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固态电池产业催化不断,固态&PCB共振,技术多点开花,附固态电池干法湿法工艺设备探讨纪要

球球哥   / 06月21日 20:46 发布

固态电池产业催化不断,技术多点开花

产业进展:

1、6月19日-20日,第五届中国国际固态电池科技大会暨2025先进电池材料与智能装备技术展将于合肥举办。

2、日产确认将在 2028 年推出首款采用固态电池技术的车型。电池能量密度提升约 30%,同时降低成本,并在冷热温差中提供更稳定的性能。

3、瑞固新材硫化物固体电解质工厂正式投产。项目一期百吨级产线已正式投产,二期千吨级产能建设正在加快推进。预计到2028年,公司整体产能将实现指数级增长。同时与星源材质签署战略合作协议,双方将依托各自技术优势,共同开发高性能固体电解质膜及相关产品。

技术进展:

1)节奏上:25-26年各企业中试,今年H2企业有一轮给工信部的课题进展汇报,26年部分企业有望迈向量产线,27年预计更大规模装车测试,商业化预计先从机器人、低空开启,看27-28年,车预计在29年以后。

2)路线:能量密度突破的核心中期在于电解质+负极,硫化物沿高纯度&降本迭代,负极硅碳预期为中期过渡,锂金属为长期方向,痛点在控制锂枝晶&降本,正极侧中期高镍三元,长期向富锂锰基迭代;负极端干法设备预计较快落地,正极侧相对较慢。

3)投资策略:坚守三大增量环节,设备(干法纤维化、干法辊压、电解质转印为核心增量环节,标的宏工、纳科、璞泰来)、硫化锂(固态量产最大瓶颈,标的厦钨)、锂金属负极(负极终极路线,压延、蒸镀、液相均值得关注,标的英联、天铁、中一、道氏);后续新增重点关注环节包括:富锂锰基(正极长期迭代方向,关注容百、盟固利)、集流体上变化(铁基、复合等,关注甬金、宝明)、锂负极激光设备(海目星)、等静压设备等。

铜箔板块盈利筑底,固态&PCB形成共振

1、传统锂电铜箔面对行业供需错配和技术迭代等挑战亟需破局。固态电池材料体系变革对负极集流体提成新要求,一方面,从“析锂”到“高强高延”到“抗腐蚀”,另一方面,持续降本减重突破成本天花板。24年铜箔行业全面亏损,供应格局重构集中。25Q1多家铜箔厂商实现扭亏,印证盈利修复逻辑。伴随产品升级和结构调整,盈利拐点确立。

2、固态方面,多孔铜箔、镀镍铜箔、锂铜复合带等新技术持续送样,打开新技术周期:

诺德股份:耐高温双面镀镍铜箔全球首发亮相。适用于硫化物全固态电池,已经送往头部客户进行送样检验。

中一科技:锂铜金属一体化复合负极材料技术已落地,并积极和客户进行协同开发,拥有多种技术储备,包括不锈钢、镀镍铜箔、多孔铜箔等,大多处于实验室样品阶段和客户技术对接中。

