锂电数字化迎来“黄金时代”

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锂电数字化迎来“黄金时代”

在锂电行业即将迈入TWh时代的当下,高效率、高品质的交付将成为锂电池企业的重要核心竞争力,而数字化和智能化则成为塑造这一核心竞争力的关键。

毋庸置疑的是,在新能源汽车迎来爆发的“拐点”以及“双碳”政策红利下,作为新能源汽车“心脏”的锂电池行业也迎来了数字化的“黄金时代”头部企业纷纷扩产建厂,数字化工厂建设已经成为企业的必然选择;愈发激烈的竞争环境下,锂电池的智能制造仅仅依靠自动化不再可行,行业呼唤数字化和智能化。


头部企业数字化探索

以数字化、网络化和智能化为核心特征的新一代信息技术正在改变着锂电池制造业

此前,5G产业时代曾推送了一篇《32亿元成立软件公司 宁德时代意欲何为?》的稿件,其中提到,作为市值超万亿元的动力电池企业,宁德时代数字化战略明显有提速的趋势,围绕着数字化战略,今年宁德时代的动作也不断。

今年2月,宁德时代、宁波问鼎、青岛上汽、珠海普曼物流、宁德交投、上汽恒旭共同出资设立福建时代闽东基金,该基金专项投资布局的领域就包括智能制造、信息技术、人工智能等;7月15日,宁德时代智能制造部与腾讯云签署了战略合作协议,打造体系化全流程AI生产力,推动产业智能化升级;8月30日,西门子中国董事长、总裁兼首席执行官肖松亲自带领管理团队专程前往福建与曾毓群进行了广泛而深入的交流,并对下一步的合作方向达成了共识;10月,宁德时代宁德工厂被世界经济论坛(WEF)评选为“灯塔工厂”,成为全球首个获此认可的电池工厂,宁德时代方面表示,将拓展灯塔工厂经验,建立起高效、可持续的全球制造网络;10月25日,宁德时代润智软件科技有限公司成立,经营范围包含:软件开发、软件销售、软件外包服务等。

除了宁德时代之外,比亚迪、天津力神、国轩高科等头部企业都在不断推进锂电池制造数字化。早在2016年,宇航股份就参与了比亚迪深圳、青海等多个动力电池生产基地的智能化生产建设。据悉,比亚迪成立了信息化委员会,制定了近期、中期和远期规划,提出信息化战略,针对不同业务场景,依托人、财、物、产品、客户和生态等载体,大力推进企业信息化建设。

在接受5G产业时代的采访时,天津力神工业工程部工艺经理陈英龙表示,力神的数字化在2018年就已经达到50%的程度,装配及pack线基本实现数字化。只有电极部分,目前还没有很好的在线检测方法和手段,而力神的装配数字化应该可以达到80%左右的水平,大到生产排产和生产节奏把控,小到卷绕张力控制,均能实现数字化。

而国轩高科在规划工艺流程和产线制造方面主要进行了四个方面的努力:1、工艺流程优化;2、产线自动化、数字化的提升;3、检测方式视觉化,引进先进的检测系统,使得检测信息可识别、可量化;4、研究液态电池的制造流程,挖掘更大的利润空间,识别制造过程中的盲点,更加精细化,追溯到每一块电池。

事实上,数字化和智能化带来价值已经在头部企业中显现。

入选省“未来工厂”试点建设的瑞浦能源,已经建立企业统一数据管理平台,打造了自动化和数字化智能工厂。目前,瑞浦能源生产效率提高22.3%,运营成本降低26.55%,产品制造周期从20天缩短为13天,实现了生产精益化、设备自动化、管理信息化和人员高效化。

宁德时代在三年内实现了在生产每组电池耗时1.7秒的速度下仅有十亿分之一的缺陷率,同时将劳动生产率提高了75%,将每年的能源消耗降低了10%;从2015年开始,国轩高科就有意识地提升自动化水平和生产效率,在产线中引入锂电池制造信息化系统,及时做好生产过程中信息的获取、传递与储存,将产品良率提高3%


当数字化成为“必选项”

在“30·60”双碳目标驱动下,中国正全面进入空间极其广阔的新能源大时代!当规模化和低碳化成为锂电池制造企业同时需要面对的问题,数字化就成为了“必选项”。

11月18日,工信部电子信息司对《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》(征求意见稿)和《锂离子电池行业规范公告管理办法(2021年本)》(征求意见稿)同时公开征求意见。管理办法指出,企业应采用技术先进、节能环保、安全稳定、智能化程度高的生产工艺和设备。企业应依据有关政策及标准,对锂离子电池产品开展编码并建立全生命周期溯源体系,鼓励企业应用主动溯源技术。

一方面是政策的引导,而另一方面,则来自市场的倒逼。

中国汽车工业协会发布的数据显示,今年1-11月份,新能源汽车市场累计销量达到299万辆,同比增长166.8%。中汽协最新预测,今年新能源汽车销量有望突破340万辆。

伴随新能源汽车销量大增,汽车动力电池和储能电池的需求也大幅增长,短期供不应求,长期需求明确,这成为了锂电行业进入景气周期的内在逻辑,而“扩产”则成为2021年锂电行业发展的最核心话题。

