2025年纳科诺尔研究报告:锂电辊压设备国内龙头,布局干法电极和固态电池赛道助力创新突破
- 来源:华源证券
- 发布时间:2025/03/06
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纳科诺尔研究报告:锂电辊压设备国内龙头,布局干法电极和固态电池赛道助力创新突破。锂电池辊压设备国家级专精特新“小巨人”,市占率全国第一。纳科诺尔是行业领先的辊压机制造商,致力于为电池生产企业提供高精度、高稳定性、操控便捷的电池极片轧制成套设备,主要客户包括宁德时代、比亚迪、松下、日立等国内外知名电池生产企业及电池应用厂商,市场区域覆盖中国、美国、日本等20多个国家和地区,2020-2023年公司实现营业总收入CAGR达113.18%,锂电辊压设备市场占有率全国第一。公司立足自主研发,拥有专利185项并获得工信部重点专精特新“小巨人”及国家高新技术...
1.锂电池辊压设备“小巨人”,市占率全国第一
1.1.技术领先的辊压机制造商,2020-2023 年营收CAGR达113%
纳科诺尔主要从事各类新能源电池的极片辊压机及其他用途(如高分子材料、碳纤维、粉末冶金、贵金属压延等)辊压机的研发、生产与销售。公司成立至今一直致力于为电池生产企业提供高精度、高稳定性、操控便捷的电池极片轧制成套设备,主要客户包括宁德时代、比亚迪、松下、日立等国内外知名电池生产企业及电池应用厂商,市场区域覆盖中国、美国、日本等 20 多个国家和地区。
2021 年公司营业总收入达到 3.89 亿元(yoy+298.88%),其原因为2021年新能源汽车销量快速增长拉动了锂电行业相关需求,公司充分受益于行业的持续扩张,销售收入大幅增加。2020-2023 年公司营业总收入年复合增长率达到 113.18%。2024Q1-Q3公司实现营收8.54 亿元,同比增长 19.58%;实现归母净利润 1.51 亿元,同比增长29.96%。随着锂电行业的高速发展,锂离子电池、镍氢电池等新能源电池的需求量及产量快速增长,从而推动包括辊压机在内的相关生产设备迭代更新,电池生产企业或应用厂商所需设备的数量、精度、功能性均不断提升,从而带动生产设备规模持续提升。

自 2020 年以来,公司的毛利率与净利率均表现不俗,呈现整体上升趋势。其中,毛利率由 2020 年的 12.47%上升到 2024Q1-Q3 的 26.59%;净利率则是由2020 年的-28.98%上升到了 2024Q1-Q3 的 17.64%。2020 年以来,公司的期间费用率波动下降,由2020年的 37.18%下降到了 2024 年前三季度的 5.93%,其中销售费用率与管理费用率降幅显著,财务费用率则是在 2024Q1-Q3 下降到了接近于 0,其原因为银行票据拆分业务减少,对应手续费减少;而研发费用率在 2024Q1-Q3 为 0.67%,主要为销售研发样机冲减研发费用所致。
公司自成立以来,始终高度重视产品研发能力的提升,在不断巩固和提升锂离子电池生产设备领域竞争优势的同时,积极向设备的核心部件、关键组件等领域进行配套研发。从2002年首台锂电池辊压机问世,公司先后研制了 800mm 直径辊压机、上辊压下辊辊压机、AGC辊压设备、涂布辊压一体机实验设备、加热辊辊压机、干法超级电容器辊压设备、高温电加热辊压机、辊压分切一体机、900mm 直径辊压机、900x1500mm宽幅加热辊辊压机等多种型号辊压机,产品功能、产品尺寸实现不断升级。
公司高度重视自主研发工作,已形成高精度装机技术、油加热技术、高速张力控制技术、多连杆联轴器技术、四轴收卷技术、宽幅辊压技术、极耳加热控制技术、展纱控制技术共8项核心技术。此外,公司先后承担国家级创新基金项目 2 项、省级科研项目2 项,参与制定完成国家标准 1 项,正在参与制定国家标准 1 项,设有河北省热辊压实验室、河北省技术创新中心、河北省企业技术中心、河北省博士后创新实践基地等省级研发平台,并获得工信部专精特新重点“小巨人”及国家高新技术企业认定,拥有完善科研设施和经验丰富技术团队。同时,公司亦大力推进合作研发工作,已与清华大学、燕山大学等多所国内高校建立合作研发关系。
