本文作者:adminddos

电池及电气系统固态电池发展加速

adminddos 2025-06-26 09:20:32 1 抢沙发
电池及电气系统固态电池发展加速摘要: ...

近两年全固态电池研发加快,产品逐渐从实验室走向中试线,容量也提升到60-70Ah。头部电池厂也已实现中试线级别生产,车端预计26年将实现陆续装车。目前硫化物成为主要路线,对界面接触要求更高,配套设备工艺变化主要体现在干法电极、叠片+软包、等静压、高压化成分容等方面。部分设备企业已有所突破,有望助力固态电池规模化应用。

摘要

全固态电池研发加速。近两年,在政策的推动下,国内全固态电池研发逐渐从实验室走向中试线,整体开始加速。工信部2024年5月成立60亿元固态基金,指定6家企业进行研发;全固态电池团标近期也已发布。预计2027年实现硫化物全固态小批量生产,弗迪电池研发硫化物复合电解质体系,预计2027年小批量装车、2030年大规模量产,已实现中试线生产。、清陶、卫蓝等企业也陆续实现了中试线级别的贯通,以及数十Ah级别的电芯生产。上汽、广汽、奇瑞、、东风等车企预计26年开始陆续实现固态电池的装车。此外evtol,等新兴需求也推动固态电池研发加速。

设备端变化较大。设备是固态电池量产的关键,需解决固态电池电极与电解质界面接触、电极高效制备的难题,目前主要路线为硫化物路线,配套的工艺设备都有所变化。前段干法电极:干法电极通过直接压延正负极粉末、PTFE粘结剂及导电剂形成自支撑薄膜,再与集流体压合为极片,全程无溶剂参与。中段叠片+软包路线是主要方向:由于极片与固态电解质高压致密化后边缘锋利,对叠片机的精度要求上了一个台阶;目前极片裁切仍然以五金刀为主,激光裁切可能是未来的发展方向;软包能更好的缓冲固态电解质柔韧性差,锂金属负极膨胀收缩等特性,避免材料断裂。后段等静压设备和高压化成分容是增量:电池采用等静压加压保证电极与电解质的接触,均匀加压能减少固态电池材料内部空隙和缺陷;高压化成分容压力达60t,对结构件要求更高。

设备厂商有所突破。头部干法电极设备厂在车速、宽幅、压实等性能都有明显提升,最新设备产品已经可以媲美现有的湿法产线生产效率,可实现GWh级别产线。叠片设备厂家积累较深,配套软包叠片设备已有订单。等静压设备目前还较为早期,节拍等问题还需要解决。部分企业布局整线设备,也已实现了出货。

风险提示:下游需求不及预期、产品降本不及预期、技术进步不及预期。

具体推荐及投资建议,请参照正式报告

一、固态电池下游产业化加速

政策推动固态电池加速研发。2024年5月,工信部设立60亿全固态电池专项研发基金。获支持企业有宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、蔚来、吉利,其中宁德时代获20多亿,占比近半。2025年5月,中国汽车工程学会正式发布《全固态电池判定方法》(T/CSAE 434-2025),进一步推动固态电池产业化研发。

电池厂加速开发,产业进入中试阶段。早在2023年,宁德时代便宣布布局硫化物全固态与凝聚态半固态技术,能量密度可达500Wh/kg,预计2027年硫化物全固态小批量生产;弗迪电池研发硫化物复合电解质体系,计划2027年小批量装车、2030年大规模量产,已实现液态电池改建固态电池中试线;国轩高科硫化物复合电解质电池“金石电池”实现0.2GWh中试线贯通,核心设备100%国产化,电芯能量密度达350Wh/kg,容量可达70Ah,已开启装车路测;孚能科技布局硫化物、氧化物/聚合物复合路线,硫化物沿用叠片软包工艺,能量密度超400Wh/kg,已进入实测阶段,预计2025年底小批量交付60Ah硫化物全固态电池;清陶能源第一代半固态电池量产搭载智己L6,正推进准固态中试与全固态实验室验证;卫蓝新能源固液混合电池用于储能,半固态电池应用于通信基站,为蔚来配套并投产珠海6GWh产线。亿纬锂能已完成Ah级软包硫化物全固态电池样品开发,百MWh的中试线预计在2025年投入运行。从CIBF展来看,电芯环节产业进度超预期,全固态电池容量突破60-70Ah,数家车企有望在2026年实现落地装车。

