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固态电池产业趋势下,电池设备公司优先受益

九方智投 09-09 15:27

固态电池是一种利用固态电解质取代传统液态电解质以提升锂离子电池安全性、稳定性和循环寿命的新技术。固态电池的高能量密度可以解决“里程焦虑”。续航里程是新能源车发展早期的最大痛点之一,而能量密度是制约带电量和续航里程的最关键因素。在传统的磷酸铁锂和三元体系中,能量密度分别可以做到160Wh/kg250Wh/kg,均已接近理论极限。固态电池可以采用硅碳、金属锂等高比容量的负极,能量密度可以轻松达到300Wh/kg以上,以金属锂做负极甚至达到500Wh/kg,彻底解决续航里程短的问题。固态电池安全性明显强于液态电池。固态电池一方面不含有机电解液,降低了起火风险;另一方面,固态电解质在一定程度上可以抑制锂枝晶生长,从而减少了内部短路的隐患。这些固有特性都会增强消费者对新能源汽车安全性的信心。

固态电池具有三种分类,分别为半固态、准固态和全固态,它们的液体含量分别为5-10wt%0-5wt%0wt%。半固态电池:相对于液态电池减少了电解液的使用量,并增加了复合电解质。此外,负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂金属负极,正极从高镍升级到了高镍高电压/富锂锰基等。隔膜仍然保留并涂覆有固态电解质涂层,锂盐从LiPF6升级为LiTFSI,能量密度可达350Wh/kg以上。准固态电池:在全固态电池中加入少量液态电解液(通常小于5wt.%)的情况下得到的。液态电解液的作用主要是浸润界面。全固态电池:与液态电池相比取消了原有的电解液,采用固态电解质,并以薄膜的形式分隔正负极,从而替代隔膜的作用。负极从石墨体系升级到预锂化的硅基负极/锂金属负极,正极从高镍升级到了超高镍/镍锰酸锂/富锂锰基等。全固态电池的能量密度可达500Wh/kg

固态电解质和液体电池结构

  • 电池产业发展趋势

    固态是锂电池的大技术迭代,是下一代电池技术,更是全球角逐龙头的新质生产力。宁德60Ah产品突破阶段,目标是在 2027 年实现全固态电池小批量生产。全固态电池样品试制通常是从 1Ah 开始不断做大单个电池容量。在 1Ah 样品阶段的任务是检测电池材料性能优劣;10Ah 样品时主要检测电池的单体性能;20-60Ah 样品阶段则意味着电池方案初步定型,进入生产技术探索阶段。国内其他固态电池代表企业则先从半固态入手,例如清陶/卫蓝/太蓝/赣锋/孚能等。从产品看卫蓝半固态电池能量密度有350Wh/kg国轩高科半固态电池能量密度则有360Wh/kg;清陶能源半固态产品有368Wh/kg孚能科技则为330Wh/kg;赣锋为350Wh/kg

    国内政策这块:工信部下达KPI,指向27年量产装车。国内主流车企固态电池布局加速:广汽 2026 年昊铂搭载硫化物全固态电池(400Wh/kg);比亚迪 2027 年示范装车 60Ah 电池(400Wh/kg);上汽与清陶合作,2026 年量产 406Wh/kg 电池;长安 2027 年量产 “金钟罩” 全固态电池(400Wh/kg,续航 1500km);东风 2024 年量产半固态(350Wh/kg),全固态规划中。头部车企普遍采用硫化物 / 氧化物路线,聚焦 2026-2027 年量产,能量密度突破 400Wh/kg,同步解决成本与安全性问题。

    国内主要车企和电池企业固态电池产业进度

    固态电池生产工艺

    • 固态电池国内产业趋势与政策

固态电池生产工艺和液态电池生产工艺主要区分:固态电解质与正极活性物质的混合体作为复合正极。电解液/质添加方式变化。液态电池是在极耳焊接后将电解液注入电池内并进行封装(注液),而固态电解质除了与正极活性物质形成复合正极外,需要在延压完成的复合正极上再进行一次涂布。固态电池多采用叠片工艺。液态电池极片一般用卷绕或者叠片的方式组合(方形多卷绕),而固态电池由于其固态电解质如氧化物和硫化物韧性较差,通常使用叠片形式。叠片机或成为固态电池主流。在液态电池的制造中,电池极片可用卷绕或者叠片的方式。目前液态电池制造流程中,卷绕工艺会更主流。但固态电池由于其固态电解质的特性,如氧化物和硫化物韧性较差,叠片会比卷绕更加合适。对半固态电池来说,固态电解质层较薄,还可以用卷绕,但对全固态电池来说,固态电解质层会变得很硬很厚,必须用叠片。固态电池叠片工艺与液态电池有显著不同,需要对原有叠片机进行改良:液态电池的叠片/卷绕环节是讲正负极片与隔膜有序装配,而固态电池则是将正负极片与固态电解质进行装配,因此叠片机设备厂商应该现有的液态电池叠片设备进行优化,使得适应固态电池生产,叠片机单线价值量是较卷绕机的2-4倍。卷绕:单条产线需要10台卷绕机,按照300-350万元/台的价格,单线价值在3000-3500万元。叠片:1)中航:单线一般需要10台切叠一体机,按照600万元/台的价格,单线价值在6000万元;2)蜂巢:短刀电池的一条产线需要20台切叠一体机,单线价值在1.2亿元。

