(一)固态电池相比液态电池,工艺及设备均有明显变化
锂电液态电池生产过程中,一般分为前道、中道、后道工序,其中前道工序主要 为制作极片,中道工序后完整电芯生产完成,后道工序主要为化成分容等工序, 传统液态电池产业链随着中国锂电产业链的高速发展,以完成规模化提升与工艺 迭代进步的进化,预计未来锂电设备厂商主要目标,都将集中聚焦在固态电池领 域。

与液态电池相比,固态电池生产过程中,最显性的变化集中在极片制作和固态电 解质成膜两个领域,现阶段固态电池仍采用湿法工艺,但干法工艺凭借更高的生 产效率和更低的成本,成为固态电池发展的必然趋势,在工艺转型过程中,辊压、 混料和等静压设备的技术革新尤为关键。 固态电池的前道、中道工艺中,除最显性的干法电极之外,同样值得注意的是干 法电极胶框印刷等新工艺,新工艺带来的产业链结构性变化,因此带来的产业链 重构的机遇,也是值得重点关注的领域。等静压设备依然是最显性变化之一,也 是产业链关注焦点,等静压设备的落地节奏与产业链进展依然是产业链关注重点。 固态电池后道工序的高温高压化成分容,压力的提升是主要技术改进方向,虽然 相比干法电极、胶框印刷、等静压等固态电池带来的新设备,并不显得有颠覆性 的改变,但化成分容设备温度和压力的提升带来了设备单件价值量的提升。受固 态电解质化成速度较慢的限制,若要达到与液态相近的化成速度,需要的化成分 容设备也相应的有所增加,这些都提升了后道设备的单位价值量。
(二)前道工序中混料、涂布、辊压是关键
混料工序是干法工艺的核心突破。干法混料是固态电池前道工序的核心创新环节, 彻底摒弃了传统液态电池的溶剂使用,通过机械力使活性材料、固态电解质和粘 结剂(如 PTFE)纤维化形成自支撑膜。该工艺的核心挑战在于实现纳米级均匀 分散和粘结剂原纤化,要求温度的控制精度在±1℃以内。干法混料解决了固态电 解质与电极界面兼容性问题,但技术壁垒极高,精度要求需控制在±1.0μm 以内。 混料工序的环境控制极为严苛,需要在湿度低于 30% 的环境下进行,以防止固 态电解质(尤其是硫化物电解质)与水分反应产生有毒硫化氢气体。同时,干法混料过程中需要将固态电解质材料加热至 55-85 摄氏度,通过泵送系统把电解质 材料装载到料斗中,且装载过程中必须避免产生气泡。

干法电极制备技术主要包括纤维化、干法喷涂沉积、气相沉积、热熔挤压、直接 压制和 3D 打印六种方法。其中纤维化技术产业化进展较早,且在现有生产线上 具有良好的可拓展性和兼容性,可实现大规模生产,有望取代当前的湿法涂覆技 术。
辊压工序是界面致密化的关键。辊压工序是确保固态电池界面致密化的核心环节, 直接影响电池的能量密度和循环寿命。固态电池辊压需要解决固-固界面接触问题, 传统液态电池辊压主要解决固-液界面问题,技术要求有本质提升。 辊压工序需保证极片厚度均匀性在 1-2μm 以内,压实密度偏差≤0.02g/cm³,表 面粗糙度 Ra≤0.2μm。这些指标直接影响电池能量密度和装配精度,厚度过薄可能导致活性物质脱落,过厚则影响极片与隔膜的贴合。对于固态电池而言,辊 压工序还需要消除电芯空隙,确保固-固界面紧密接触,降低界面阻抗。
(三)中段工序中,核心关注等静压设备
等静压技术有望引入固态电池制备,解决致密度和界面问题。固态电池因电极层 间残余孔隙率导致子子传输受阻,内阻飙升。为提升材料致密度,解决界面缝隙 和阻抗问题,传统锂电生产中所涉及的热压、辊压等方式,提供压力有限且无法 进行均匀施压,难以保证电解质和电池的致密堆积的一致性要求。单轴辊压虽具 备连续加工能力,却难以突破致密化极限(电极复合材料密度最高仅达 85%),且 伴随颗粒破裂、集流体变形等致命缺陷。温等静压技术在 500MPa、85℃条件下 可使电极密度提升至 95%,从根本上解决界面接触难题。