车企积极推进固态电池装车进程。广汽计划 2026 年量产全固态电池车型,能量密度超 400Wh/kg;奇瑞猎风作为自研全固态电池首搭车型,能量密度 400Wh/kg,预计 2026 年装车;上汽全新 MG4 将在 2025 年底量产,搭载新一代半固态电池,2027年全固态电池“光启电池”量产,能量密度超 400Wh/kg;比亚迪计划 2027 年启动全固态电池批量装车,2030 年大规模应用;丰田已获全固态电池生产许可,计划 2026 年规模化量产;宝马以 i7 开始全固态锂电池实车路试。此外,东风汽车宣布 2026 年 8 月在部分车型开展全固态电池装车试验,其自主研发的高比能固态电芯能量密度为 350Wh/Kg 。

此外evtol、机器人等新兴需求也拓展了固态电池的应用边界,这些场景更高能量密度的要求也推动了固态电池的加速研发。

硫化物固态电解质已成为全固态电池的重要研究方向。海外电池企业及国内的头部锂电公司如宁德时代、比亚迪等均在加大对全固态电池的研发投入,近年来也逐步从氧化物、聚合物化学体系向硫化物固体电解质聚焦,主要系硫化物固态电解质其电导率优势明显,接近液态电解质的水平,但由于硫化物与空气接触将形成有毒的硫化氢,材料生产对于工艺的要求极高,导致成本较高,但这些都有望通过工艺、材料改进解决,硫化物电解质被产业视为实现全固态锂电池的主要路径之一。

二、固态电池设备变化较大

设备是固态电池量产的关键,主要需解决固态电池电极与电解质界面接触、电极高效制备的难题。与传统的液态锂电池相比,固态电池材料体系变化主要是锂金属负极、固态电解质的引入。目前固态电池行业主流的技术路线为硫化物,其对水分含量,界面接触压力要求远高于传统锂离子电池。为了解决这些问题,全固态电池工艺设备技术变化主要体现在以下几个方面:

前段工序:干法极片工艺可能逐步普及。

干法电极极成本更低,效率更高。在传统电池制造中,将混有粘接剂的溶剂与正极或负极粉末混合,并将混合后的浆料涂在电极集流体上,再烘干。干法电极通过直接压延正负极粉末、PTFE粘结剂及导电剂形成自支撑薄膜,再与集流体压合为极片,全程无溶剂参与。相比传统湿法工艺(浆料涂布+烘干),其核心变革在于生产工艺与设备改造。

核心优势:

1、性能提升:电极韧性高、密度大,容量保持率及循环寿命更优;

2、成本与环保:省去有毒溶剂NMP及回收系统,降低设备投资(省涂覆/烘烤环节);

3、适配固态电池:完全干燥工艺避免溶剂残留,PTFE原纤化可优化固态电解质膜性能;

4、效率升级:生产人工耗时、场地需求降低13-16%(规模化测算)。

目前干法电极主要难点在于混料均一性、高车速下辊压成膜:粉体分散不均易导致电极密度波动;混料纤维化程度不够导致无法成膜;高车速下辊压的均匀性不够导致极片容易断裂或无法成膜。

中段工序:叠片+软包封装路线是发展方向

叠片是主要路线。由于固态电池电解质具有脆性,且对设备的精度和稳定性更高,传统的卷绕工艺不适用,叠片工艺更具有适配性。同时叠片工艺相较卷绕工艺对电池内部空间利用率更高,电芯理论能量密度也更高。由于电池正极、负极、电解质面积不同,极片高度致密化后会十分锋利,若出现错位将会互相切断,叠片机需要升级改造,精度需提升数个数量级,并新增极片胶框印刷工序以减少气流扰动。

