机械行业一周解一惑系列：涂布机及涂布模头应用场景及市场空间展望

本周关注：华工科技、卓然股份、华中数控、瑞晨环保 本周核心观点：继续关注央国企“中特估”与数字经济，同时关注一季度业绩超预期的个股和板块。 涂布机为涂布工艺核心设备，应用场景广泛。涂布工艺是一种基于对流体物性的研究，将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材通常为柔性的薄膜或者衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。涂布机作为涂布工艺中不可或缺设备，随着下游行业技术不断进步，市场对涂布机的高速度、高均匀度、高稳定性、高生产效率、智能化要求不断提升，国内涂布机企业需要尽快提升技术工艺，攻克高精密涂布机领域，并与国际技术慢慢接轨，扩大国内涂布机行业在高端市场的占有率；涂布模头可应用于多个领域，每个领域有一个或多个应用场景，如锂离子电池、太阳能电池、燃料电池、PCB、半导体、显示等领域。 涂布模头国产化率较低，具备较大进口替代空间。我国锂电设备行业起步较晚，但随着我国新能源汽车产业发展迅猛，企业不断加大对锂电池与锂电设备的研发力度，逐步突破了锂电设备技术瓶颈，部分国产设备在生产效率、精准度方面已逐渐接近甚至于超过国际厂商，同时企业不断扩大供给能力，且国产锂电设备价格更便宜，能有效助力电池企业实现降本，多重优势下，锂电设备行业逐步实现了国产替代，2021年我国锂电设备如涂布设备、卷绕设备、分模切设备等设备国产化率更是达到了90%以上；国内锂电设备厂商的涂布机模头大多依赖进口，作为涂布机的关键零部件，模头对于涂布的效率和质量影响重大。国内锂电设备厂商生产涂布机所用模头主要依赖进口，涂布模头国产率较低，模头市场具备较广阔进口替代空间。 受益下游行业持续景气，涂布设备有望持续增长。锂电市场：受益于下游产业扩张、设备自动化率和国产化率提升等利好因素，锂电设备市场规模持续增长。根据GGII统计，2020锂电池设备市场规模达286.8亿元，预计2025年达520亿元。GGII调研统计，随着2020-2023年锂电池进入新一轮扩产期，预计2025年中国锂电涂布模头市场规模将达14亿元，2020-2025年CAGR为14.87%；钙钛矿市场：钙钛矿作为新一代太阳能电池技术，商业化前景广阔。根据国际市场调研机构Precedence Research的报告显示，2021年全球钙钛矿太阳能电池市场约为0.6亿美元，到2030年这一数字将跃升至72亿美元，年复合增长率31.8%；氢燃料电池(膜电极)市场：随着氢燃料电池产业发展，其上游零部件膜电极市场需求随之增长，预计2021-2025年我国氢燃料电池车用膜电极的年新增市场需求的CAGR为83%。2025/2030年前我国膜电极新增市场37/173亿元；PCB挠性覆铜板市场：随着我国迈入5G时代，消费电子面临新一轮发展，使得挠性覆铜板的产量稳定增长，生产规模不断扩大，预计我国挠性覆铜板的市场规模将呈现增长趋势，到2026年将达到约44亿元。 投资建议：综合考虑涂布机及涂布模头在新应用领域的技术发展与市场拓展情况，建议关注国内布局涂布模头的相关企业：德沪涂膜（未上市）、曼恩斯特（未上市）。 风险提示：1）下游行业景气度不及预期；2）行业竞争加剧；3）新应用领域拓展不及预期。 1涂布工艺应用广泛，涂布模头技术难度高 1.1涂布工艺是什么？ 涂布工艺是一种基于对流体物性的研究，将一层或者多层液体涂覆在一种基材上的工艺，基材通常为柔性的薄膜或者衬纸，然后涂覆的液体涂层经过烘箱干燥或者固化方式使之形成一层具有特殊功能的膜层。 图1：涂布机设备主要构件 涂布过程一般包括：开卷→接片→拉片→张力控制→涂布→干燥→纠偏→张力控制→纠偏→收卷等过程。涂布工艺复杂，同时影响涂布效果的因素也较多，比如：涂布设备的制造精度、设备运行的平稳程度以及涂布过程中动态张力的控制、烘干过程中风量的大小以及温度控制曲线都会影响涂布的效果，所以选择合适的涂布工艺极为重要。