目前技术路线中,干法路线更适合商业化,干法电极抛弃传统液态溶剂,与固态电池设计理念类似。固态电池的成品不存在液态物质,在干法技术的赋能下,固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥,消除了湿法工艺烘干后,溶剂分子的残留问题,也有效减少了溶剂成本与烘干成本。多种固态电解质不适合用湿法。硫化物电解质与极性有机溶剂会产生强烈的络合反应,浇铸后无法完全去除溶剂,硫化物电解质会被溶解,氧化物电解质也会与有机溶剂发生反应,严重影响离子导电性,降低性能。

在无溶剂的环境下,将活性材料、导电剂和固态粘合剂进行干混后并形成自支撑膜,用辊压将其覆盖在集流体表面。干法电极抛弃传统液态溶剂,与固态电池设计理念类似。固态电池的成品不存在液态物质,在干法技术的赋能下,固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥,消除了湿法工艺烘干后,溶剂分子的残留问题,也有效减少了溶剂成本与烘干成本。多种固态电解质不适合用湿法。硫化物电解质与极性有机溶剂会产生强烈的络合反应,浇铸后无法完全去除溶剂,硫化物电解质会被溶解,氧化物电解质也会与有机溶剂发生反应,严重影响离子导电性,降低性能。

整个固态电池生产工艺中,常用的设备有干法成膜设备,干法辊压设备,叠片设备。

固态电池生产工艺和液态电池生产工艺区分

国内目前主要固态电池设备企业产业进度

纳科诺尔1)产品介绍:20242月,锂电辊压设备龙头纳科诺尔联合清研电子重磅亮相干法电极成型覆合一体机。2)一体化优势:这台设备实现了电极膜成型以及电极膜与集流体复合的一体化,具备先进的干法辊压功能与干法成膜功能,率先开启干法电极的产业化及国产化进程,搭载的干法电极技术将在固态电池领域中大放光彩。3)订单情况:根据纳科诺尔官方披露,目前公司干法辊压设备已经获得下游头部客户的订单。

赢合科技:1)最新干法搅拌产品:118赢合科技官方宣布,赢合科技自主研发生产的首台干法搅拌设备已成功交付至国内头部客户现场。2)产品优势:这款干法搅拌设备特别针对全固态电池及干法电极技术进行了特殊设计,可适应不同材料、配方、工艺等各种复杂工况稳定生产。不仅满足了当前的市场需求,更是以其卓越的产品性能、简易的操作流程和维护便捷等特点。

利元亨1)固态电池搅拌机设备:适用于固态电池制的双行星搅拌机凭借创新设计,实现了对各种粘度物料的高效混合,灵活度较高。并且通过自动化技术的迭代升级,显著增强了生产过程的安全性和效率。2)下游合作:公司持续与新能源科技、宁德时代比亚迪国轩高科欣旺达、广汽等厂商保持长期稳定的合作关系,同时加速了全球化进程,北美市场实现首条电池包产线投产,获得17项国际权威认证。

宏工科技:1)锂电池物料自动化处理产线及设备:包含锂电池匀浆、正极材料、负极材料自动化处理产线和设备,在锂电池前段物料处理工序中具有强大的竞争力。2)下游合作情况:成功跻身为行业领军企业的固态电池上料、输送及搅拌工序的核心供应商行列,并与多家客户(宁德时代比亚迪中创新航、蜂巢能源、亿纬锂能等)签订了数千万元的固态电池产线及设备订单。

先导智能1)产品:全球唯一拥有自主知识产权的全固态电池整线解决方案厂家,已成功打通全固态电池量产的全线工艺环节,实现了从整线解决方案到各工段的关键设备覆盖,2)订单:目前,先导智能的固态电池设备及干法电极设备已成功发货至欧洲、美国、日韩等国家和地区的知名汽车企业、头部电池客户、新兴电池客户现场。241亿订单,25H14-5亿订单。

固态电池叠片机和干法辊压设备

参考研报

  • 20250804-天风证券-从宏工、理奇、尚水招股书看锂电设备复苏、前段设备格局与固态电池布局

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