德福科技:自主研发生产的雾化铜箔和多孔铜箔产品可作为固态电池应用的解决方案,已完成近70余家客户送样,均处于电芯测试阶段。同时迭代镀镍铜箔进展顺利。

嘉元科技:全固态及半固态电池所用铜箔已实现小批量供应。

铜冠铜箔:已经开发中、高抗拉强度等锂电铜箔、网状三维结构铜箔等高端锂电铜箔产品适用固态电池和半固态电池的铜箔产品。

3、PCB铜箔要求更快速、更低损耗的信号传输,高频高速电子箔的生产难度和技术壁垒高筑,市场需求空间大,主要由日韩电池厂商垄断,打开国产替代空间。

当前头部铜箔厂商均在布局送样和小批量出货,节奏不一但趋势确立。随销售结构改善有望支撑铜箔盈利中枢上移。


固态电池干法湿法工艺设备探讨
一、固态与液态电池成本大比拼,全固态量产线成本居高
全固态量产线设备投资远超液态: 目前半固态电池量产早于固态电池,且已有应用。单G瓦时投资额方面,全固态量产线成本远高于液态。前段全固态约1.6亿/G瓦时,液态6000 - 7000万/G瓦时;中段全固态接近3亿/G瓦时,液态6000万/G瓦时;后段全固态接近5000万/G瓦时,液态3000万/G瓦时。整条线全固态4 - 5亿,液态1.5 - 2亿。未考虑降本,降本需产业链完善和设备规模生产。
固态电池制造成本多维度降低: 固态电池制造成本虽单位设备投资额高,但能耗至少比液态降低30%,因液态涂布等工序能耗高。且固态所用厂房面积不到液态一半,生产工序缩短至少30%,人力投入至少降低30%,自动化程度高时可降低50%,生产周期缩短至原来1/3。原材料用量减少,除固态电解质外其他成本降低,如粘结剂和导电剂用量降低30%。合格率从液态的95%以下提升至全固态的98%以上。
二、固态电池质量与竞争态势:差异仍存,合格率显著提升
不同厂家固态电池质量有别: 即便设备和材料相同,不同电池厂家生产的固态电池仍有差异,产品质量一致性取决于厂家工艺和管控水平。工序缩短会缩小差异,但难以完全消除。目前行业格局未明。
固态电池合格率大幅提升缘由: 液态电池湿法工艺对涂布要求高,不均匀会导致局部膨胀等问题。固态电池缺陷环节减少,核心在于搅拌和碾压工序,管控好这两个工序,后续测试和压合按自动化设备操作,合格率可直线上升。液态工序超10个,固态约4个,每个工序合格率超99%。
三、固态电池设备制造:压实与温湿控制难题待解
固态电池压实密度与压力挑战大: 固态电池压实密度较液态翻倍,达到3.5g/cm³以上,液态约2.5g/cm³,对应压力从液态的几十吨提升至固态的100吨起步。压力越大,对均匀性要求越高,压力波动需控制在0.5兆帕以内,否则会导致缝隙、脱落和内阻增加。
固态电池压制作业温湿要求苛刻: 压制作业需加温,温度在150 - 200度之间,且温度一致性要求高,过高或过低会影响材料粘结效果。处理硫化物时,对水分要求极高,露点需小于 - 4度。
四、固态电池材料与工艺:环境、工艺及粘结剂问题凸显
固态电池材料与环境管控要求升级: 固态电池正极材料与固态电解质粘合,需改善环境管控,避免材料与外界反应。正极材料升级可能采用高镍、补锂、单晶化等材料,对环境纯度和加工过程管控要求更高。目前工艺未突破,仍在试产和实验阶段,需进行多种实验和配方搭配。
干法与湿法工艺各有优劣,固态碟片精度要求高: 干法制备固态电解质膜阻抗较液态高约30%,但无溶剂残留问题;湿法有溶剂,易搅拌均匀,但溶剂残留会导致阻抗增加和分解等问题,更适用于氧化物固态电解质。固态碟片需开发分切碟片一体机,精度要求高,碟片精度0.1毫米(液态0.3毫米),边缘毛刺小于10微米(液态50微米),切割精度提升一倍,速度要求达到80PPM以上(液态50PPM左右),分切机成本投入超1亿。