随着下游市场需求的多元化,公司生产技术持续升级,产品体系日益丰富,市场应用领域不断拓展,产品质量和性能不断优化改进。公司自成立以来主营业务经历了三个发展阶段,分别是初创期及起步阶段(2000 年-2004 年)、成长期(2005 年-2014 年)和快速发展期(2015 年至今)。
公司的主要产品为新能源电池极片辊压机,属贵重、大型生产设备,主要服务于新能源电池制造企业。近年来,中央及地方政府先后出台多个文件,从节能、环保、拉动内需、促进技术进步等各个角度鼓励发展智能制造高端装备产业及其下游锂离子电池和新能源汽车等行业。
1.2.2023 年 中 国 锂 电 池辊压设备行业规模44.70亿元(yoy+39.6%)
锂离子电池是以含锂的化合物作正极,在充放电过程中,通过锂离子在电池正负极之间的往返脱出和嵌入实现充放电的一种二次电池。锂离子电池内部主要由正极、负极、电解质及隔膜组成。在充放电过程中,锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。根据OFweek锂电网,锂离子电池有许多显著特点,它的优点主要表现为:①电压高:单体电池的工作电压高达3.7-3.8V;②比能量大:能达到的实际比能量为 555Wh/kg 左右,即材料能达到150mAh/g以上的比容量;③循环寿命长:一般均可达到 500 次以上,甚至1000 次以上,磷酸铁锂的可以达到 8000 次;④安全性能好:无公害,无记忆效应;⑤自放电小:室温下充满电的锂离子电池储存 1 个月后的自放电率为 2%左右,大大低于 Ni-Cd 电池的25-30%,Ni-MH电池的 30-35%;等等。 图表 10:锂离子电池是
锂离子电池在航空航天领域的应用逐渐加强,火星着陆器、无人机、地球轨道飞行器、民航客机等航空航天器中,锂离子电池的身影随处可见。根据艾邦储能网信息,从形态来看,锂离子电池主要分为方形、圆柱、软包锂离子电池,其应用在发电侧、电网侧、工商业侧等,具体产品可分为容量型和功率型,对电芯容量要求较大。方形电芯最早从商用车起步,后在储能领域推广。方形电芯单体容量相对灵活,故而在各种储能场景均有应用。而圆柱电芯、软包电芯单体容量相对有限,故主要应用于户用储能和便携式储能市场中。
在众多电化学储能技术路线中,锂离子电池已经建立了较为健全的产业链。根据艾邦储能网信息,锂电产业链上游主要为矿产及加工品,包括锂、镍、钴等;中游主要为锂电池制造、电池系统集成组装等;下游的应用领域主要为储能电池、动力电池、消费电池等。
据研究机构 EVTank 联合伊维经济研究院共同发布的《中国锂离子电池行业发展白皮书(2025 年)》显示,2024 年全球锂离子电池总体出货量 1545.1GWh,同比增长28.5%。从出货结构来看,全球汽车动力电池(EV LIB)出货量为 1051.2GWh,同比增长21.5%;储能领域,2024 年中国新能源强配政策、央国企强化布局及储能成本不断下探,带动ESS(储能系统)保持超高速增长;美国配储刚性需求叠加 ITC 补贴的效果明显,此外新兴市场多点开花,2024 下半年英国、沙特、澳大利亚等签订多个订单,全球储能电池(ESSLIB)出货量369.8GWh,同比增长 64.9%;小型电池领域,周期性趋势明显,ICT 新一轮替换需求及新技术驱动,小动力去库完成及加速电动化,全球小型电池(SMALL LIB)出货量124.1GWh,同比增长 9.6%。

中国市场来看,根据 EVTank 数据,2024 年中国锂离子电池出货量达到1214.6GWh,同比增长 36.9%,较 2023 年增速高 2.6 个百分点,在全球锂离子电池总体出货量的占比达到 78.6%,出货量占比继续提升。除了中国市场持续高需求外,龙头企业加速出海也带来出货量的显著增长。根据 EVTank 预测,全球锂离子电池出货量在2025 年和2030年将分别达到 1899.3GWh 和 5127.3GWh。
