,颓势或将延续至2025年,在2026再度进入增长。
锂电材料设备更是在退潮之下,不断暴露从前被高增速所掩盖的问题。
一是能耗问题突出。尤其在目前锂电市场全球化发展的大背景下,欧盟新电池法已于2023年8月正式生效,据此前规划,2028年2月将禁止超过碳足迹最高阈值的电池产品进入市场。
国家也从政策层面点出问题,工信部等七部门联合印发《推动工业领域设备更新实施方案》,提出推动工业领域设备更新,提升设备能效,促进工业绿色低碳发展。
材料生产环节作为“能耗大户”,在此窗口期企业开始重视ESG管理,尤其“零碳管理”,优化设备、节能降耗迫在眉睫。
二是锂电材料竞争愈演愈烈。企业为创造差异化竞争优势,优化材料设备也成为一种重要方式。
高压密铁锂、超高镍三元以及固态电解质粉体为代表的新材料起量,原有产线设备难以满足新工艺生产要求。
三是,材料制造走向极限。受产业整体增速放缓影响,材料企业持续内卷,追求更高的产线良率、降低单位产能成本,提高产品一致性。
尤其,近年来电池企业对铜锌金属污染指标要求愈发严苛。如果在正极材料中存在铁、铜、铬、镍、锌、银等金属杂质时,金属杂质易在电池充放电过程中形成枝晶,造成电池内部短路,严重的甚至引起爆炸。
国家《锂离子电池及其安全性能要求》(GB/T 31241-2014)规定,生产车间内空气中的铜、铁、锌、镉、镍、铅等重金属的质量浓度应小于0.5 µg/m3。而在产业追求极限制造的当下,对铜锌金属污染指标愈发严苛,供气管道提出≤0.1 µg/m³的要求。
需求端已经对材料设备提出更高性能、更高稼动率、极限制造等多维度要求,设备的低效、不稳定再难被容忍,大产能、数字化、节能降耗的要求提升,产线升级、改造需求爆发。
从企业动来看,2024年,产线改造带动的产能新旧更替确实在加速。在此过程中,对于锂电材料设备而言,考验的不仅是设备制造的硬实力,还有在浪潮中紧跟市场转型、向上发展的韧性。
广东中鹏新能科技有限公司(下称“中鹏新能”)专注于电池材料烧结系统解决方案,公司脱胎于深耕热工装备设计制造的广东中鹏热能科技有限公司(下称“中鹏科技”),2017年成立独立公司,穿越了房地产低潮,实现从房地产陶瓷领域到锂电池装备领域的成功跨界。
2024年,中鹏新能母公司中鹏科技披露公开转让说明书,拟申请公开发行股票并在北交所上市。公开转让书信息显示,2023年公司营收经营稳定,毛利持续提升,盈利能力持续增强。公司还被评为佛山市南海区制造业全国隐形冠军企业“国家级专精特新”“小巨人”企业。
中鹏新能作为中鹏科技专注电池材料领域主体,面对电池材料需求周期变化,有着自己的应对之策。
材料产线优化不进则退
目前,锂电粉体材料设备升级以两大导向为主,一是更新技术,二是更低成本。尤其对于电池材料企业而言,在需求小、毛利低的情况下,以降本为导向的产品单位盈利能力提升成核心竞争力。中鹏新能透露,经过优化改造的产线仅在能耗上节省的支出经过1年左右时间就能覆盖掉改造成本。在此行业整体升级时期,产线优化对于材料企业竞争已是不进则退。
电池材料窑炉相较于传统工业窑炉,在温度均匀性、气氛稳定性、控温精度等技术指标上有着更高要求,保证窑炉生产可靠性的同时实现大产能、降能耗考验着装备企业的工业设计能力。
在大产能方面,中鹏新能辊道窑炉膛设计包含8列2层,6列1层、2层、3层以及4列2层、3层、4层,公司“超大产能三元材料烧结节能装备”技术已做到行业领先,产品入选《国家工业节能技术装备推荐目录(2022)》。
另外,中鹏新能通过传动技术、热场智能控制技术、气氛(气密性)控制技术以及节能技术等创新,实现电池材料窑炉高效、稳定、节能降碳等全方位升级。
以中鹏新能气氛保护辊道窑炉产品为例,产品凝聚中鹏新一代高效强制冷却系统、窑炉本体余热回收系统、JCOS-中鹏组态系统、独特弹簧柔性传动系统+第四代传动异常精准监测系统四大关键技术,解决大产能窑炉温度均匀控制难、能耗污染处理难、生产管控,以及不可靠性等问题。
新一代高效强制冷却系统
受锂电材料工艺限制,窑炉气氛气体不可过多,导致换热、降温低效,冷却时间长。中鹏新能增进式循环冷却系统,实现炉内保护气体的循环重复利用,缩短了冷却段的长度,减少高价保护气体的使用量,同比降低产品出窑温度约50℃,降低整体的窑炉能耗。
窑炉本体余热回收系统
电池材料尤其负极材料烧失率大,加热时产生的热量随着排放物直接排放至空气中,能量损耗大且伴随污染。窑炉本体余热回收系统则可实现减少电加热元件的功率配置,减少废气体积,保证窑炉内的烧结温度,降低热量的损失,实现节能减排。
JCOS-中鹏组态系统
这套中鹏新能自主研发的数字化系统,具备空窑管理、智能生产、升降温计划、多屏数据同步窑内材料烧制追踪多功能模块,生产数据分布式存储,调取管理便捷,多协议数据对接,外部系统可快速接入。大幅提升窑炉生产管理的标准化水平,可实现一人管理多条窑炉设备,降低窑炉生产管理的人工成本。