干法粘结剂问题待解,多类粘结剂处于尝试阶段: 干法工艺中使用PTFE会对负极锂效能有削弱,产生锂的副反应,可采用参规补锂技术解决。目前各类粘结剂都在尝试,包括聚异丁烯等,产品处于更新迭代阶段,解决程度需进一步验证。
五、全固态电池未来展望:设备成本下降,发展仍需时间
全固态电池设备成本有望逐年降低: 全固态电池需求增加,设备厂家有资金开发,设备成本乐观估计每年可降30%,有望在2028 - 2030年与传统设备成本接近持平。
全固态电池发展滞后,2030年左右或迎较好发展: 全固态电池发展滞后于半固态,成本降低需产业链完善和终端需求提升,预计到2030年左右全固态电池才能有较好发展。
Q&A
Q1: 估算量产线单G瓦时全固态电池的投资额,以及各环节的量化指标和与液态电池单瓦时投资额的对比,扩产1G瓦时,液态和固态电池资本开支是否考虑降本?
A1: 单G瓦时全固态电池投资额及各环节量化指标与液态电池对比如下:前端,固态大概要1.6 - 1.7亿/G瓦时,液态只需6000 - 7000万/G瓦时,固态比液态成本投入高接近150%;中段,固态成本接近3亿/G瓦时,液态为6000万/G瓦时,固态成本是液态的5倍以上;后端,固态接近5000万/G瓦时,液态为3000万/G瓦时。整条生产线,固态投入4 - 5亿,液态投入1.5亿左右,加上其他费用接近2亿。扩产1G瓦时,液态资本开支算上厂房等要2亿出头,设备1.5亿;固态4 - 5亿。目前计算未考虑降本,因设备单台较贵且产业链不完善,降本需产业链完善使原材料降价,以及设备规模生产。
Q2: 固态电池包括干法,制造成本大大降低体现在什么地方?
A2: 固态电池制造成本大大降低体现在以下方面:能耗上,液态电池整个流程对温湿度要求高,涂布工序能耗成本高,而固态电池仅前段部分工序环境要求高,整体能耗至少比液态降低30%;空间上,固态电池所需厂房面积不到液态的一半;生产效率上,工序缩短至少30%以上,时间成本和人力投入降低,人力至少降低30%,自动化程度高时可降低50%,工期从十几天缩短至几天;原材料上,长远看固态电池物料用量减少,部分材料用量比液态降低30%,如PTFE材料用量少且厚度薄;合格率上,固态电池合格率可超过98%,高于液态电池的95%以下。
Q3: 固态电池制造难度是否降低,各厂家竞争差异是否缩窄?
A3: 固态电池制造难度有所降低,工序缩短、设备自动化程度提高使波动性概率降低。但各厂家竞争差异不会完全消除,产品质量仍与各公司工艺和管控水平有关,只是差异会缩小,因为工序减少,报废环节减少。
Q4: 固态电池用干法后,滚压出来的颗粒度一致性是否更难保证,合格率会有怎样的变化,量化液态和全固态电池工序控制点数量、不良率的变化?
A4: 固态电池用干法后,滚压出来的颗粒度一致性并非更难保证。湿法工艺对涂布要求高,贴合度、表面密度、消防一致性等要求不达标会导致问题,而固态电池缺陷环节减少,核心在于搅拌和碾压工序,管控好这两个工序,后续按自动化设备操作差异不大,合格率会直线上升。液态电池至少有10个大工序控制点,固态电池基本为4个大工序控制点,每个工序合格率超99%。液态电池假设每个工序有0.5%不合格率,多个工序累计后与固态电池的合格率差异可能达六七个点。
Q5: 现有干法混料纤维化设备厂商的情况对比,竞争差距和核心难点?