根据高工锂电数据,2022 年国内锂电池落地产能达 930GWh、海外新增锂电池落地产能达 80GWh。结合主要锂电池生产企业新增产能与原有产能迭代更新计划,以及海外锂电池需求的持续增长,高工锂电预计至 2025 年,中国锂电池落地产能将达2900GWh、海外新增锂电池落地产能将达到 170GWh。虽然海外本土电池企业正在加快产能建设,但考虑到电池制作成本和原材料供应链等因素影响,海外电池企业在长远产能规模方面与中国电池企业的差距将持续拉大。随着中国锂电池企业在海外建设产能计划的陆续实施以及中国锂电设备在海外锂电池企业的渗透率不断提升,预计海外市场将成为中国锂电设备企业新一轮的主要竞争市场。
锂电池的制作工艺复杂,涉及的工艺众多,需要的设备种类也很多,主要分为三个环节,分别为前段制片环节、中段装配环节、后段测试环节。 ①制片环节:主要包括制浆、涂布、辊压、分切、制片等工序,是锂电池制造的基础,因此对极片制造设备的性能、精度、稳定性、自动化水平和生产效能等有着很高的要求,主要设备包括上料系统、制浆机、涂布机、辊压机、分条机及制片机。②电芯装配环节:主要包括模切、卷绕或叠片、电芯预封装(入壳、焊接、干燥等)、注电解液、封口等工序,对精度、效率、一致性要求较高,主要设备包括模切机、卷绕/叠片机、入壳机、烘干机、注液机及焊接机。 ③测试阶段:主要包括电芯化成、分容、分选等工序,主要设备包括化成机、分容机。
锂电设备,即锂电池制造设备。锂电池制造设备是指利用设备将电化学物料通过各种工序而制成电芯及参与电池系统组装的各类设备的总称,是锂电池制造的基础设备。根据智研咨询信息,锂电池制造设备对制造一致性高、稳定性好、性能优异和安全的电芯及电池组起着重要作用。按照对应的锂电池生产步骤的不同,锂电生产设备可分为前段设备、中段设备、后段设备。
根据 EVTank 联合伊维经济研究院共同发布的《中国锂离子电池设备行业发展白皮书(2024 年)》,2023 年全球锂离子电池设备市场规模达到1868.7 亿元,同比增长24.2%。据高工产业锂电研究所(GGII)统计,2023 年中国锂电生产设备市场规模为900亿元,市场规模下滑,核心原因为“量价齐跌”,即 2023 年国内锂电池企业的扩产项目放缓导致对新设备需求的下降及设备价格平均下降 20%。
辊压是将涂布烘干到一定程度的锂电池极片进行压实的工艺过程。辊压的目的主要是:①使极片的表面保持光滑和平整,从而可以防止因极片表面的毛刺刺穿隔膜而引起的电池短路隐患;②对涂覆在极片集流体的电极材料进行压实,从而使极片的体积减小,提高电池的能量密度;③使活性物质、导电剂颗粒接触更加紧密,提高电子导电率;④使涂层材料与集流体的结合强度增强,减少电池极片在循环过程中掉粉情况的发生,提高锂电池的循环寿命和安全性能。 辊压工艺影响着锂离子电池的容量、循环性、内阻、安全性、一致性等性能,也对后续工艺生产流程(分模切、卷绕、封装和注液化成等)有一定影响,因此工艺重点在于控制好压实密度和极片的反弹比例,增强极片的柔韧性等。极片轧制分为冷轧和热轧两种方式,且辊压工段基本上都用辊压分切一体机代替原来单机的生产方式。
锂电池制造前段的工艺设备要求跟电池的形状结构(圆柱、方形、软包)无直接关系,主要与材料体系(三元/铁锂、人造石墨/天然石墨等)有关。数码、动力和储能电池对辊压设备的要求在工艺上没有太大区别,差异主要体现在设备的型号大小要求不同,根据高工锂电数据,目前锂电池生产 1GWh 产能需配置 1 台正极辊压机和1 台负极辊压机(双机台),但辊压设备的配置要求根据下游客户需求会有所差异,属于非标定制类产品,故产品价格存在较大波动性。 智研瞻产业研究院数据显示,2018 年中国锂电池辊压设备行业市场规模6.89亿元,2023年中国锂电池辊压设备行业市场规模 44.70 亿元(yoy+39.6%)。高工锂电预计,中国锂电辊压设备市场将持续扩大,至 2025 年预计将达到 60 亿元。
1.3.锂电辊压设备市占率全国第一,占主要客户同类产品采购比例较高
锂电辊压设备行业集中度较高,2022 年国内锂电辊压设备行业CR3 为59.4%,其中纳科诺尔排名第一,市占率 23.4%,赢合科技、先导智能分列二、三名,市占率分别为21.9%、14.1%,市场集中度较 2021 年进一步提升。
