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固態電池:全固態電池相比于液態電池,采用固態電解質取代液態電解質,是實現固態鋰電池高能量密度、高循環穩定性和高安全性能的關鍵。因此相比起液態電池,固態電池有許多優勢,是鋰電池未來的發展方向。
固態電池工藝的獨特工序:固態電池工藝的核心特點在于用固態電解質代替了液態電解質,分別為氧化物、硫化物、聚合物。相比液態電池,固態電池工藝有幾大獨特點,集中在前中段工序:1)正極材料需要與固態電解質形成復合正極;2)負極材料的制備有所不同;3)中段工藝中不可用卷繞,只能用疊片;4)取消注液環節。獨特固態電池工序,呼喚全新一代電池設備,打開廣闊的市場空間。


固態電解質成膜工藝:固體電解質膜為全固態電池獨有結構,取代了液態電池的隔膜和電解液。此工藝環節的決定了固體電解質膜的厚度,過厚會降低固態電池的能量密度、提高電池內阻;過薄則機械性能會變差,可能引起短路。固態電解質成膜工藝是固態電池制造的核心環節,可以分干法工藝與濕法工藝。濕法工藝簡單且成熟,適用于規?;a。干法工藝能夠有效降低成本,對環境友好。
正極制備:在固態電池工藝中,以固態形式存在的電解質的注入被提前了。正極材料的制備環節中,需要將正極活性物質與固態電解質粉混合,經過燒結等手段形成復合正極。
負極制備:與液態電池不同,固態電池的負極材料使用的是鋰金屬,也需要一些具體工藝上的改變。
核心觀點:前段工序的三項改變,呼喚全新的電池設備。固態電池市場前景廣闊、技術壁壘高,是電池設備廠商的必爭之地。

干法電極VS濕法電極:兩者極片制造方式核心區別在于流程中有無溶劑。由于降本、性能等優勢,業界正在從濕法電極走向干法電極。
1)濕法電極:用活性材料、導電添加劑、溶解在溶劑中的粘結劑混合而成的漿料,按要求濕涂在集流體表面,然后烘干以去除溶劑。
2)干法電極:在無溶劑的環境下,將活性材料、導電劑和固態粘合劑進行干法混合后,將其輥壓覆蓋在集流體表面來形成電極。干法技術在固態電池享有突出的工藝優勢:干法工藝相比起傳統濕法工藝有諸多優勢,或將成為未來固態電池制造的主要方向。
1)干法電極拋棄傳統液態溶劑,與固態電池設計理念類似:固態電池的成品不存在液態物質。在干法技術的賦能下,固態電池的極片制造過程可以實現完全干燥,消除了濕法工藝烘干后,溶劑分子的殘留問題。也有效去除了溶劑成本與烘干成本。
2)多種固態電解質不適合用濕法:硫化物電解質與極性有機溶劑會產生強烈的絡合反應,澆鑄后無法完全去除溶劑,硫化物電解質會被溶解,氧化物電解質也會與有機溶劑發生反應,嚴重影響離子導電性,降低性能,因此干法電極在硫化物固態電池優勢顯著。

疊片機或成為固態電池主流:在液態電池的制造中,電池極片可用卷繞或者疊片的方式。目前液態電池制造流程中,無論從規模經濟還是成本進行考慮,卷繞工藝會更主流一些。但是固態電池由于其固態電解質的特性,如氧化物和硫化物韌性較差,疊片工藝會比卷繞工藝更加合適,可能成為未來的方向。
固態電池疊片工藝與液態電池有顯著不同,需要對原有疊片機進行改良:液態電池的疊片/卷繞環節是講正負極片與隔膜有序裝配,而固態電池則是將正負極片與固態電解質進行裝配,因此疊片機設備廠商應該對現有的液態電池疊片設備進行優化。
疊片機較卷繞機價值量更高,市場規模前景廣闊:從傳統的單條產線來看,一條產線需要10臺卷繞機,按照300-350萬元/臺的價格,一條產線下卷繞機的價值大概3000-3500萬元。一條產線需要的疊片機數量與電池片數有關,中航鋰電的一條產線一般需要10臺切疊一體機,按照600萬元/臺的價格,一條產線的疊片機價值量大概為6000萬元,蜂巢短刀電池的一條產線需要20臺切疊一體機,一條產線的疊片機價值量大概1.2億元。在固態電池時代,疊片設備市場規模的前景有望更加廣闊

等靜壓機會是全固態電池當中核心增量設備:等靜壓機是一種能提供更高壓力的設備,但是液態電池的傳統熱壓、輥壓方案提供壓力有限且施加壓力不均勻,難以保證致密堆積的一致性要求,進而影響固態電池性能。而等靜壓機或將成為合適的解決方案,等靜壓技術可以有效消除電芯內部的空隙,提升電芯內組件界面之間的接觸效果,進而增強導電性,提高能量密度。
國內大廠積極布局固態電池等靜壓環節:等靜壓機之前一般用于陶瓷、合金、石墨等領域的加工,在固態電池領域仍處于探索階段,并且在對全固態電池進行等靜壓成型時,其壓力一般超過400Mpa,對設備有著高性能要求。目前,寧德時代、比亞迪、利元亨等國內鋰電產業鏈大廠都在積極布局等靜壓技術。其中,利元亨已經提出了固態電池電芯等靜壓處理方法、裝置及生產線專利。
國內等靜壓機企業異軍突起,為固態電池的應用打下供應鏈基礎:近年來,以中國鋼研等為首的國產等靜壓機廠商進步明顯。其中,中國鋼研的HIPEX1850 是目前世界第二大尺寸的熱等靜壓裝備,可應用于航空航天等領域大型核心零部件的加工。
