固态电池优势、工艺与设备价值量变化分析

固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，具备安全性高，重量/体积能量密度高等优点。

与 液态电池的重要区别为用固体电解质替代液态电池的液体电解质。有望满足动力电池发展过程中不断提 高且相互矛盾的技术要求，是动力电池未来的重要发展方向之一。主要满足未来能量密度和安全性需求： 能量密度需求：液态锂电池能量密度受限于电解液和隔膜，目前达到 240-280Wh/KG，工艺极限为300Wh/kg。固态电池可应用克容量更高的正极负极材料。安全性需求：与三元液态锂电池相比，固态 电池可以通过针刺，热失控等实验。在电池失效时可以做到不起火，不冒烟，不爆炸。

（1）固态电池企业竞速前行，产业化可期。受市场需求驱动，电池企业加速布局全固态电池等下一代电池技术，以寻突破。宁德时代、比亚迪、亿 纬锂能、国轩高科、赣锋锂业、鹏辉能源等企业也在固态电池领域取得阶段性成果，纷纷实现中试线贯 通或样品开发，引发市场关注。如宁德时代选择硫化物+卤化物复合电解质体系，能量密度突破 500Wh/kg，凝聚态半固态电池已量产，2027 年有望实现全固态电池小批量生产；亿纬锂能已完成 Ah 级软包硫化物全固态电池样品开发，百 MWh 的中试线预计在 2025 年投入运行，计划于 2026 年实现 全固态电池生产工艺的突破，推出一款高功率、高环境耐受性及绝对安全的全固态电池，主要用于混合 动力领域。下游其他场景来看，固态电池在低空飞行器、机器人等场景应用也有较大应用潜力。

（2）固态电池工艺不同，设备有望先行。设备是影响固态电池产业化落地的核心瓶颈之一，各个锂电设备厂商均在相关产品布局。先导智能展示 了其新一代全固态电池整线解决方案，覆盖干法混料涂布、湿法制浆涂布、复合转印、叠片、等静压、 真空镀锂等关键工序；赢合科技已经成功向国内电池企业交付了首批固态电池设备，包括固态湿法涂布 设备、固态辊压设备以及固态电解质转印设备；海目星固态电池业务除向欣界能源提供锂金属高能量密 度固态电池的整线装备供应之外，还向某全球领先的新能源科技企业提供硫化物固态电池中试线设备， 包括正负极涂布、硫化物电解质涂布、正负极辊压、电解质和极片复合和叠片等；杭可科技研发固态电 池后段设备。多家企业完善工艺布局，为固态电池量产提供支撑。

全固态电池生产工艺与传统液态电池相比在制备工序、生产设备、作业环境等方面有较大变化。制备工 序方面，传统液态电池采用“液态电解液+隔膜”体系，生产工序涵盖浆料混合制备、涂布、辊压、极片 分切、卷绕叠片、封装、注液、化成分容等环节，而全固态电池以固态电解质替代液态电解液与隔膜， 取消注液工序，新增干法电极工艺、固态电解质合成、固态电解质成膜等核心工序环节。生产设备方面， 制备工艺的变化导致生产设备需求也发生显著改变，固态电解质成膜设备取代传统锂电池注液设备，由 于锂金属负极的引入，需要用干法电极设备取代传统液态电池中的湿法电极设备，由于固态电解质特性， 在组装环节固态电池多用叠片或者软包为主，因此叠片设备将会占优。此外，固态电池的材料特性对环 境湿度的控制要求极高，电芯叠片过程中需采用热压工艺实现固-固界面的紧密接触，对压力与温度的 精准控制同样提出高要求。这些工艺变革不仅改变了设备选型与参数设定，更对生产环境的洁净度、温 湿度控制体系带来颠覆性挑战。

生产工艺的革新是产业化的关键，与传统液态电池相比，固态电池因引入硫化物电解质、金属锂负极等 带来材料体系变革和固-固界面特性等问题，需重构前、中、后段工艺链。

固态电池产线设备价值量与传统液态电池产线相比前段、中段价值量占比进一步提升到 80%左右，成 为设备升级的核心增量环节。前段设备涉及干法混合、干法涂布等环节，是形成符合要求的极片和固态 电解质膜、决定电池性能基础的关键，其核心设备需适应干法工艺的特殊要求，工艺难度较大、精度要 求高，设备的技术壁垒和成本相对较高，复杂度也显著提升，其中干法涂布设备、辊压设备价值量突出， 前段设备价值量占比有望达到 35%-40%。中段负责电芯的核心结构成型以及确保固态电解质与电极的 良好接触，直接关系到电芯的性能稳定性、良品率，核心增量来自叠片工艺替代卷绕及新增等静压机， 设备主要是叠片、极片胶框印刷、等静压等相关设备，其中叠片设备价值量较大，等静压机作为新增环 节，国外企业进展领先，国内研发正在加速，中段设备价值量占比有望达到 40%-45%。后段工艺取消 注液环节，与传统液态电池工艺差异较小，主要体现在设备参数要求升级，高压化成压力要求翻倍，分 别升级为高压化成机、高压分容机，因此后段核心设备的价值量也有较大提升，后段设备价值量占比有 望达到 20%-25%。

传统液态锂离子电池与固态电池在制备工艺和产线设备方面有较大区别，全段设备均需升级改造，其中 新工艺、新设备引进主要集中在前段和中段。当前全固态电池多处于中试阶段，尚未大规模量产，生产 工艺未完全定型，且不同类型固态电池（硫化物、氧化物、聚合物、卤化物等）因电池设计及应用场景 差异，工艺存在细分区别。以当前电池厂在全固态方向采取最多的硫化物技术路线为例对比传统液态电 池生产线，全固态电池在纤维化、胶框印刷、等静压环节需要引进全新的定制设备，在干混、辊压、叠 片和化成分容环节，需要对设备进行精细化升级改造，两者差异主要集中在前、中段环节设备引进和替 换，后段设备技术升级。

从设备投资结构看，全固态电池与传统液态锂电池的核心差异是驱动设备价值量重构的关键，主要体现 在前段和中段。全固态电池更适配干法电极技术，因此前段环节增加了干法混合、干法涂布等工序，价 值量占比相对传统液态工艺也有提升；中段固态电池采用“叠片+极片胶框印刷+等静压”技术路线替代传 统卷绕工艺，并删减了注液工序；后段因化成环节高压化改造，设备单机溢价显著。对行业而言，这种 差异意味着即使在量产后固态电池产线单 GWh 设备投资额较传统液态电池大幅增加了约一倍以上，从 1.2-1.5 亿元提升至 2.5-3 亿元，当前固态电池产线尚处于中试线阶段，其设备投资额更是要传统液态电 池设备投资额的 4-5 倍。