一般实验室设备往往采用刮刀式，消费类锂离子电池多采用辊涂转移式，而动力电池多采用狭缝挤压式方法。 图2：涂布过程 涂布工艺存在技术壁垒。涂布技术需要多年积累涂布模头和垫片设计能力、多项持续迭代的涂布技术、高精密调节技术、模头恒量供料技术、自动调节技术以及工业现场大数据采集管理平台等经验，开展定制化服务，不断满足涂布客户对涂布效率和效果的持续改进与提升需求。产品综合性能的面密度一致性指标才能优于国内外竞争对手。 图3：双面涂布技术原理 涂布方式及参数对锂电池性能影响关键。极片涂布一般是指将搅拌均匀的浆料均匀地涂覆在集流体上，并将浆料中的有机溶剂进行烘干的一种工艺。涂布的效果对电池容量、内阻、循环寿命以及安全性有重要影响，保证极片均匀涂布。 涂布方式的选择和控制参数对锂离子电池性能的有重要影响。 表1：极片涂布效果影响因素 涂布机作为涂布工艺中不可或缺设备。随着当代各类新型材料的发展、机械加工精度的提高、电气及自动化程度的普及、各种在线检测仪器的应用以及计算机在线控制等技术的发展，极大促进了涂布机技术的革新。同时下游行业技术不断进步，市场对涂布机的高速度、高均匀度、高稳定性、高生产效率、智能化要求不断提升，国内涂布机企业需要尽快提升技术工艺，攻克高精密涂布机领域，并与国际技术慢慢接轨，扩大国内涂布机行业在高端市场的占有率。 涂布机按照结构类型可划分为刮刀式、转移式和挤压式，挤压涂布应用于3C、动力及储能电池。刮刀式主要应用于实验室，转移式涂布主要应用于3C电池的生产，挤压涂布主要应用于高端3C电池、动力电池、储能电池。其中，挤压涂布是这三种中最先进的技术，涂布速度快、精度高、面密度均匀，近年来由于动力电池生产需求高涨，挤压式涂布市场规模不断扩大，预计将保持较高增长率。 图4：各公司涂布机 涂布机可用于锂离子电池极片制备。锂离子电池生产工艺一般分为前段极片制作、中段电芯组装及后段电池检测封装三个工段。其中，极片制作主要工序包括供料搅拌、涂布、辊压、分切、极片烘烤等，电芯组装主要工序包括电芯卷绕或叠片、装配、烘烤、注液等，电池检测封装主要工序包括电池化成分容、高温老化、分选、包装等。各工序相关设备的技术提升和质量控制是锂离子电池工艺改进和性能提升的重要基础。 涂布模头是涂布机最核心部件。涂布模头市场分类相对较多，可以按照模头结构、功能、调节方式分类。锂离子电池极片涂布的方式目前主要有逗号辊转移涂布、狭缝挤压涂布。 图5：高精密狭缝式涂布模头分类 狭缝挤压涂布模头技术是一种先进的预计量涂布技术，能获得较高精度的涂层，目前，锂离子动力电池行业已经普遍采用狭缝挤压式涂布技术制造电池极片。 （单层）狭缝式挤压模头由上模、下模以及安装在上模和下模之间的垫片组成。 涂布过程中，在压力作用下，一定流量的浆料从挤压头上料口进入模头内部型腔，并形成稳定的压力，涂液从上、下模之间的缝隙挤出，与移动的基材之间形成液珠并转移到基材表面，形成湿膜。 图6：狭缝挤压式涂布示意图 图7：锂离子电池涂布示意图 1.2涂布技术应用广泛，可用于钙钛矿、膜电极等领域 涂布技术可应用于多个领域。每个领域有一个或多个应用场景，不同领域的涂布模头主要区别在于涂布技术的细节研究，是涂布模头跨领域应用首先要攻克的技术壁垒；不同领域不同应用场景涂布模头设计要求存在差异；精度要求有差异：涂布模头属于超精密加工，其平面度、直线度、表面粗糙度等有差异。 图8：涂布模头应用领域 涂布技术用于锂电池：锂电池极片涂布一般是指将搅拌均匀的浆料均匀地涂覆在集流体上，并将浆料中的有机溶剂进行烘干的一种工艺。锂电极片涂布机核心功能在于将搅拌后的正负极电池材料涂覆在金属箔片上并烘干制成正、负极片，涂布的均匀性深刻影响着成品电池的一致性、安全性、寿命周期。 图9：锂电极片涂布 涂布技术用于钙钛矿太阳能电池：狭缝涂布是钙钛矿电池核心层主流制备方式。钙钛矿层为钙钛矿电池的最核心层，主流方法采用狭缝涂布机制备。