民生证券发布的全固态电池报告指出,全固态电池的制造工艺与液态电池存在本质差异,其中干法电极和等静压设备是最核心的增量环节。硫化物固态电解质对水和极性有机溶剂极为敏感,传统湿法电极无法直接适配。干法电极工艺避免使用溶剂,可节省18%以上成本、节约70%生产线流程、减少41%设备投入。等静压设备通过在密封容器内施加各向均匀压力,实现电极层间致密化,去除孔隙确保界面充分接触。本文基于报告数据,深度解析干法电极设备与等静压设备的产业机遇。
湿法电极——硫化物无法适配,全固态电池工艺面临根本变革
传统锂离子电池采用湿法电极工艺,使用NMP等有机溶剂制备浆料、涂布、干燥。但全固态电池中硫化物电解质对水和极性有机溶剂(如醇和酰胺溶剂)极为敏感,接触后会发生反应,导致离子电导率大幅下降。因此湿法工艺在硫化物全固态电池制造中面临根本性障碍。
湿法工艺还存在其他问题:溶剂蒸发导致电极分层;成本高昂(溶剂、蒸发、回收、干燥设备);电极厚度受限,厚电极制备易产生裂纹。这些问题使得全固态电池必须开发全新的制膜技术,干法电极应运而生。
干法电极——无溶剂适配硫化物,降本增效显著
干法电极工艺在制备过程中避免使用溶剂,具有多重优势。第一,适配硫化物电解质:不会使用与硫化物电解质发生反应的溶剂,有助于保持其高离子电导率。第二,降低成本:节省溶剂、溶剂蒸发、回收和干燥设备的成本。第三,抑制分层:干混过程中不同成分均匀分布,不存在因溶剂蒸发引起的电极分层。第四,无厚度限制:轻松控制电极厚度和厚电极的均匀性,不会产生裂纹,在制备厚电极方面有独特优势。
据特斯拉估算,相较湿法电极,采用干法电极工艺能够节省18%以上的成本,节约70%的生产线流程,以及减少41%的设备投入。这些数据反映了干法电极在规模化生产中的显著经济性优势。目前行业进展方面,纳科诺尔干法设备已实现交付,宏工科技在干法电极前端工序具备全方位技术储备,德龙激光卡位固态电池UV胶印环节。
等静压设备——全固态电池新增核心设备环节
固态电池量产时因电极层间残余孔隙率导致离子传输受阻,内阻提升明显。残余孔隙率是固态电池内阻高的主要成因,因此生产需要施加高压并结合高温来使其致密化,去除孔隙和空隙,确保活性组分之间的界面充分接触。
等静压技术利用帕斯卡定律——在密闭容器内的介质(液体或气体)压强可以向各个方向均匀地传递。等静压设备从各个方向施加均匀、大小相等的力,使产品成型为致密坯体。这一设备在传统液态电池制造中并不需要,是全固态电池带来的全新设备增量。
温等静压法通过施加高压并结合高温致密化,既能去除孔隙又能避免高温烧结带来的界面反应。等静压设备是解决全固态电池固固界面物理接触问题的关键装备,也是全固态电池产业化的核心瓶颈之一。
干法设备与等静压产业进展——国产设备商加速布局
表:干法电极与等静压设备核心标的| 公司 | 核心布局 | 行业进展 |
|---|
| 纳科诺尔 | 干法设备 | 已实现交付,行业进展领先 |
| 宏工科技 | 干法电极前端工序 | 全方位技术储备 |
| 德龙激光 | 固态电池UV胶印 | 激光设备龙头卡位布局 |
| Quintus等 | 等静压设备 | 全球等静压技术领导者 |
全固态电池制造设备的增量机遇已被市场广泛关注。干法电极方面,纳科诺尔干法设备已实现交付,行业进展领先,是国产干法电极设备的先行者。宏工科技在干法电极前端工序环节具备全方位技术储备,覆盖从材料混合到成型的全流程。德龙激光作为激光设备龙头,卡位固态电池UV胶印环节,有望在封装工艺中取得突破。
等静压设备方面,Quintus Technologies是全球等静压技术领导者,已展示全固态电池温等静压法解决方案。国内等静压设备领域尚处发展初期,随着全固态电池产业化的推进,预计将催生新的国产设备需求。全固态电池工艺变革带来的设备增量空间广阔,具备先发优势的设备企业有望充分受益。