根据公司招股书,纳科诺尔在锂电辊压设备领域处于国内领先态势,与国内动力电池前十企业均有合作。相比先导智能、赢合科技等覆盖多个锂电生产环节的设备企业,纳科诺尔更加专精于辊压设备的技术研发,在设备性能以及热辊、干法电极等新工艺、新技术方面于国内具备领先优势;相比海裕锂能、深蓝机械等其他专精于辊压设备的企业,纳科诺尔更具规模优势,自 2015 年挂牌新三板以来完成多次融资,现金流、产能及服务能力均具备较大优势,并且公司主要服务领域为动力电池领域,较其他主要服务于数码产品的锂电设备企业,发展前景明朗。
公司客户集中度相对较高,2021-2023 年向前五大客户合计销售金额占各期营业收入的比例分别为 67.16%、93.78%和 89.88%。主要客户包括宁德时代、比亚迪、瑞浦兰钧、欣旺达、亿纬锂能等动力锂电池主流企业,赣锋锂电等 3C 锂电池主流企业,以及海辰储能、派能科技等储能锂电池主流企业。根据对公司各年度前五大客户访谈情况,公司作为辊压设备领军企业,为各主要客户的重点供应商,占其同类采购比例较高。
根据公司与比亚迪签订的《设备采购框架协议》,协议期满,双方均未提出异议的,协议自动续约 3 年,依此类推。根据公司与宁德新能源签订的《采购框架协议》,期满前3个月如双方均无提出书面异议表示不再续约时,则协议自动延展5 年。
2.湿法向干法变革,布局干法电极设备实现市场卡位
2.1.干法电极工艺预计降低锂电池制造总成本10%-15%,有望成为主流电池工艺
根据《干法电极技术在超级电容器和锂离子电池中的研究进展》(作者:徐桂培等)中的信息,锂离子电池的主流电极制造工艺为湿法涂布工艺,一般包含以下流程:浆料混合、涂布、高温干燥和压延。此工艺存在明显的缺点,包括(1)耗能大:湿法涂布后的干燥过程所需能耗占据总能耗的 51%;(2)成本高、污染大:锂离子电池湿法工艺所需的溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)成本高昂且有毒,生产后期必须建立回收装置用于回收NMP;(3)电极分层:在溶剂蒸发过程中,粘结剂和导电剂会漂浮在表面,由于毛细管作用而结块,而活性物质会沉淀,导致电极分层从而损坏电极中三维网络的构建,并降低活性材料和集流体之间的键合强度;(4)电极厚度有限:湿法涂布工艺通常会产生裂纹、分层和柔韧性差等问题,在厚电极中这些问题会被放大。 与湿法涂布工艺相比,无溶剂的干法电极工艺可以有效的避免湿法涂布工艺的缺点,被认为是一种非常有前景的电极制造工艺。干法电极工艺不使用溶剂,节省了溶剂采购成本,以及溶剂高温蒸发和回收的成本,对降低电极制造成本有较大帮助。另外,干法电极工艺可以抑制电极分层,有利于制造厚电极。

干法电极技术引入新的粘合机制可重建电极微观结构。电极微观结构会受到粘合剂分布的影响,从而使得电极的机械强度和电化学性能方面表现出差异。通过干法工艺制备的电极,电极各成分之间通过固-固界面直接接触。因此电极各成分的分布由其表面能决定,不同的色散表面能和极性表面能导致各成分之间不同的聚结。因此,粘合剂的分布状态将产生一种新的电极微观结构。活性材料颗粒在与导电团聚物结合后,离子和电子的传导路径得以保留。并且导电团聚体在活性材料之间起着粘合剂的作用,有助于提高机械强度,粘结剂是干法电极制造的关键。
与传统的湿法涂层方法相比,干法电极具有环境友好、成本低、相容性增强、生产效率高、电极性能改善等独特优势。参考《干法电极在超级电容器和锂离子电池中的应用》张国磊等,根据阿贡国家实验室和 Wood 等的调查显示,电极涂布、干燥和溶剂回收的工艺成本占电极制造总成本的 48%-50.2%,在考虑到集流体及其后续电池组装和老化的总材料成本时,包括模切、叠片、焊接、封装、成型等制造过程,涂布、干燥和溶剂回收的制造成本也占据了整体成本的 19.56%。在整个电池制造过程中,干燥和溶剂回收步骤占据了与能源消耗相关的大部分成本,干燥过程和溶剂回收步骤的能耗占比达到 45%-47%。为了生产10kW·h的电池,需要 420kW·h 的电力来蒸发和回收 NMP,当量二氧化碳排放量为1000kg。