目前国内钙钛矿层制备工艺主要采用狭缝涂布机进行制备，钙钛矿电池组件生产共需要镀膜、激光、涂布、封装四种设备，德沪涂膜表示，目前MW级产线设备总投资约1.2亿元，其中镀膜：激光：涂布：封装设备投资比例为50%：25%：15%； 10%，未来镀膜设备国产化为降本主要途径；钙钛矿层作为电池的最核心层主流方法采用狭缝涂布机制备，德沪涂膜产业化进程领先。 图10：钙钛矿电池组件MW级产线设备投资占比 涂布技术用于氢燃料电池膜电极：膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件，为PEMFC提供了多相物质传递的微通道和电化学反应场所，作为燃料电池的核心零部件，膜电极是由质子交换膜、催化剂层、边框以及扩散层组成，其中催化剂是通过涂布工艺涂覆在质子交换膜两侧，要能够保证催化层厚度均匀，不能出现裂纹、颗粒、开泡、边缘效应、锯齿等缺陷。 图11：膜电极催化剂浆料涂布和干燥 涂布技术用于PCB覆铜板：铜板是制作PCB的核心材料，起导电、绝缘、支撑等功能，对于PCB产品的性能至关重要，占PCB总成本的30%，直接材料约占PCB总成本的60%。涂布法多用于单面覆铜板的生产，该工艺产品目前主导着二层法挠性覆铜板的市场。 图12：PCB覆铜板 2涂布模头国产化率低，未来发展空间大 2.1涂布模头当前市场格局 在精密涂布模头领域，国外同行业企业主要包括日本三菱、日本松下、美国EDI等。国内同行业企业主要包括东莞海翔、东莞施立曼、东莞松井。作为锂电涂布设备核心零部件的涂布模头，国内市场早期主要被日本松下、日本三菱、美国EDI等企业所占据，国内涂布模头企业参与较少，且市场份额较低，这也成为制约国产涂布设备成本下降的关键因素。随着国家对锂电新能源产业的重视度不断提高，我国锂电池产业也进入快速发展通道，带动锂电设备国产化程度不断提升，国内设备厂家也开始将目光投向涂布模头市场。 国内涂布机技术发展迅速，对标国际产品或有望实现技术替代。从行业比较情况来看，市场上涂布机主要分为单面涂布、双层折返式涂布和双面同时涂布三种类型。单向双面挤压涂布技术尚未普及，但由于涂布效率高、节能等特性，能够为锂电企业节省大量时间、人力成本，因此其代表着未来的发展趋势。深圳信宇人的双面涂布技术采用的是单向双面涂布，同时涂两面，相较于同行业的双面折返式涂布技术具备先进性，解决了行业技术痛点并在涂布模头领域实现自产，国际市场上看，目前信宇人与日本东丽具备双面同时涂布技术。 表2：单向双面同时涂布技术国内外对比 锂电设备国产化率超90%，但涂布模头国产率较低。我国锂电设备行业起步较晚，但随着我国新能源汽车产业发展迅猛，企业突破锂电设备技术瓶颈，逐渐实现国产替代，2021年我国锂电设备如涂布设备、卷绕设备、分模切设备等设备国产化率达到90%以上；作为涂布机的关键零部件，模头对于涂布的效率和质量影响重大，国内锂电设备厂商生产涂布机所用模头主要依赖进口，2021年国内模头市场规模约为10亿元，模头属于消耗品，在涂布机使用过程中需要定期更换或维修，许多锂电池生产厂商会直接购买或维修模头以维持其涂布机性能，以2021年涂布模头市场份额为例，国外厂商市场份额超70%，模头市场具备较广阔进口替代空间。 图13：锂电设备国产化程度 图14：2021年涂布模头市场份额 以狭缝涂布设备为代表的精密涂布设备中，国外涂布设备厂商在技术上占有领先优势，如美国nTact、日本东丽工程和韩国三兴机械等，国内精密涂布设备以国外进口为主。但近年来国产化替代进程加速，尤其是在需求庞大、发展迭代速度较快的新能源电池产业，国内设备针对我国电池生产的工艺特点而研发制造，适应性强，性价比优势明显，已有国内公司突破国外厂商的垄断。如在我国已建和在建的500MW钙钛矿电池试量产线的涂膜设备供货中，德沪涂膜狭缝涂布设备 0.6m × 1.2m 和 1m × 2m 供货达350MW，市占率70%，而日本头部厂商作为唯一竞争对手，供货150MW，占30%。国内涂布设备供应商正在逐步打破高端技术被日、韩、欧、美垄断的局面。 表3：涂布设备