五金刀仍是主要裁切路线。叠片电池极片需多次切断,断面尺寸比卷绕结构长,毛刺风险更高。当前极片裁切主要有模具冲切和激光切割两种方式:模具冲切靠五金刀切断,效率高、技术成熟,是主流方式,但物理裁切易磨损刀口,需定期换刀,维护成本高;激光切割无需换刀,切换型号时修改软件尺寸参数即可,灵活度高,但存在粉尘多、热效应等技术瓶颈,有待突破。

软包成为封装形式主要选择。固态电解质普遍具有柔韧性差的性质,容易在充放电过程中因内部压力或形变导致破裂;锂金属负极同样也有膨胀收缩的特性。软包封装通过铝塑膜的多层复合结构,带来了较好的延展性,为电池体积提供了缓冲空间,避免材料断裂风险,同时配合叠片工艺减少固态电解质的机械应力。安全方面,固态电池不存在液态电解质,内部胀气、鼓包现象大大缓解,软包封装已能满足需求。成本方面,相较于主流的方型电池采用铝壳封装,软包封装成本更低,产线灵活性更高。

后段工序:等静压工艺改善电解质与极片界面接触

改善界面接触是全固态电池工艺重点。固态电池因其理想单元需致密均薄结构,传统液态锂电池工艺无法满足,需优化固-固界面等额外制造工艺。目前已工程化的解决方案为1)在辊压工序上将部分电解质与正负极粉末共同辊压至极片,缩短电解质与正负极粉末接触距离;2)在电池完成包装后,使用等静压设备在电池两段均匀加压,使正负极极片更紧密贴合;3)高压化成:在电池两段增加高压(高压设备或结构件挤压)下完成首次充放电循环。

温等静压工艺改善界面接触性能。等静压工艺是粉末冶金领域的技术,已有近百年历史。按温度可分冷、温、热等静压。其原理基于帕斯卡原理,在密封容器内以高压流体为介质,将静压力均匀传递至各个方向,使粉末或烧结坯料压制成高致密度坯料(或零件)。等静压工艺可利用流体不可压缩及均匀传压特性,从各方向均匀加压,能减少固态电池材料内部空隙和缺陷。当前固态电池行业内主要采用温等静压路线,具体量产工艺尚未定型,考虑到工艺的可实施性,以及等静压加压过程较慢,目前业内有尝试将此过程放在后段进行,即待电芯封装后,再进行等静压加压,其压强可达百MPa级别,温度可达150℃左右。

此外由于固态电池后段采用高压化成工艺,化成分容设备压力变大,其一般拘束压力要达到60-80t,单个电芯压强要达10Mpa以上,对结构件要求高。

三、设备厂家有所突破

干法设备工艺逐步成熟,以清研系为首的干法厂商这两年在工艺设备端进步较大。设备在车速、宽幅、压实等性能都有明显提升,最新设备产品已经可以媲美现有的湿法产线生产效率,在工艺端,粘结剂PTFE改性也在逐步优化。

下游客户批量测试干法设备,国内、国外最头部电池厂在今年密集接触清研系厂商,后续有望陆续落地研发系订单测试,后续量产可期。从设备订单看,今年下半年负极干法电极设备订单会开始陆续放量,已经较为成熟,明年正极干法电极设备量产也有望突破。

等静压设备方面,由于属于增量环节,设备仍处于开发阶段。一级市场企业有四川力能,包头科发,上市公司也有所布局。

叠片机设备经过刀片电池、软包电池等发展应用,工艺已较为成熟,主要玩家仍然为传统叠片锂电池设备厂。、先导智能等企业布局较早。

此外,先导智能、利元亨、等企业也布局固态电池整线设备,也已实现出货。

风险提示

1、下游需求不及预期:固态电池下游应用针对高端场景,若需求收缩将影响固态电池开发进度。

2、产品降本不及预期:固态电池处于发展初期,成本较高,生产工艺尚不成熟,后续若规模化无法体现,技术提升速度较慢可能导致产品降本不及预期。

3、技术进步不及预期:目前固态电池技术尚不成熟,仍有较多卡点,可能导致技术进步不及预期。

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