除去能源消耗外,浆料制备也需要更多的材料成本。溶剂NMP 的单价约为1.5-3$·L-1。此外,NMP 回收还要考虑 NMP 回收设施的设备成本,包括空气加热器、冷凝器、沸石转轮、冷却器等设备。每 10kW·h 的电池组装需要约 4400kg 的 NMP 作为溶剂,参考《干法电极在超级电容器和锂离子电池中的应用》张国磊等,基于 NMP 的总成本(包括材料、制造等)占电池总成本的 1%-2%。这些设施不仅需要高昂的资本成本,还需要大面积的厂房。使用干法可以为 MW·h 级生产工厂节省 300-600 万美元的资本成本。预计这些调整能够总计减少资本成本 14.2%-19.0%,并且节省 13.1%-16.5%的厂房面积。采用干法电极后,预计锂离子电池制造的总成本将降低 10%-15%。
2.2.辊压技术是干法电极核心,公司产品价值量弹性较大且技术迁移路径较顺
根据《干法成型电极技术的研究进展》(作者:刘凝等)中的信息,已知的干法成型工艺主要是使用 LiCoO2(LCO)或三元 LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(NCM)作为正极,Li4Ti5O12(LTO)与 PVDF 制备负极,活性物质的最大含量为 98wt.%,粘结剂与导电炭黑的比例为1:1。通过使用静电喷枪或者气动装置,将活性材料转移到集流体上,随后通过热辊压工艺、热压或在对流炉中加热的热处理,在室温下进行压延获得稳定的电极。干法电极技术在锂离子电池中的应用主要包括聚合物纤维化、干粉喷涂沉积、气相沉积、热熔挤压、直接压制、3D打印等六种方法。
根据艾邦锂电网信息,干法电极与传统湿法电极的设备相比,取消涂布、烘干、溶剂回收设备,增加纤维化设备,主要为气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机,同时制膜所需的辊压机要求提升。主流的自支撑膜制造设备分为气流粉碎机、螺杆挤出机以及开炼机。
(1)气流粉碎机:压缩空气通过喷嘴高速射入粉碎腔后,活性物质及粘结剂混合物通过进料口到达粉碎腔。混合物在高压气流的作用下相互碰撞粉碎实现原纤化,最后,混合物随气流上升至分级腔在辊压设备作用下形成自支撑膜。气流粉碎机的工作效率相对高。
(2)螺杆挤出机:混料自料口进入螺杆充满螺槽后,会在旋转的螺杆作用下在料筒内壁和螺杆表面不断被压实、搅拌以及混合。在压缩段结束处,螺杆会将混合均匀的物料按要求挤出机头,在机头中混合物会被塑成电极膜并送离挤出机,螺杆挤出机的良率相对高。
(3)开炼机:两个相对回转的辊筒对物料产生挤压后,由于两个辊筒的速比不同,可以对混料产生剪切力,速比越大剪切力越强。在辊筒的高剪切力下,混合物内部的分子链会被打断,实现均匀的混合,多次往复后在粘结剂原纤化的作用下即生成电极膜。干法工艺较湿法对辊压设备的工作压力、辊压精度以及均匀度提出更高要求。头部辊压设备厂商或率先受益于干法电极对于新型辊压机的迭代需求。设备大型化集成化是未来发展趋势。将加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、收卷等功能集成在一起,降低流转时间,提高效率及一致性等,设备价值量更高。

纳科诺尔凭借其在高精度锂电池辊压机设备领域的技术积累和产品经验,向其他应用领域开发研制新产品,公司 2013 年完成干法超级电容器辊压设备研制,2015 年开始研制用于轧制高分子材料热辊压粉料成型试验设备,2022 年完成碳纤维预浸布生产线研制,2023年开展干法电极辊压设备的研制,不断实现产品的多元化发展。
干法电极成型复合一体机通过将粉料辊压成厚膜后,经多次热压后收卷或与集流体进行复合,保证膜片不断带的情况下减薄至指定厚度并提高压实密度。目前已经推出干法电极设备四辊、五辊、八辊、十辊等系列产品,并在深圳清研纳科建立了锂电池干法电极生产示范线,为全球客户提供测试平台,陆续向客户提供十多套干法电极设备。公司将积极配合下游客户对干法电极生产设备进行调整和优化,以加快推进干法电极工艺的产业化应用速度。
