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设备先行,固态电池生产设备全解析

桥豆麻袋   / 06月18日 08:07 发布

固态电池凭借其高能量密度、高安全性等优势,正逐渐成为电池技术发展的重要方向。而设备是固态电池量产的关键,其核心在于解决固态电解质与电极材料的界面接触和高效制备等难题。 全固态电池在设备环节的变化较大,不同工艺路线下所需的设备不同。

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前段:电解质与电极制备。电极制备中,干法电极涂布机采用无溶剂工艺,经辊压纤维化与热压成型,能缩短周期、降本增效,提升电池能量密度;湿法电极涂布机沿用传统锂电工艺,适用于成本敏感场景。电解质层制备因材料而异,氧化物电解质用流延机或磁控溅射设备成膜,硫化物电解质依赖真空蒸镀与热压成型设备,聚合物电解质则靠溶液浇铸和热压设备,均需注重与电极的界面适配。

中段:电芯组装。固态电解质脆性大,高精度叠片设备成主流,需配备微米级视觉定位与柔性抓取机构,解析效率与检测能力较液态电池叠片机提升超30%。等静压机通过液态介质均匀施压,将电芯压力误差控制在±2 内,降低内部阻抗 25%-35%,优化电池性能。

后段:化成与封装。化成分容设备呈高压化,固态电池化成压力达60-80吨,超常规电池的3-10吨,需高强度结构与精准压力控制。封装时,半固态电池需真空注液机实现微升量级精准注液;全固态电池对气密性要求极高,外壳封装泄漏率需达 10⁻⁵ Pa・m³/s。

产业层面,半固态电池已量产,设备需求集中于改良涂布机、辊压机等;全固态电池处于产业化前期,设备迭代加速,前段干法电极设备价值占比升至35%-40%,中后段叠片机、等静压机及化成分容设备也在技术革新,推动产业链变革。

  

01  电解质层制备设备 

电解质层制备设备对固态电池的性能起着决定性作用。其高精度的涂覆或沉积功能,是保障电解质层均匀性以及与电极良好界面结合的关键,直接影响离子传导效率与电池稳定性,在固态电池生产设备体系中占据极高的价值地位。 

目前虽无专门聚焦于电解质层制备设备的上市公司,但在相关材料及技术研发方面,上海洗霸有所布局,其与中科院合作拥有氧化物固态电解质吨级中试线,2024 年产能达百吨级,在电解质材料供应上具备一定优势,间接关联电解质层制备环节;

三祥新材作为锆基固态电解质原材料龙头,氧氯化锆全球市占率超 50%,已向清陶能源送样认证,为电解质层制备提供基础材料。 

 

02  干法电极涂布机 

干法电极涂布机凭借无溶剂工艺,在提升电极性能的同时,显著缩短制程、降低能耗,契合固态电池高效、低成本生产的需求。据美国干电极设备供应商 AM Batteries披露,采用干法设备可在电极制造中节省 40% 的资本支出和 20% 的运营支出 ,降本增效作用显著,在固态电池前段生产设备中价值含量极高。 

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先导智能:作为全球锂电设备龙头,为韩国客户交付了干法电极涂布设备,在该领域技术领先且具备市场先发优势。

纳科诺尔:已推出干法电极多个辊压设备(辊压机是干法工艺的核心设备之一),目前正在进行电芯级别测试;

赢合科技:在 2024 年上半年发布了干法电极辊压机设备,可大幅提升极片制造效率,节约生产成本 。 

 

03 等静压机 

等静压机在固态电池生产中,用于对极片或电芯进行致密化处理。它利用液体介质均匀施加压力的特性,使电芯内部各组件紧密贴合,有效消除空隙,减少界面阻抗,增强导电性,进而提升电池的能量密度和整体性能。实验数据显示,经过等静压处理的固态电解质层,其离子电导率可提升 30% 以上,电池内阻降低 20% 以上,循环寿命提升 40% ,对固态电池性能优化效果显著,在中后段生产设备中价值突出。 

太原中平科技虽未上市,但其等静压机产品能够在 600MPa 压力下满足研发与生产需求;在上市公司中,目前暂无专门以等静压机为主营产品应用于固态电池生产的企业,但部分锂电设备综合供应商如先导智能等,其业务范畴可能涵盖等静压机相关技术研发与产品供应。 

 

04  全固态叠片 / 卷绕机 

由于固态电解质具有脆性,传统的卷绕方式难以适用,因此叠片工艺在固态电池生产中更为常见。全固态叠片 / 卷绕机承担着将正负极片与固态电解质层精确叠放或卷绕成电芯的重任,其操作精度与对固态电解质特性的适配性,直接关乎电芯质量与性能,在固态电池电芯组装设备中占据核心价值地位。相较于液态电池叠片机,固态电池叠片机需增强解析效率及在线检测精度,设备价值量比液态高 10%-20% 。 

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海目星、科瑞技术、先导智能、利元亨等企业均在叠片设备领域深入布局。

先导智能:作为全球领先的全固态电池整线方案商,其叠片设备技术成熟且已向欧美日韩等头部客户交付相关设备

利元亨:是清陶能源核心设备供应商,覆盖化成分容、激光焊接等关键环节,深度绑定固态电池量产线建设,其叠片设备也在固态电池生产中发挥重要作用。 

海目星:整线设备供应。是欣界能源全球首款高能量锂金属固态电池 “猎鹰” 的整线设备总包商,为其提供总价值 4 亿元的2GWh电池自动化生产线设备。还向中创新航交付硫化物固态电池中试线设备,涵盖正负极涂布、硫化物电解质涂布、正负极辊压、电解质和极片复合、叠片等关键设备。


05 真空注液 / 封装设备 

对于半固态电池,真空注液设备需精确注入微量电解液,是保障半固态电池内部化学体系稳定的关键;封装设备则为电芯提供密封防护,防止外界因素干扰电池内部,极大地影响电池的安全性与使用寿命,在半固态电池后段生产中价值关键。 

在真空注液设备方面,杭可科技有所布局,其在锂电后段设备领域有一定技术积累,可提供相关解决方案;在封装设备领域,科森科技与比亚迪刀片固态电池合作,实现航天级气密性,其铝塑膜 - 金属复合封装技术良品率高达 99.8% ,在电池封装环节技术优势明显。 

 

06  高温烧结炉 

在氧化物固态电池生产中,高温烧结炉对电解质层进行高温致密化处理,优化电解质层微观结构,提升离子传导效率,进而全方位优化电池整体性能,是氧化物固态电池生产的关键专用设备,价值含量高。

但目前暂无专门针对固态电池生产用高温烧结炉的上市公司,但在工业炉窑制造领域,部分企业的技术与产品经过改进可能适用于固态电池高温烧结环节,如一些具备高温热处理设备研发制造能力的企业,其技术可向该领域延伸。 赛道投研

 

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