独特弹簧柔性传动系统+第四代传动异常精准监测系统
相较于传动的斜齿传动,中鹏新能通过传动系统的优化有效避免炉内过载导致连续断棒情况,杜绝堵窑事故,助力产能扩大。同时,大幅度减少窑炉内匣钵走蛇形的倾向,提高设备稳定性,减少维护、延长设备使用寿命。
另外,物料烧结过程,中鹏新能配套的自动化匣钵搬运处理设备也可以提高生产效率及生产的稳定性。外循环线及前后端粉料处理设备实现全线自动化设计,稳定性高且维护简便。
电池材料窑炉工业设计“美学”
2016年以前,日韩企业也是国内电池材料设备市场中的主要角色。国内电池材料窑炉技术的进步,也与其他锂电装备一样,经历了吸收海外经验,再到快速赶超的过程,中鹏新能也是这条发展之路中的先行者。
过程中,中鹏在海外先进经验的基础上形成自身独到的发展观。结合电池材料行业现阶段高质量发展诉求,中鹏新能将节能降耗、数字化、产品工业设计优化作为三大核心竞争力,这也是中鹏新能所认为能够经受时间考验的窑炉工业设计“美学”。
数字化方面,中鹏新能向来紧跟前沿趋势,助力制造数字化转型。中鹏新能已经搭建独立数字化管理系统团队。中鹏云控系统根据工业窑炉的特点,采用标准化的工作流程、参数化配置方式,构建辊道窑仿真、监视、控制等功能模块,提升工作效率,降低劳动成本。
同时,中鹏在行业内率先推出机器人巡窑系统,使获得的工况数据更准确丰富,提高数字化、智能化水平。
工业设计优化方面,公开转让说明书信息显示,中鹏科技及子公司中鹏新能已取得141项专利,其中发明专利21项、实用新型专利110项、外观设计专利10项。而在中鹏新能的理念中,管理团队意识、注重工业细节是实现产品优化的关键。
尤其在铜锌金属污染这一关键指标上,中鹏新能首先在团队中树立铜锌含量零超标,全员认知风险。具体管控策略上,中鹏新能通过工艺策划、制定铜锌污染地图、生产工具管控、生产车间建设细节综合管控、复检安装管控、完工铜锌污染地图反向复检,从顶层设计规划到具体举措,落实对铜锌金属污染的管控。
中鹏新能根据铜污染地图对不锈钢及五金机电等关键原材料,采用多种手段相结合检验,如目视检查、磁铁吸附、铜显色、XRF仪器检测等,严格控制原材料入库铜锌含量超标,以此为参照在生产过程中检查对照生产材料漏检。
按照«中鹏质标信息系统»实时监控,查询质量检验进度;按铜锌污染地图实施查询生产材料是否有漏检铜含量零超标。对检测不合格的产品进行追溯和隔离处理,复查追溯不合格品流向,确保不合格品未流入成品仓库。
通过上述优化设计,中鹏新能也通过了材料企业在铜锌金属污染控制方面的严苛要求。公司在给宜宾锂宝新材料有限公司提供的装备第四期窑炉装备安装完成后,根据铜锌含量金属地图复查,铜锌含量零超标,获得客户的高度认可。
技术、产品矩阵、市场开拓并进
凭借独到理念、高质量产品力,多年深耕发展,中鹏新能产品已成功进入宁德时代、当升科技、长远锂科、杉杉股份、宜宾锂宝等企业供应链。
中鹏新能母公司中鹏科技已申请公开发行股票并在北交所上市,有利于中鹏科技进一步拓展融资渠道。中鹏新能也有望借由资本赋能进一步把握市场机遇。
面向未来锂电材料设备市场竞争,中鹏新能将以变应变。
一是技术持续进阶。结合公司在节能降耗、数字化技术以及工业设计优化的优势,公司已在锂电材料窑炉领域形成竞争壁垒。这也是未来材料企业考虑进一步降本增效、降本提质时的优先选择。
未来,公司还将持续加大在设备研发和生产方面的投入,引领全行业技术高水平发展,为锂电材料生产提供更加高效、可靠的生产解决方案。
二是以全产业链思路优化产品矩阵。中鹏新能现有辊道窑、循环线、箱式炉、回转窑产品,已覆盖三元材料、磷酸铁锂材料、负极材料领域,尤其在三元、负极领域,中鹏新能已实现较高市占。
同时,中鹏新能透露,在硅基负极、固态电解质为代表新材料领域,中鹏已形成订单,并且在回收领域持续拓展。
值得一提的是,中鹏新能对于备品备件国内设仓,针对从日本、德国、瑞士等进口高精度备品备件,保证产品供应能力。
三是以全球化眼光开拓市场。凭借此前母公司中鹏科技陶瓷工业领域超过15年的出海经验积累,中鹏新能已经获得海外包括复购的多个订单。在材料企业集体出海的背景下,公司也有望随产业同步出海,进一步开拓海外市场发展空间,并在国际市场上占据更为重要的地位。
而海外市场在技术专利上面临着更严苛的约束,中鹏新能已实现技术高度自主,形成自身自主研发体系。尤其在产品设计、原材料选型、制造安装、 设备调试、质量检测等重要工序,中鹏新能已落实获取专利工作,形成技术护城河,在专利层面规避出海风险。
面向未来更长远的发展,公司已在技术、产品矩阵、全球市场等方面为新阶段做好准备。在行业的周期变化,以不变的发展理念紧跟趋势,韧性发展。