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設(shè)備:前道環(huán)節(jié)工藝仍有分歧,后道高壓設(shè)備持續(xù)迭代
固態(tài)電池新技術(shù)新工藝涌現(xiàn),設(shè)備端前后道有較大改進(jìn)空間。固態(tài)電池生產(chǎn)對(duì)于設(shè)備的精度大幅提升,在均勻程度的要求上是微米級(jí)甚至納米級(jí)。前道成膜設(shè)備仍無(wú)法達(dá)到要求,濕法和干法路線均有優(yōu)劣勢(shì);中道極片膠框印刷、疊片機(jī)需解決Overhang的相互切斷問(wèn)題;后道高壓化成分容需使用等靜壓設(shè)備,目前已從立式迭代至臥式,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。固態(tài)電池設(shè)備壁壘大幅提升,目前生產(chǎn)設(shè)備仍不成熟,需進(jìn)行特定化開(kāi)發(fā)升級(jí),預(yù)計(jì)后續(xù)持續(xù)涌現(xiàn)新方案和新技術(shù)。
前道成膜:濕法仍為短期主流方案,干法為未來(lái)發(fā)展大趨勢(shì)
◆ 固態(tài)電解質(zhì)成膜為制造核心工藝,濕法路線相對(duì)成熟,干法路線潛力更大,為未來(lái)發(fā)展大趨勢(shì)。全固態(tài)電池中,硫化物電解質(zhì)對(duì)極性有機(jī)溶劑較為敏感,此外金屬鋰負(fù)極容易與溶劑反應(yīng),主流思路為切換干法電極工藝,但目前干法工藝不成熟,難點(diǎn)在于厚度、壓實(shí)、幅寬、跑速等,主流廠商仍以濕法工藝為主,選取特定溶劑,實(shí)現(xiàn)較薄的固態(tài)電解質(zhì)膜厚度,但干法仍為未來(lái)發(fā)展大趨勢(shì)。干法電極方面,主要變化在于混料、纖維化和成膜,混料+纖維化相關(guān)標(biāo)的宏工科技,曼恩斯特等,成膜相關(guān)標(biāo)的納科諾爾、先惠技術(shù)、利元亨等。
中后道:疊片機(jī)要求大幅提升,等靜壓設(shè)備仍無(wú)法替代
◆ 中道疊片機(jī)需升級(jí)改造,新增極片膠框印刷。全固態(tài)電池為防止短路,正極、負(fù)極、電解質(zhì)面積不同,極片會(huì)在高度致密化后成為鋒利的刀片,如果有錯(cuò)位或者面積不同,會(huì)產(chǎn)生相互切斷的情況。因此疊片機(jī)需改造升級(jí),精度提升幾個(gè)數(shù)量級(jí),此外新增極片膠框印刷,減少氣流擾動(dòng)等工序,相關(guān)標(biāo)的先導(dǎo)智能、德新科技、贏合科技等。
◆ 后道等靜壓設(shè)備仍無(wú)法替代,迭代至臥式實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。全固態(tài)電池一體化疊片存在固-固界面接觸問(wèn)題,需通過(guò)施加壓力等手段來(lái)進(jìn)行改善,主要采用等靜壓設(shè)備,一般溫度在80-120℃,壓力在500MPa左右,從各個(gè)方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行均勻加壓,進(jìn)而獲得堅(jiān)實(shí)的坯體,等靜壓設(shè)備已迭代至臥式實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn),相關(guān)標(biāo)的包頭科發(fā)(非上市)、利元亨、納科諾爾等。
材料:硫化鋰/鋰金屬為降本關(guān)鍵,未來(lái)具備較大降本空間
◆ 硫化鋰/鋰金屬為降本關(guān)鍵,相關(guān)生產(chǎn)工藝持續(xù)突破,未來(lái)具備較大降本空間。固態(tài)電池原材料中,價(jià)值量較高的為固態(tài)電解質(zhì)+鋰金屬負(fù)極。固態(tài)電解質(zhì)(鋰磷硫氯)具備生產(chǎn)壁壘,核心在于產(chǎn)品穩(wěn)定性,目前僅少量企業(yè)可實(shí)現(xiàn),目前價(jià)格在300-500萬(wàn)元/噸,硫化鋰為量產(chǎn)降本核心,因?yàn)槠浠顫娦暂^高,目前眾多企業(yè)開(kāi)啟布局,勝出關(guān)鍵在于找到有效的降本方式。鋰金屬負(fù)極也具備制造壁壘,核心在于產(chǎn)品減薄和平整,目前價(jià)格500-1000萬(wàn)元/噸,新工藝為量產(chǎn)降本的關(guān)鍵,蒸鍍PVD具備降本+改性的雙重優(yōu)勢(shì),有望推動(dòng)鋰金屬電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。近期看,硫化鋰/鋰金屬的生產(chǎn)工藝均在持續(xù)突破,未來(lái)具備較大降本空間。
硫化鋰:固態(tài)電解質(zhì)降本的關(guān)鍵,固相/液相法各有利弊
