中邮证券干法电极设备专题报告指出,硫化物固态电池因其最高的离子电导率被认为是固态电池的终极技术路线。日韩电池企业较早押注该路线,国内宁德时代、华为等大厂也在加大硫化物研发力度。硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感,传统湿法工艺难以适配,而干法电极工艺可以规避硫材料遇溶剂易反应易腐蚀的问题,成为硫化物固态电池量产的关键助推器。
硫化物路线:离子电导率最高,被认定为固态电池终极方向
固态电池三大技术路线中,硫化物路线的性能优势最为突出。中邮证券报告对比分析了聚合物、氧化物和硫化物三条路线:聚合物路线导电率最低、热稳定性最差(200℃),虽然容易加工但性能短板明显,已不是当前主流方向;氧化物路线导电率居中、热稳定性好,但材料较脆容易脆裂、固固接触差、需要高温烧结,国内半固态电池多采用此路线;硫化物路线离子电导率最高,被认为是固态电池的终极路线。
硫化物路线的最大优势在于其离子电导率可以接近液态电解质水平,这意味着硫化物固态电池在倍率性能和低温性能方面有望超越氧化物和聚合物路线。但其核心挑战在于化学稳定性和环境稳定性差,对水分和氧气极为敏感,生产环境要求苛刻,生产成本高。
从全球竞争格局看,日韩企业较早押注硫化物路线。中邮证券报告显示,Solid Power已开发出20Ah和100Ah硅电池,目标2027年实现Cell SOP;日产正在建设全固态电池试点工厂;丰田与松下合作推进研发;三星SDI也在积极布局。中邮证券报告认为,硫化物路线的国际竞争已形成日韩领先、中国追赶的格局。
干法工艺解决硫化物痛点,适配性被产业界验证
干法工艺与硫化物固态电池的适配性是产业化突破的关键。中邮证券报告分析了干法工艺解决硫化物痛点的三个核心逻辑:
其一,规避溶剂腐蚀问题。硫化物电解质对极性有机溶剂极为敏感,传统湿法工艺使用的NMP等溶剂会与硫化物发生反应,导致材料性能劣化。干法工艺不使用任何溶剂,从根本上规避了这一风险。
其二,解决金属锂膨胀问题。金属锂负极容易与溶剂反应,导致膨胀更加严重,传统PVDF-NMP体系的粘结强度有限。干法电极中由PTFE原纤化构成的二维网络结构,可以有效抑制活性物质颗粒的体积膨胀,防止其从集流体表面脱落,提升电极的结构稳定性。
其三,消除溶剂残留问题。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。溶剂残留会与硫化物电解质发生副反应,影响电池性能和寿命。
中邮证券报告认为,干法工艺和硫化物固态电池的适配性是产业界的共识。对于氧化物固态电池路线而言,干法工艺不一定适用,因为氧化物材料特性较脆,难以通过加压解决接触问题。这进一步凸显了硫化物+干法这一技术组合的独特优势。
表5:硫化物固态电池三大技术挑战与干法解决方案| 挑战 | 湿法工艺局限 | 干法工艺优势 |
|---|
| 溶剂腐蚀 | NMP等溶剂与硫化物反应 | 完全不用溶剂,无腐蚀风险 |
| 金属锂膨胀 | PVDF粘结强度有限 | PTFE原纤化网络抑制膨胀 |
| 溶剂残留 | 烘干后仍有分子残留 | 完全干燥,零残留 |
2027年小规模量产可期,干法设备需求将逐步释放
硫化物固态电池的产业化时间表已经明确。中邮证券报告显示,国内工信部目标2027年实现全固态电池的小规模量产,海外企业也基本锁定2027年为第一代硫化物电池的目标节点。宁德时代已进入20Ah样品试制阶段,意味着电池方案初步定型,进入生产技术探索阶段。
量产进程将分阶段推进。第一阶段(2024-2027年)推出能量密度300-400Wh/kg的第一代硫化物固态电池,采用传统NCM正极和石墨/硅负极;第二阶段(2030年左右)能量密度超450Wh/kg,应用富锂正极、锂金属负极等新一代材料。
中邮证券报告认为,随着硫化物固态电池从样品试制向小规模量产过渡,干法电极设备的需求将从研发验证向产线配套延伸。建议关注在干法电极设备领域布局领先的国内装备企业:纳科诺尔(锂电辊压设备龙头,与清华团队合作干法设备)、曼恩斯特(涂布设备龙头,已推出干法制膜复合一体机)、先导智能(已交付固态电池部分设备)、利元亨(已实现固态电池部分设备的国内外交付)。硫化物固态电池的产业化将带动干法电极设备市场进入快速增长通道。