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鋰電池生產(chǎn)主要分為前中后段三個(gè)環(huán)節(jié)。鋰電設(shè)備是鋰電池生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是指利用設(shè)備將電化學(xué)物料通過(guò)各種工序制成電芯及參與電池系統(tǒng)組裝的各類設(shè)備的總稱。鋰電設(shè)備的工藝水平及其運(yùn)行情況直接影響鋰電池的性能與質(zhì)量，是決定鋰電池品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。鋰電池的制作工藝復(fù)雜，涉及的工藝眾多，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程涉及30 多道工序，需要的設(shè)備種類也很多。整體來(lái)看鋰電池生產(chǎn)主要分為前中后段三個(gè)環(huán)節(jié)，分別為前段極片制作環(huán)節(jié)、中段電芯裝配環(huán)節(jié)、后段化成檢測(cè)環(huán)節(jié)。具體如下： 固態(tài)電池憑借高性能優(yōu)勢(shì)成為下一代鋰電池，新能源汽車(chē)和低空eVTOL 等下游需求持續(xù)催化。固態(tài)電池?fù)碛懈吣芰棵芏群透甙踩詢纱箫@著優(yōu)勢(shì)，成為新能源汽車(chē)高端車(chē)型和低空eVTOL 的動(dòng)力供給首選。新能源汽車(chē)方面，比亞迪、廣汽、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞、一汽等國(guó)內(nèi)主流車(chē)企，以及大眾、寶馬、奔馳、豐田、本田、日產(chǎn)、現(xiàn)代等國(guó)外主流車(chē)企，已陸續(xù)公布了全固態(tài)電池裝車(chē)時(shí)間表，多家車(chē)企計(jì)劃于2027 年左右開(kāi)始上市搭載全固態(tài)電池車(chē)型。低空方面，隨著相關(guān)政策的不斷完善和落實(shí)，eVTOL、載人飛艇等低空飛行器的適航認(rèn)證和商業(yè)化進(jìn)程正在加快推進(jìn)。2026 年左右國(guó)內(nèi)eVTOL 主機(jī)廠商有望迎來(lái)密集取證。eVTOL、載人飛艇等低空飛行器的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)將推動(dòng)對(duì)高性能固態(tài)電池的需求增長(zhǎng)。此外，隨著人工智能、航空航天等領(lǐng)域發(fā)展，未來(lái)固態(tài)電池的應(yīng)用場(chǎng)景將進(jìn)一步拓寬。 2025-2030 年全球固態(tài)電池出貨量將迎來(lái)高速增長(zhǎng)。自2024 年開(kāi)始國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池率先進(jìn)入量產(chǎn)階段，全固態(tài)電池將提前至2027 年開(kāi)始小批量生產(chǎn)，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程呈現(xiàn)加速的勢(shì)頭。未來(lái)隨著固態(tài)電池技術(shù)不斷進(jìn)步，市場(chǎng)需求日益增長(zhǎng)，成本逐漸呈下降趨勢(shì)，尤其是國(guó)內(nèi)半固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已開(kāi)啟，國(guó)內(nèi)外主流電池廠商全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間表逐漸明朗，未來(lái)幾年全球固態(tài)電池的出貨量將得以快速增長(zhǎng)。2023 年全球固態(tài)電池出貨量約1GWh，2024 年出貨量約5GWh。根據(jù)EVTank 數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2025 年全球固態(tài)電池出貨量將超10GWh，2030 年將超600GWh，2025-2030 年的復(fù)合年均增長(zhǎng)率高達(dá)123%。 預(yù)計(jì)到2030 年固態(tài)電池在整體鋰電池中的滲透率在10%左右，市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)2500 億元。 固態(tài)電池發(fā)展，設(shè)備先行。