纳科诺尔已与多家国内头部客户签订了干法电极设备采购合同,陆续交付多套干法电极设备,以加快推进干法电极工艺的产业化应用速度。同时,公司正积极与下游客户就干法电极生产设备进行调整并优化相关工艺参数。公司将持续推动干法电极技术的市场化应用,进一步做好技术积累,充分把握市场发展机遇。
超电系列、干法专用系列产品定制化更加明显,属于基于客户需求进行的定向化研制项目,该类设备目前全部采用加热辊技术,部分设备配置双主机、双工位收卷等高复杂结构,因此在生产难度上更高,导致的单位人工成本及其他成本较实验室系列更高。该类产品的定价在参考设备的材料、人工等成本的同时考虑技术、生产实现难度上与客户协商确定,定价上具有一事一议的特征,同时由于该类产品销量较小、技术实现上较为复杂,公司的议价能力较强,因此毛利率较高。
2.3.与清研电子成立合资子公司,加快开发干法工艺进度并提升产品技术优势
纳科诺尔等辊压设备企业正在研究通过辊压技术将粉料辊压成厚膜后,经多次热压减薄后收卷或与集流体进行复合,保证膜片不断带的情况下减薄至指定厚度并提高压实密度,其难点主要在于提高成膜的连续稳定性、厚度一致性和生产效率。2023 年7 月,纳科诺尔与清研电子合资成立了清研纳科智能装备科技(深圳)有限公司,旨在将干法设备的研发和市场推广更好的持续进行,优化公司战略布局。
公司联合清研电子已于 2023 年 5 月正式发布新产品干法电极成型覆合一体机,成为国内率先推出可产业化的干法电极工艺的锂电设备供应商。同时,随着干法电极工艺的逐步普及,公司计划将由原本的提供单一辊压设备逐步扩展至提供从混料至极片成型的整段产线解决方案,从而进一步丰富产品系列及服务内容,开拓新业务市场。
深圳清研电子科技有限公司(以下称深圳清研电子)成立于2020 年8 月,是深圳清华大学研究院孵化的国家高新技术企业。其创新技术来自深圳清华大学研究院先进储能材料及器件实验室,该实验室专注于功率型储能器件及上游材料的产业化关键技术研究18年,对超级电容器、锂离子电容器、及混合型超级电容器的探索和研发在行业内有非常深厚的认知度。其中,以超级电容器用干法电极材料为核心的技术研究,历经7 年的积累,目前技术已达到国际专业同等水平。2021 年 5 月,深圳清研电子在广东省肇庆市高要区金渡工业园设立全资子公司--广东清研电子科技有限公司,并于当年 8 月底开始投入生产使用,专业生产超级电容器用干法电极材料,年生产能力达到 100 万平方米(一期)。2022 年12 月,被认定为国家级高新技术企业。2023 年动力电池用干法电极放大研究,筹建1Gwh 动力电池用干法电极生产线。
3.固态电池市场前景广阔,负极材料变革或带来设备新增量
2025 年 2 月 15 日至 16 日,第二届中国全固态电池创新发展高峰论坛在北京隆重召开。作为我国新能源领域规格最高、影响力最大的行业盛会之一,本届论坛汇聚了政、产、学、研各界顶尖力量,旨在加速全固态电池技术从实验室迈向产业化。论坛期间,纳科诺尔常务副总经理李志刚以《无溶剂干法电极工艺装备及固态电池装备的开发》为题发表演讲,首次系统披露了公司在固态电池领域的全链条布局。他提到,纳科诺尔与合资公司清研电子深度协同,通过“工艺-材料-设备”三位一体创新模式,根据清研电子研发的配方、干法工艺,攻克了干法电极制备原创开发、成膜均匀性等难题。纳科诺尔通过与国内外干法工艺和固态电池生产客户的深入交流,不断改进干法产品设计、开发了锂带压延、电解质成膜、转印等设备,为固态电池材料、工艺的发展奠定了坚实的基础。
3.1.固态与传统电池相比更稳定安全,是充满前景的技术路线
根据《全固态锂离子电池技术进展及现状》(作者:刘鲁静等)中的信息,锂离子电池具有能量密度高、电化学窗口宽等优势,被视为最具竞争力的电化学储能技术之一,在储能中的应用广泛。传统锂离子电池用电解质为液态有机电解液,大容量储存电量时安全隐患较大,因此,开发全固态锂离子电池可从根本上解决锂离子安全问题。全固态锂离子电池由正极、负极和固态电解质组成。固态电解质为非易燃、易挥发成分,传导锂离子同时可阻止电子传输,消除了电池冒烟、起火等安全隐患,是电动汽车和规模化储能的理想化学电源。