硫化物主流合成工藝有四種,其中碳熱還原法和液相法具備成本優(yōu)勢(shì),此外CVD法等新工藝也有較大潛力,未來(lái)待工藝、設(shè)備突破后,有望大幅降低硫化鋰成本。硫化鋰為固態(tài)電池降本的核心,目前行業(yè)合成主流為鋰硫燃爆法(直接固相法),廠商反饋性能較好,但生產(chǎn)成本較高,主要為有研新材、贛鋒鋰業(yè)、凱亞達(dá)等;未來(lái)具備降本潛力的為溶劑法和CVD法,其中溶劑法為容百科技、恩捷股份、天賜材料等,細(xì)分為碳熱還原法和液相法,生產(chǎn)成本相對(duì)較低,但溶劑難以去除,燒結(jié)后成炭大幅影響性能,廠商反饋性能待進(jìn)一步優(yōu)化;CVD法為新工藝,廠商反饋性能較好,但生產(chǎn)成本相對(duì)較高,主要為能耗和生產(chǎn)效率問(wèn)題,未來(lái)待工藝、設(shè)備突破后,成本有望實(shí)現(xiàn)大幅改善,相關(guān)廠商為廈鎢新能等。
鋰金屬:蒸鍍PVD技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破,具備降本+改性的雙優(yōu)勢(shì)
蒸鍍鋰金屬技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破,具備降本+提升循環(huán)雙優(yōu)勢(shì)。鋰金屬負(fù)極傳統(tǒng)采用軋制工藝,無(wú)法解決減薄和平整問(wèn)題,限制鋰金屬電池的應(yīng)用發(fā)展。蒸鍍鋰金屬工藝實(shí)現(xiàn)突破,具備的優(yōu)勢(shì)有:1)鋰帶厚度可降至2-3μm(傳統(tǒng)軋制15-20μm),可顯著降本和提升能量密度;2)原子級(jí)沉積工藝,可精準(zhǔn)控制蒸發(fā)量,表面形貌可制造極其均勻,并可摻雜合金元素,改善鋰金屬負(fù)極性能,最終提升電池的安全性+循環(huán)壽命。因此,蒸鍍鋰金屬具備降本+提性的雙優(yōu)勢(shì),有望大幅提升鋰金屬固態(tài)電池性能,進(jìn)而推動(dòng)鋰金屬電池的應(yīng)用發(fā)展,相關(guān)廠商為英聯(lián)股份等。
集流體:銅箔易被硫化物腐蝕、后續(xù)或迭代至不銹鋼箔
◆ 銅集流體易被硫化物腐蝕、后續(xù)或迭代至不銹鋼集流體。固態(tài)電池中,在無(wú)水環(huán)境下,硫化物電解質(zhì)對(duì)銅箔幾乎呈惰性,但實(shí)際工況下,存在痕量的水(即使是ppm級(jí))也會(huì)導(dǎo)致銅箔被硫化物電解質(zhì)腐蝕,界面處產(chǎn)生大量的腐蝕副產(chǎn)物,銅箔機(jī)械強(qiáng)度迅速降低,導(dǎo)致全固態(tài)電池性能?chē)?yán)重下降。因此在實(shí)際應(yīng)用中,銅表面需進(jìn)行嚴(yán)苛的防腐蝕處理,進(jìn)而減少硫化物電解質(zhì)的腐蝕,但實(shí)際操作難度較大,更優(yōu)的方案是更換不銹鋼集流體。
◆ 三星SDI已推出相關(guān)產(chǎn)品、難點(diǎn)在于極薄化+提升導(dǎo)電性。24年7月,三星SDI展出固態(tài)電池產(chǎn)品,引入鋰磷硫氯+銀碳負(fù)極+不銹鋼集流體,能量密度實(shí)現(xiàn)900Wh/L(約450Wh/kg),循環(huán)壽命超過(guò)1000次,計(jì)劃27年前進(jìn)行正式量產(chǎn)。因此,不銹鋼集流體相關(guān)產(chǎn)品已達(dá)小試階段,并對(duì)循環(huán)壽命提升有重要意義。但不銹鋼箔與銅箔相比,雖耐腐蝕性大幅提升,導(dǎo)電性大幅下降,并且機(jī)械性能差,因此目前制造仍不成熟,目標(biāo)生產(chǎn)出7-10μm、表面無(wú)褶皺、導(dǎo)電性較好的產(chǎn)品。因此不銹鋼集流體具備較高壁壘,核心難點(diǎn)在于減薄和改性,價(jià)值量預(yù)計(jì)高于傳統(tǒng)銅箔2-3倍,,相關(guān)廠商為甬金股份等。
鹵化物:硫化物的降本方案之一,實(shí)際應(yīng)用效果仍待驗(yàn)證
鹵化物介于氧化物與硫化物之間,近一年進(jìn)展相對(duì)較快,但實(shí)際應(yīng)用效果仍待驗(yàn)證。理論上,鹵化物固態(tài)電解質(zhì)既具有高于氧化物固態(tài)電解質(zhì)的氧化電位,又具有與硫化物接近的易變形性和接近的離子電導(dǎo)率,但鹵化物的還原電位不夠低,無(wú)法與金屬鋰負(fù)極匹配,需要包覆等方式解決,整體成本、性能處于硫化物和氧化物之間。近一年,國(guó)內(nèi)對(duì)于鹵化物的熱度快速提升,尤其含鋯的Li2ZrCl6材料,其具備低成本的優(yōu)勢(shì),成為寧德時(shí)代、清陶能源等公司嘗試突破的方向之一,未來(lái)有望與硫化物復(fù)合應(yīng)用,穩(wěn)定正極界面層,并實(shí)現(xiàn)降本的效果,但技術(shù)難度預(yù)計(jì)較高,實(shí)際應(yīng)用效果仍待驗(yàn)證。