固態(tài)電池設(shè)備是支撐固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 根據(jù)全固態(tài)電池將于2027 年開(kāi)始小批量生產(chǎn)，可以預(yù)見(jiàn)，2025 年-2026 年固態(tài)電池中試線設(shè)備需求將明顯起量。并且隨著固態(tài)電池市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，固態(tài)電池設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模也將迎來(lái)顯著增長(zhǎng)。 固態(tài)電池設(shè)備的價(jià)值量高于傳統(tǒng)鋰電設(shè)備的價(jià)值量。傳統(tǒng)液態(tài)電池單GWh 產(chǎn)能對(duì)應(yīng)的設(shè)備投資金額大約為2-2.2 億元。半固態(tài)電池和全固態(tài)電池的整體投資金額更大。半固態(tài)電池使用的是固液混合電解質(zhì)，電池中電解液的含量占比在5%～10%之間，增加涂覆固態(tài)電解質(zhì)，其電化學(xué)原理與液態(tài)鋰電池相同，基本可以沿用現(xiàn)有成熟的電池制造工藝，因此，半固態(tài)電池單GWh 產(chǎn)能對(duì)應(yīng)的設(shè)備投資金額提升30%，約為2.8 億元左右。而全固態(tài)電池的生產(chǎn)設(shè)備與傳統(tǒng)鋰電設(shè)備存在顯著差異，全固態(tài)電池單GWh 產(chǎn)能對(duì)應(yīng)的設(shè)備投資金額大概是傳統(tǒng)液態(tài)電池的2-3 倍，約為4-6 億元。 固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池的電解液和隔膜。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池由正極、負(fù)極、電解液和隔膜四大關(guān)鍵要素組成。固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池中的電解液和隔膜。 由于全固態(tài)電池采用全新的材料體系和電池結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的傳統(tǒng)鋰電池制造工藝和設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與制造，需要進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新和改進(jìn)。目前全固態(tài)電池尚未量產(chǎn)，因此，生產(chǎn)工藝并未定型，并且不同類型的固態(tài)電池生產(chǎn)工藝和制造過(guò)程會(huì)有所不同，具體取決于電池的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。但可以確定的是，全固態(tài)電池生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有的傳統(tǒng)液態(tài)電池生產(chǎn)工藝存在較大差異。主要體現(xiàn)在如下方面： 1.前段極片制作環(huán)節(jié) ? 傳統(tǒng)鋰電池：采用濕法合漿和涂布技術(shù)，將活性材料、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑混合成漿料后涂布在集流體上，隨后進(jìn)行干燥和輥壓。 ? 固態(tài)電池：引入干法電極技術(shù)，省去溶劑使用，直接通過(guò)干法合漿和涂布工藝制備極片。此外，還需額外進(jìn)行電解質(zhì)膜的涂布與輥壓，以形成固態(tài)電解質(zhì)層。 2.中段電芯裝配環(huán)節(jié) ? 傳統(tǒng)鋰電池：采用卷繞或疊片工藝，將正負(fù)極片和隔膜卷繞成電芯，隨后注入電解液并進(jìn)行封裝。 ? 固態(tài)電池：采用疊片工藝，結(jié)合極片膠框印刷和等靜壓技術(shù)，確保固態(tài)電解質(zhì)與電極之間的緊密接觸。由于全固態(tài)電池?zé)o需電解液，省去了注液工序。 3.后段化成封裝環(huán)節(jié) ? 傳統(tǒng)鋰電池：封裝后通過(guò)低壓化成激活電池。 ? 固態(tài)電池：由于固態(tài)電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率需求，化成過(guò)程趨向高壓化，以優(yōu)化電池性能。 