根据《锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池》(作者:张舒等)中的信息,与传统液态锂离子电池相比,全固态锂电池具有如下优势:①相对于液体电解质,固体电解质不挥发,一般不可燃,因此采用固体电解质的固态电池会具有优异的安全性;②由于固体电解质能在宽的温度范围内保持稳定,因此全固态电池能够在宽的温度范围内工作,特别是高温下;③一些固体电解质对水分不敏感,能够在空气中长时间保持良好的化学稳定性,因此固态电池的制造全流程不一定需要惰性气氛的保护,会在一定程度上降低电池的制造成本;④有些固体电解质材料具有很宽的电化学窗口,这使得高电压电极材料有望应用,从而提高电池能量密度;⑤相对于多孔的凝胶电解质及浸润液体电解液的多孔隔膜,固体电解质致密,并具有较高的强度及硬度,能够有效地阻止锂枝晶的刺穿,因此提高了电池的安全性,同时也使得金属 Li 作为负极的使用成为可能。
根据《全固态锂离子电池的研究及产业化前景》(作者:刘晋等)中的信息,电解质作为电池中一个至关重要的组成部分,其性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能以及使用寿命。对于电解质性能的评判,一般有以下几个指标:①离子导电率。离子导电率将影响所组装的电池的本体电阻大小,对于固体电解质,一般要求其导电率达到 10 -4S/cm 以上;②迁移数。迁移数是指通过电解质的电流中锂离子贡献的比例,理想状态下,迁移数为 1。迁移数过低时阴离子会在电极表面富集,导致电池极化加剧,电阻增大;③电化学窗口。在电池的工作电压范围内电解质需要有较高的电化学稳定性,否则会在工作过程中发生分解,一般要求电化学窗口高于 4.3V。固体电解质包括聚合物固体电解质、无机固体电解质以及复合电解质,其中复合电解质包括固固复合电解质和固液复合电解质。
根据面包板网的信息,根据电解质的不同,固态电池可以分为半固态(5-10wt%)、准固态(0-5wt%)和全固态(0wt%)三大类。半固态电池相对于液态电池减少了电解液的使用量,并增加了聚合物+氧化物复合电解质。聚合物以框架网络的形式填充,氧化物主要以隔膜涂覆和正负极包覆的形式添加,能量密度可达 350Wh/kg 以上。准固态电池是在全固态电池中加入少量液态电解液(通常小于 5wt.%)的情况下得到的,液态电解液的作用主要是浸润界面。全固态电池采用聚合物/氧化物/硫化物体系作为固态电解质,并以薄膜的形式分隔正负极,从而替代隔膜的作用,能量密度可达 500Wh/kg。
固态电池制备技术主要有氧化物、聚合物和硫化物三种技术路线。其中,聚合物技术已经实现了小规模量产,技术成熟,但室温下的导电率低,且能量密度有限;硫化物技术难度高,但潜力较大,备受日韩企业追捧,需要解决氧气和水的影响,在汽车领域的应用前景广阔;氧化物技术分为薄膜型和非薄膜型,薄膜型的容量小,只适用于微型电子设备,而非薄膜型的综合性能表现优异,但需要进一步发展才能应用于汽车领域。
3.2.政策支持带动产业发展,2030 年我国固态电池市场空间有望增至 200 亿元
近年来,政府对固态电池产业的发展给予了大力支持,出台了一系列政策,包括资金补贴、税收优惠和研发支持等。这些政策为固态电池行业的发展提供了有利的市场环境。此外,用户对电池续航、充电和安全性的担忧也推动了固态电池技术的发展。
根据前瞻产业研究院信息,固态电池产业链与液态锂电池大致相似,上游包括原料矿产、机械设备以及基础材料,两者主要的区别在于负极材料和电解质的种类,正极材料方面几乎一致;产业链中游为电池包的加工制备过程;产业链下游应用领域包括新能源汽车、储能系统、消费电子等。
下游应用领域的不断革新对锂电池行业提出了愈来愈高的要求,锂电池技术也由此不断进步,向更高的比能与安全性进发。从锂电池技术发展的路径来看,液态锂电池能够实现的能量密度已经逐渐接近了它的极限,固态锂电池或是锂电发展的必经之路。固态电池下游需求包括消费电池、动力电池、储能电池三大领域。
全球固态电池技术仍处于研发投入阶段,暂无明确的行业龙头企业,当前宁德时代、比亚迪和国轩高科等处于领先地位。宁德时代积极布局固态电池技术,重点应用于电动汽车和储能领域;比亚迪和国轩高科也加大研发投入,探索固态电池在新能源领域的应用。其他企业如亿纬锂能和中航锂电也在不断追赶,推动技术进步。