今年以来,包括宁德时代、比亚迪、中航锂电、亿纬锂能、国轩高科、孚能科技等动力电池企业规划的新增产能已超过1000GWh。以宁德时代为例,2021年,宁德时代发布多份锂电项目投建公告,项目涉及动力及储能电池、电池材料及回收业务,落地选址包括宜宾、肇庆、宜春、宜昌、贵州及厦门,总投资额不超过845亿元。

面对动辄几十GWh甚至上百GWh的需求,既考验设备服务商的标准化交付能力,还考验企业的工艺开发能力和规模化制造能力,这对锂电池智能制造提出了更高的要求。业内人士认为,在当前数智化已经成为头部企业共识的情况下,新建的工厂基本上都是数字化工厂。

此外,锂电池头部企业纷纷投资扩产,优质产能进一步向头部企业集中,马太效应在电池行业愈发明显,行业集中度提升,洗牌加剧,市场竞争愈发激烈。

数据显示,2021年1-11月,我国动力电池装车量累计128.3GWh,共计55家动力电池企业实现装车配套,较去年同期减少13家。排名前10家动力电池企业动力电池装车量为118.1GWh,占总装车量比92.0%。

在激烈的市场竞争下,电池厂商不仅需要持续提高产品质量和生产效率,更需要提高设备的柔性化、信息化和智能化水平,而不断缩短产品的开发时间和交付周期以适应瞬息万变的市场环境。

大东时代智库(TD)预测2022年锂电池设备投资将达到高峰期,而数字化投入则持续增加。到2022年,中国锂电池数字化需求规模将有望达到120亿元,到2025年,有望达到280亿元。


道阻且长

“如果要给你们的数字化水平打一个分数,满分是100分,你会如何打分?”

“我觉得的可能刚刚及格,60分。”

你们作为锂电池行业的头部企业也才只有60分吗?”

“是的,我们在行业里算是做得比较好的,其它的企业可能都还没及格。”

前段时间,5G产业时代与一位锂电池头部企业资深MES经理有过如上的对话,在数字化方面,头部企业尚且只达到及格的分数,更不用说其它企业。

此前,吉阳智能董事长阳如坤在接受5G产业时代采访时也提到,目前锂电行业数字化技术的成熟度只有不到20%,在阳如坤看来,造成锂电行业数字化技术的成熟度不高有两个主要问题,应用难点以及数智认知。

据悉,锂电池制造数字化牵涉的实际应用难点很多,当前主要有数据采集难度大、硬件兼容、数据有效利用等。

从数据采集方面来看,因为锂电池生产的数据具有数据量大、采集频率高、数据类型多、对象种类多、可靠性要求高、真实性要求高、安全性要求高等特点。因此对数据的采集挑战很大,且一旦数据出现差错,结果自然不准,不但起不到指导作用,还会误导。

从数据有效利用方面来看,即便数据真实,但不同的仿真模型和参数输入,得出结果也千差万别,无法落实到实际生产

在此前大东时代举办的峰会上,陈英龙也提到了数据的问题,他表示,需解决的痛点我们已找到,基于MES的数据收集信息化通道已经建立。但是我们还有如下疑问:还需要收集什么数据?数据收集的深度和广度?数据如何运用?

陈英龙表示,当前针对数据分析,有有三种方式,即:机理模型、经验模型和数据模型。但这三个模型都存在不足:工业机理模型在实际生产中常遇到非常严重的挑战:“过于理想化”;经验模型建立的过程依赖专家经验并受限于计算手段,稳定性与持续性存在不确定因素;数据模型结果往往可靠但是需要进一步分析。

上述龙头企业MES经理也提到的数据分析的问题,他指出,在锂电池的制造过程中,有很多突发和偶发的因素会影响到电池的安全性能,而这些突发和偶发的情况是很难固态化作为数据分析的依据,这导致,目前在数据分析上,还主要是人工分析。

当前,以宁德时代、蜂巢能源等为代表的锂电池企业都在探索AI、大数据、云计算等技术在锂电池制造中的应用,以进一步提升锂电池制造的智能化。

值得一提的是,TD通过梳理头部企业的数字化服务商发现,目前锂电池行业头部企业的数字化服务商主要还是外资企业,尽管当前,以先导智能、利元亨、宇航股份等为代表的锂电设备企业和MES企业已经在这一领域有所布局。

还是以宁德时代为例,目前宁德时代的数字化服务商主要包括了SAP、施耐德电气、西门子、英特尔、腾讯云等,那么问题来了,在锂电池领域,国内数字化服务商的机会到底在哪?

有业内人士表示,目前国内的数字化企业,不论是实施还是服务都要优于国外,而国外只是起步稍早,展示的技术会炫一些,但真正的落地还是要靠国内的企业,不过国内的服务商太多,良莠不齐,不好区分;此外,如果能利用好大数据,真正的起到高层决策辅助作用,这或许是国内企业的机会。

正如上述业内人士所言,目前国内的数字化服务商在实施方面具备本土化的优势,事实上,很多国外企业承接的数字化项目就是经由国内的团队实施落地,国内企业在项目上积累的经验无疑会成为突围的“利器”,但同时也应该意识到在底层技术上的差距。

虽然“道阻且长”,但一步步大放异彩的中国锂电池企业,在这个大时代中无疑已经成为“主角”,而锂电池行业的数字化变革,将助推中国走向碳中和的星辰大海。

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