等静压设备可分为三类:冷等静压机、温等静压机、热等静压机。等静压技术是 将待压件的粉体置于高压容器中,利用液体或气体介质不可压缩和均匀传递压力 的性质从各个方向对加工件进行均匀加压,使粉体各个方向上受到的大小一致的 压力,从而实现高致密度、高均匀性坯体的成型。在这过程中,材料的特性与尺寸、形状、取样方向无关,而与材料的成型温度、压力有关,按成型和固结时的 温度高低,等静压机主要分为冷等静压机、温等静压机、热等静压机三类。 区分等静压设备的参数主要有工作温度范围、压力介质、工作压力范围。冷等静 压一般工作在常温下,温等静压机温度可达到 50~500℃,热等静压机最高可超过 2000℃。从压力介质区分看,主要分为气体如氩气、氮气,液体如水、油、乙二 醇等。工作压力是区分等静压设备最核心参数之一,一般温等静压机可实现 50~300MPa 压力,随着行业的发展,尤其是固态电池对等静压设备提出新的工艺 需求,等静压设备也在更新迭代。
从等静压设备市场来看,根据贝哲斯咨询调研数据显示,2024 年全球等静压市场 规模为 76.7 亿美元,预计到 2029 年其规模将达到 89.5 亿美元。固态电池对等 静压设备的需求,预计将在固态设备大规模量产后,为固态设备厂商带来新的市场空间,随着固态电池产业化进程的加速,等静压设备作为其核心生产装备,市 场空间将迎来快速增长。假设市场有 100GWh 固态电池设备需求,按照每 GWh 设备价值量 3.5 亿元测算,按等静压设备价值量占比 14%测算,对应约 49 亿元 市场增量空间。
国内厂商中,四川力能、川西机械、包头科发等作为主要设备供应商,产品布局 全面。传统锂电设备公司中,先导智能已完成等静压设备开发,具备 600MPa 极 限压力的性能,利元亨则是选择与瑞典 Quintus Technologies 公司合作,开展联 合开发。
(四)后段工序中高温高压化成分容是关键
后段工序:后段工序的生产目标是完成化成封装。截至中段工序,电池的电芯功 能结构已经形成,后段工序的意义在于将其激活,经过检测、分选、组装,形成 使用安全、性能稳定的锂电池成品。全固态电池需要高压化成的核心原因在于其 独特的固-固界面特性和子子传导机制,高压化成设备能够有效地消除固态电解质 与电极之间的微观空隙,使二者紧密结合。这种紧密结合不仅改善了物理接触, 还为化学反应提供了更有利的条件,后段设备成本占比为 20%~25%。 高压化成设备单 GWh 价值量有望提升。液态电池化成过程中压力在 3-10t,固态 电池单体高压化成过程一般拘束压力要达到 60-80t,夹具本体需采用高强度合金 钢。全固态电池的固态电解质与电极颗粒为点接触,子子传输阻抗远高于液态电 池。化成分容阶段需通过高压强制使固态电解质与电极颗粒发生塑性变形,填补 孔隙,形成面接触,从而构建低阻抗的子子传输通道,推动锂子子在固态电解质 与电极间形成稳定导电路径,由此产生高压化成分容设备需求。

(五)模组与电池包产线工艺变革带来新机遇
模组产线与电池包产线同样需要较大改变,以适应固态电池电芯的性能需求。固 态电解质硬度高、柔韧性差,需要全新的刚性结构来实现电芯之间的排列、连接、 约束,为电芯提供更高的预紧力,在使用寿命内也要保持预紧力的均匀一致,这 对组装精度要求更严苛。 固态电池电芯对温度变化较为敏感,温差可能引发界面阻抗波动,影响整体性能, 因此需要更精细化的热管理系统来控制各个位置温度均匀性。这不仅需要对电池 包热管理系统的零部件重新设计,同时也对热管理系统安装过程中的工艺提出更 高要求。 为了适应固态电池对机械结构与热管理系统的更高要求,电池包需要迭代更新, 但更复杂的预紧力和热管理要求,可能使得电池包零件重量增加,为此可能采用 更多非金属材料来降低重量,如电池包中可使用工程塑料代替金属进行减重降本, 同样对零部件和生产设备带来新的机遇。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)