新能源汽车产业链行业：新技术系列报告（五）：固态电池产业化机遇之工艺与设备

李梦强杨雨浓朱洪羽六氟历史经验映射下的硫化锂降本路径与投资机会：——新技术系列报告（四）固态电池发展方向探讨：详解硫化物电解质路线：——新技术系列报告（三）半固态装车元年已至，下一代电池技术蕴藏机遇：——新技术系列报告（二） limengqiang@orientsec.com.cn执业证书编号：S0860517100003yangyunong@orientsec.com.cn执业证书编号：S0860524090005zhuhongyu@orientsec.com.cn执业证书编号：S08605250100012025-03-272024-07-222024-02-27 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。目录固态电池瓶颈：工艺与成本的双重挑战..........................................................4制造：工艺革新，设备铺路............................................................................8干法工艺：干电极助力降本，电解质成膜工艺创新............................................................8等静压：致密化与界面问题的潜在解法............................................................................11叠片：全固态主流装配工艺，精度要求大幅提升..............................................................13设备企业相关布局........................................................................................15投资建议......................................................................................................17风险提示......................................................................................................18 2 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。图表目录图1：Honda全固态电池示范生产线辊压工艺..............................................................................7图2：Honda全固态电池示范生产线电芯组装设备.......................................................................7图3：AM Batteries干电极技术与传统锂离子电池生产流程对比..................................................8图4：川田机械制造高速流动混合机SM系列..............................................................................9图5：克劳斯玛菲ZE BluePower双螺杆挤出机.........................................................................10图6：全固态电池等静压示意图..................................................................................................11图7：Quintus冷等静压机..........................................................................................................12图8：Quintus温等静压机..........................................................................................................13图9：Quintus热等静压机..........................................................................................................13图10：叠片工艺示意图..............................................................................................................14表1：半固态电池产品公开性能参数.............................................................................................4表2：全固态电池产品公开性能参数.............................................................................................6表3：六种干电极技术优缺点及应用领域.....................................................................................9表4：辊压机参数对比................................................................................................................10表5：三种等静压技术对比.........................................................................................................13表6：固态电池设备企业布局.....................................................................................................15 3 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。4产业化挑战：工艺与成本从实验室到量产线，电芯大型化仍面临技术难题。从已经发布的半固态/固态电池产品性能参数来看，现阶段只有氧化物路线的半固态电池最接近商业化应用，而全固态电池样品的单体电芯大小普遍仍在20Ah左右，难以达到60Ah及以上的车规级容量。在全固态电池放大生产的工程化和产业化过程中，材料体系的稳定性、工艺的一致性、系统的安全性都会面临不同程度的挑战，良品率、生产效率及成本等问题都需纳入考量，其技术难度并非线性增加，而是指数级上升。如何制备大面积电解质薄膜、如何应对放大的固固界面问题等，都是亟待攻克的难题。表1：半固态电池产品公开性能参数电解质路线电芯大小（Ah）电芯能量密度（Wh/kg）循环寿命氧化物+聚合物——350氧化物+聚合物——360氧化物+聚合物——350氧化物+聚合物——450氧化物+聚合物403201C/1C千次循环————28525℃1500次；快充循环次数3000次+，70%容量保持率————300聚合物复合——320~3801000次————350————400——1502661800次氧化物+聚合物——3304000次氧化物+聚合物——4004000次聚合物503302000次氧化物——400~500420Wh/kg超700次 倍率/快充安全性————————12分钟续航400km——————————————2C直充电池包在测试中的产气速率为0.008mol/(Ah)，满足客户0.01mol/(Ah)以下的要求5C、120秒连续功率放电能力，18分钟充满————4-6C通过3mm针刺测试可以通过严苛的1.5C倍率放电测试通过穿钉和170℃热箱测试——支持10C+持续性放电极限温度耐受可达200℃——————2.2C——3C————————————通过200℃热箱和针刺测试 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。态数据来源：GGII，东方证券研究所图1：Honda全固态电池示范生产线辊压工艺数据来源：本田官网，东方证券研究所 7工艺设备均未成熟，全固态电池制造成本高昂。在制造端，工艺革新意味着现有设备的调整升级、新设备的引进或定制开发、导入阶段缓慢爬坡的良率曲线，高昂的研发费用和设备价格都将显著抬高制造成本。本田在日本枥木县建设了一条全固态电池示范生产线，再现了量产所需的一系列生产工序，从电极材料的称量/混炼，到涂装、辊压，再到电池的组装、化成以及模块的组装，其投资额高达430亿日元（约人民币20亿元）。若参考2018年前的早期锂离子电池产线，该固态电池产线的产能规模可能不会超过1GWh，高额的初始投资导致固态电池的单位固定成本极高。对比之下，目前成熟锂电量产线的单线产能可高达10GWh，单位投资强度约2亿元/GWh，可见全固态电池在制造端存在巨大降本空间。图2：Honda全固态电池示范生产线电芯组装设备数据来源：本田官网，东方证券研究所 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。8工艺革新，设备铺路全固态电池制造面对三大难关，亟需设备到工艺全面重构。全固态电池与液态锂离子电池看似都是分层结构，但每一层的粘合逻辑和材料兼容性都存在根本性差异，其技术革新涉及三大问题：（1）电解质革命：全固态电池需用固态电解质膜完全取代液态电解液和隔膜，传统涂布、压合设备需彻底改造；（2）界面工程挑战：液态电池的液态电解质与电极自然浸润，无需复杂界面处理，而固态电池的固-固界面需精密处理以解决“干面包硬拼”的缝隙和阻抗问题，对辊压、叠片等设备要求提升；（3）严苛环境控制：很多固态电池的技术路线对生产环境要求极高，如硫化物路线对湿度、氧气极度敏感，遇湿即释放毒气，且易爆炸，产线露点控制要求提高。因此设备是固态电池走向规模量产的基石，也是未来降本增效的核心突破口。干法工艺：干电极助力降本，电解质成膜工艺创新干法工艺是一种在无水或极少量溶剂参与的情况下进行材料处理和加工的技术，早期主要被用于超级电容器制备。在电极生产中主要是将正/负极活性物质、导电剂与粘结剂混合后，直接喷涂到集流体上，或者通过不同的工艺制成自支撑膜后与集流体复合，避免了传统湿法工艺中溶剂的使用和后续处理带来的问题，如溶剂回收、干燥等环节，从而提高了生产效率，降低了能耗和环境污染。干电极核心优势在于低成本，特斯拉主导推行。从干法制备电极的工艺流程来看，相较于传统锂离子电池制程大大缩短，不需要使用溶剂及其相关的蒸发、回收和干燥设备，能耗也显著降低，因此对电池制造降本增效具有积极意义。根据美国干电极