固态电池因其更高的安全性和潜在的能量密度优势,被视为下一代电池技术的重要方向,在新能源汽车、储能、无人机等领域具有广泛应用前景。随着eVTOL、机器人等领域发展,未来固态电池的应用场景将进一步拓宽。根据中商产业研究院,2030年固态电池技术有望进入商业化阶段,渗透率有望从2023年的0.1%提升至2030年的10%。
固态电池设备市场规模或将迎来显著增长。根据EVTank数据,2024年全球固态电池设备市场规模达到40.0亿元,预计到2030年全球固态电池设备市场规模将达到1079.4亿元,年复合增速达74%。相比于传统锂电设备,固态电池增量设备最先获益。锂电设备位于电池企业的上游,主要分为前段设备、中段设备和后段设备。全固态电池与传统液态锂电池的核心生产工序主要差异在于:前段固态电解质和极片制作环节,全固态电池更适配干法电极技术;中段电芯装配环节,固态电池采用“叠片+极片胶框印刷+等静压技术”替代传统卷绕工艺;后段化成封装环节,化成分容工艺向高压化转变。
国内锂电设备企业已围绕其产业化展开密集布局。从整线到单机、从前段到后段,头部厂商已初步形成分工明确、技术互补的“设备矩阵”:利元亨、先导智能率先打通全固态整线工艺;纳科诺尔、曼恩斯特、赢合科技在干法、电解质成膜、超高压等关键设备上持续迭代;宏工科技、灵鸽科技锁定上料、搅拌、计量等前端环节;先惠技术、华亚智能则携手清陶等下游客户推进干法核心设备的工艺验证与量产导入;杭可科技则加码研发,为后续降本增效蓄势。
干法电极技术有望实现成本降低。干法电极技术最大的优势在于能够提高电极的压实密度,从而提高电池能量密度。干法电极不涉及到涂布、烘烤、溶剂回收等设备,有效减少设备支出和工厂占地面积,在原材料端节省溶剂成本;2024年,韩国LGES公司曾表示干法电极量产能或有望将电池成本降低17%-30%。
等静压技术可以改善固态电池固固界面接触问题。等静压工艺多被用于固态电芯堆叠后的一体化压制和固态电解质层(试)制备中,以提高致密度与均匀度。干法电极片的大面积连续制备还主要依靠辊压设备来进行。对于裸电芯压制来说,等静压可有效消除电芯内部空隙,提升电极、电解质不同材料界面之间的接触效果,进而增强导电性,提高能量密度。
原位固化技术将液态的聚合物电解质前驱液通过与电解液相同的注液工艺注入到电芯内部,然后通过升温、辐照、微波、超声、电流等方式引发聚合反应,使前驱液中的聚合物单体原位聚合成聚合物电解质。原位固化技术在电解质/电极之间构建了稳健、均匀的界面,有助于抑制界面副反应并防止电极界面结构退化,从而有效改善固态电池的性能。
电解质转印工艺是一种固态电池制造中的创新技术,主要用来解决传统喷涂工艺的问题。转印法制备过程中质子交换膜不需要接触溶剂,可以有效避免质子交换膜“溶胀”问题,提高膜电极的尺寸精度和工艺稳定性,有利于膜电极大批量稳定生产。
高压化成设备或将逐步取代传统化成设备。固态电池需通过高压消除电极与电解质间的微观空隙,降低界面阻抗达40%,显著提升电池性能,化成压力要求高达60-80吨,远超传统液态锂电池。因此,传统液态锂电池的核心设备,即低压化成分容设备,压力稳定性要求低,难以满足固态电池生产需求。固态电池需要使用具备动态压力补偿功能,确保长时间施压过程中压力波动≤±0.5%,并配套真空封装技术的高压设备。