A5: 国内代表性厂商有先到银河、纳克诺尔家拓等,国外在国内应用较多的是日本东立。在固态领域,国内在专利和产业化进程、生产线及设备开发方面大多领先国外。核心难点在于:压实密度提升,固态压实密度达3.5g/cm³以上,液态为2.5g/cm³左右,对应压力从液态的几十吨提升到固态的至少100吨;对压力均匀性和界面一致性要求高,100吨压力下允许0.5兆帕波动;温度要求高,一般在150 - 200度,且温度一致性高,过高或过低会影响材料粘结效果;处理硫化物时对水分要求高,露点要小于 - 4度,部分材料压过程中需惰性气体保护。
Q6: 固态电池正负极制造难度差异原因,需要改进的设备和材料,以及工艺是否突破?
A6: 固态电池负极未来做成纯金属锂较简单,但不能氧化,与水反应会产生有毒气体;正极制造难度大,要压得均匀、时间短、恒温且压力高。需改进的方面包括:实现环境管控,在无人参与下用保护气体形成密封环境进行滚压;原材料方面,固态电解质易与外界反应,正极材料升级使用高镍、常规补锂、单晶化、晶格化等材料,对环境纯度和加工过程管控要求更高。目前工艺未突破,处于试产、量产实验阶段,部分改性或改良材料在应用以实现可加工化。
Q7: 固态电解质膜制备中干法和湿法工艺的考虑因素,以及日本丰田用湿法路线的原因?
A7: 制备固态电解质膜,核心是使其导电系数等性能与电解液相当。干法搅拌混合、压成型会导致内阻增加,阻抗比液态高约30%;湿法用溶剂易搅拌均匀,但溶剂残留会使阻抗增加,硫化物固态电解质用湿法还会分解产生不利因素,所以湿法基本只用氧化物固态电解质。日本丰田用湿法路线是因为其加工工艺未突破,湿法有溶剂易搅拌均匀,类似传统工艺,但存在溶剂残留问题。
Q8: 纤维化过程中使用的粘接剂是清岩的、自己研发的还是合作研发的?
A8: 纤维化过程中,前期会拿其他方的粘接剂,然后自己改进或提要求,最终产品是联合研发的结果,实现专有专属使用。
Q9: 固态电池中道分切碟片难度提升情况,以及哪些厂商做得好?
A9: 固态电池分切碟片是一体机,需重新开发设备。相比液态,固态碟片精度要求从0.3毫米提升到0.1毫米,边缘毛刺要求从50微米以内降低到10微米以内,切割精度提高,速度要求从一分钟50个片提升到80个片以上,导致分切机成本投入达一个亿以上,而液态只需6000多万或更低。目前做碟片较好的厂商有先导资源,还有像蜂巢等联合研发的厂商。
Q10: 干法工艺中使用PTFE对负极锂效能有削弱等问题是否解决,以及是否有其他粘结剂可用?
A10: 干法工艺中使用PTFE会产生锂的副反应,消耗锂导致效能削弱。解决方法是采用参规补锂技术,提前补充副反应消耗的锂,减少不可逆因素。目前各类粘结剂都在尝试,包括聚异丁烯等,产品不断更新迭代,从各维度改善问题,但解决程度还需进一步验证。
Q11: 设备厂商和生产电池或做工艺的厂商谁更具核心竞争力?
A11: 生产电池或做工艺的厂商更具核心竞争力。设备厂商根据电池厂商的需求去做自动化,实现更高的精度等,但对电池整个制造过程进行打通结合,包括配方等方面的研究,还需要电池厂商来完成。电池厂商要解决材料应用过程中的问题,杜绝副反应或不利因素。
Q12: 展望27 - 28年1G瓦时设备投资额、全固态电池出货量、成本和售价情况?
A12: 从设备角度来看,随着规模逐渐成型,设备厂家有资金进一步开发,设备降成本幅度较大,乐观情况下每年可能降30%的成本,最终设备成本可能与传统设备接近持平,但这可能要到2028 - 2030年,具体取决于竞争和设备更新程度。关于1G瓦时设备投资额未明确提及。成本方面,全固态电池成本的降低需要原材料成本、设备人工、规模以及终端需求等多维度的改善,目前主要依赖产业链供应链的完善。由于目前以半固态为主,全固态发展滞后,全固态电池的发展可能要到2030年左右,未提及2027 - 2028年全固态电池出货量和售价的具体情况。每日调研精选