中国市场尚未大规模应用固态电池产品,多数固态电池产品处于验证期,实际出货量小,主要应用领域包括工业无人机、智能穿戴、医疗以及部分新能源车领域,根据公司招股书,宝马、奔驰、福特、丰田、上汽、北汽等全球主要车企规划量产固态电池装车普遍在2025年,固态电池预计于 2025 年进入量产阶段,于 2030 年进入大规模应用。中商产业研究院预测,2024 年固态电池出货量预计将达 7GWh,中国固态电池市场空间将达到17 亿元;2027年将是固态电池产业从市场发展初期迈向快速上升期的转折点,固态电池将进入快速增长期;2030 年固态电池出货量将超过 65GWh,国内市场空间将增至200 亿元。随着固态电池市场的扩大,电池辊压设备市场有望迎来新的增长空间。

固态电池是 eVTOL(电动垂直起降飞行器)核心动力系统的关键需求。作为eVTOL低空经济飞行器的核心部件,电池性能直接影响飞行器的安全性和飞行性能。据碳索储能网,(1)从能量密度来说:eVTOL 垂直起飞所需的动力是地面行驶的10-15 倍,商用门槛高达400Wh/kg,而固态电池的能量密度可以达到 500Wh/kg;(2)从充放电倍率来说:eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、降落等阶段,其中起降阶段要求电池的瞬间充放电倍率在5C以上,而固态电池的充电速度比传统锂离子电池快大约 5~6 倍;(3)从安全性来说:低空经济需要很高的安全性,固态电解质的使用有效降低了电池自燃的风险。低空经济的发展或将拓宽固态电池的应用场景,成为市场增长的核心驱动力。
3.3.与四川新能源汽车创新中心有限公司合作开发固态电池产业化关键设备与工艺
未来全固态电池会以干法电极工艺为主,全固态电池中,硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感,同时金属锂容易与溶剂反应,导致膨胀更加严重,传统的PVDF-NMP体系粘结强度有限,而干法电极中由 PTFE 原纤维化构成的二维网络结构,可以抑制活性物质颗粒的体积膨胀,防止其从集流体表面脱落。此外,采用干法电极工艺,固态电池的极片制造过程可以实现完全干燥,消除湿法工艺烘干后溶剂分子的残留问题。
纳科诺尔研发中心及总部建设项目以辊压机为核心,根据未来电池发展趋势,开展下一代固态电池、储能等新技术预研,进行科研项目的开发。其中,干法电极辊压工艺及装备研发则与干法电极技术制备固态电池电解质膜息息相关。
此外,纳科诺尔与四川新能源汽车创新中心有限公司就合作开发固态电池产业化关键设备与工艺等达成一致,签署了《科研战略合作框架协议》。根据协议内容,纳科诺尔将与创新中心建立联合实验室,根据市场需求,计划利用五年时间,开展固态电池生产设备的开发。其中,创新中心负责固态电池工艺的基础研究工作,根据固态电池新工艺、新材料、新技术等开发实验进度,提供改进固态电池设备的相关技术参数,以高效推进设备迭代更新,保持双方合作开发的产品在技术方面的领先地位。纳科诺尔则根据相关技术参数,完成固态电池生产设备的开发工作,配合创新中心进行工艺开发,及时改进与升级,负责固态电池设备的生产和营销策划,实现产业化。
四川新能源汽车创新中心是由中国科学院院士、清华大学欧阳明高教授团队带头发起,依托清华大学汽车安全与节能国家重点实验室、清华新能源汽车产学研联盟共同建设,致力推动以动力电池为核心的新能源汽车全技术链和产业链发展。多年来,该创新中心聚焦固态电池基础研究与产业化开发,其成员均长期从事固态电池安全、关键材料与工艺研究,在固态电池领域具有深厚的理论知识和产业化技术积累。目前已有长循环、超低温、高比能、高功率等类型的固态电池,主攻硫化物固态电解质为基础的全固态电池。
(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)
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