綜合來(lái)看，全固態(tài)電池相對(duì)傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的核心生產(chǎn)工序主要區(qū)別在于：前段固態(tài)電解質(zhì)和極片制作環(huán)節(jié)，全固態(tài)電池更適配干法電極技術(shù)，增加了干法混合、干法涂布實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)膜制備；中段電芯裝配環(huán)節(jié)，固態(tài)電池采用“疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術(shù)”取代傳統(tǒng)的卷繞工藝，并刪減了注液工序；后段化成封裝環(huán)節(jié)，從化成分容轉(zhuǎn)向高壓化成分容。 3.3 固態(tài)電池發(fā)展將推動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)革新 固態(tài)電池發(fā)展將推動(dòng)電池生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)和革新。全固態(tài)電池的生產(chǎn)流程引入了干法電極、等靜壓等新技術(shù)，新增干法電極設(shè)備（替代濕法涂布機(jī)）、等靜壓設(shè)備；高壓化成的工藝變化使得新增高壓化成分容設(shè)備；疊片設(shè)備需要升級(jí)改造（提升精度）。 （一）前段極片與固態(tài)電解質(zhì)制備環(huán)節(jié)：干法電極設(shè)備是核心的增量設(shè)備 干法電極技術(shù)更適配固態(tài)電池： 干法電極技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠提高電極的壓實(shí)密度，從而提高電池能量密度。干法電極工藝是一種新型的電極制造工藝，最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠提高電極的壓實(shí)密度。目前鋰電池主要采用傳統(tǒng)的濕法電極制造工藝。濕法電極制造過(guò)程中，需要使用溶劑將活性材料、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑混合后涂布在集流體上，然后再進(jìn)行干燥、NMP 溶劑回收和輥壓。 而干法電極技術(shù)則直接將電極材料混合成干粉，通過(guò)機(jī)械壓到集流體上形成電極片。這種方法可以提高電極的壓實(shí)密度。對(duì)于固態(tài)電池而言，更高的壓實(shí)密度意味著在相同體積下可以容納更多的正負(fù)極材料，從而提高電池的能量密度。 干法電極技術(shù)更適配固態(tài)電池等高能量密度電池。干法電極技術(shù)的理念與固態(tài)電池類似，在全固態(tài)電池中，硫化物電解質(zhì)對(duì)有機(jī)溶劑較敏感，同時(shí)金屬鋰容易與溶劑反應(yīng)導(dǎo)致膨脹，傳統(tǒng)的PVDF-NMP 體系黏結(jié)強(qiáng)度有限，而干法電極中由PTFE（聚四氟乙烯）原纖維化構(gòu)成的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以抑制活性物質(zhì)顆粒的體積膨脹，防止其從集流體表面脫落。此外，采用干法電極工藝，固態(tài)電池的極片制造過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)完全干燥，消除濕法工藝烘干后溶劑分子的殘留問(wèn)題。因此，干法電極技術(shù)更適用于固態(tài)電池生產(chǎn)中。干法電極技術(shù)工藝簡(jiǎn)化提升效率，具有成本優(yōu)勢(shì)，有利于推動(dòng)固態(tài)電池商業(yè)化。干法電極工藝可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低成本，提高生產(chǎn)效率。干法極片制造無(wú)需NMP 溶劑，在極片制作環(huán)節(jié)可減少烘干及溶劑回收環(huán)節(jié)，將電極制造過(guò)程一體化，將濕法工藝所需的混合、制漿、涂布、干燥、輥壓等過(guò)程一體化，工藝流程更簡(jiǎn)單，設(shè)備占地面積更小。 根據(jù)納科諾爾預(yù)計(jì)，干法電極量產(chǎn)后可降低電池成本10%以上。并且流程簡(jiǎn)化后的干法電極技術(shù)適配電池極片的大規(guī)模生產(chǎn)。因此，干法電極技術(shù)被認(rèn)為是推動(dòng)固態(tài)電池商業(yè)化的重要技術(shù)之一。 目前干法電極技術(shù)的關(guān)鍵難點(diǎn)：根據(jù)納科諾爾介紹，目前干法電極技術(shù)的關(guān)鍵難點(diǎn)在于混合電極材料粉末的均勻性以及成膜的一致性。在設(shè)備領(lǐng)域，干法工藝對(duì)輥壓的精度、均勻度以及壓實(shí)密度的要求會(huì)更高。 （二）中段電芯裝配環(huán)節(jié)：采用“疊片+極片膠框印刷+等靜壓技術(shù)” ①疊片機(jī)：固態(tài)電池不適用卷繞設(shè)備，需要使用疊片機(jī)，且精度要求更高。 無(wú)論固態(tài)電池還是液態(tài)電池都需要用到疊片機(jī)，但由于固態(tài)電池的固態(tài)電解質(zhì)具有脆性特性，且對(duì)設(shè)備的精度和穩(wěn)定性要求更高，使得其需要進(jìn)行更多的疊片工藝，因此，固態(tài)電池制造所需要的疊片機(jī)需求也會(huì)增加。 ②固態(tài)電池極片膠框覆合技術(shù)：提升固態(tài)電池極片貼合度，避免內(nèi)短路問(wèn)題現(xiàn)有的固態(tài)電池生產(chǎn)工藝仍不成熟，存在一些不足之處，當(dāng)極片料卷在完成裁斷工序后與其他極片進(jìn)行復(fù)合、以制備固態(tài)電池電芯時(shí)，難以確保相鄰的極片之間具有高的貼合度，從而導(dǎo)致固態(tài)電池電芯的質(zhì)量下降。根據(jù)利元亨公開(kāi)的專利技術(shù)，其提出了一種固態(tài)電池極片膠框覆合方法、裝置及疊片設(shè)備，能夠提升固態(tài)電池電芯中的相鄰極片之間的貼合度，保證固態(tài)電池電芯的質(zhì)量佳。 ③等靜壓機(jī)為核心增量設(shè)備之一等靜壓技術(shù)用于改善固態(tài)電池固固界面接觸問(wèn)題。 生產(chǎn)固態(tài)電池一般是將正極、固態(tài)電解質(zhì)、負(fù)極堆疊在一起組裝。考慮到固態(tài)電解質(zhì)要與電極形成良好的固固界面接觸、在循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生接觸損耗以及要抑制鋰枝晶形成等，堆疊時(shí)需要新增加壓設(shè)備，施加超過(guò)100MPa 壓力使各材料致密堆積。傳統(tǒng)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(jìn)而影響固態(tài)電池的性能。 等靜壓技術(shù)基于帕斯卡原理，金屬、陶瓷、復(fù)合材料和聚合物等材料都能實(shí)現(xiàn)致密化，消除孔隙。對(duì)于固態(tài)電池而言，等靜壓技術(shù)可以有效消除電芯內(nèi)部的空隙，確保電解質(zhì)材料達(dá)到理想的致密化程度，提升電芯內(nèi)組件界面之間的接觸效果，從而顯著提升離子電導(dǎo)率30%以上，降低電池內(nèi)部電阻率20%以上，循環(huán)壽命提升40%，大幅改善電池性能。而等靜壓成型需要用到的設(shè)備為等靜壓機(jī)。 目前等靜壓技術(shù)在固態(tài)電池制造領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)：等靜壓技術(shù)本身是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，在陶瓷、粉末冶金等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。然而，在固態(tài)電池領(lǐng)域的應(yīng)用仍處于探索和發(fā)展階段，技術(shù)成熟度相對(duì)較低。目前等靜壓技術(shù)在固態(tài)電池領(lǐng)域的推廣仍然面臨著如何選取合適的壓制溫度和壓力組合，以及如何控制壓實(shí)質(zhì)地，如何提高生產(chǎn)效率與良率等挑戰(zhàn)。 （三）后段化成封裝環(huán)節(jié)：新增高壓化成設(shè)備 高壓化成設(shè)備將替代傳統(tǒng)化成設(shè)備常規(guī)的鋰電池化成壓力要求為3-10 噸，而固態(tài)電池化成的壓力要求提高至60-80 噸。 固態(tài)電池需要高壓化成的核心原因在于其獨(dú)特的固-固界面特性和離子傳導(dǎo)機(jī)制，這與傳統(tǒng)液態(tài)電池的化成過(guò)程存在本質(zhì)差異。 1 解決固固界面接觸問(wèn)題：固態(tài)電解質(zhì)與電極之間是剛性接觸，存在微觀空隙和接觸不良，必須通過(guò)高壓（通常60-100MPa）壓制才能消除界面空隙，增大有效接觸面積；促進(jìn)固態(tài)電解質(zhì)與電極的物理/化學(xué)結(jié)合。 2 激活離子傳導(dǎo)通道：固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，需要高壓化成實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制鋰離子穿透固固界面屏障，在界面處形成離子導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，以及降低界面阻抗。