报告由五矿证券发布,聚焦全固态电池工程化核心痛点,重点分析压力处理相关技术方案、产业链进展及产业节奏,为行业投资与技术落地提供参考。
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全固态电池依赖 “固 – 固接触” 实现离子传导,核心难点集中在压力控制,具体分为两大场景:
- 初始加压:生产过程中需通过压力实现材料致密化,解决同种材料致密度不足、不同材料层结合性差的问题,要求电极或电解质孔隙率压缩至 5% 以内。
- 堆叠压力:电池充放电时存在体积 “呼吸” 效应,且负极迭代为膨胀性更强的硅基 / 金属锂(硅负极膨胀率达 300%),需维持稳定压力保障界面接触,同时避免压力过高导致循环失效或成本上升。
初始加压核心集中在前、中、后三道工序,等静压是当前最具潜力的致密化方案:
- 前道:辊压设备升级
搭配干法工艺消除溶剂残留风险,通过多辊双面成膜系统实现初步致密化,压力调节范围 0-50 吨,支持膜片多级压延成型,制膜速度最高 50m/min。
- 中道:等静压主导致密化
基于帕斯卡原理实现各向均匀加压,温等静压在性能与成本间平衡最优,孔隙率可低至 0.15%(冷等静压为 1.8%)。产业化关键在于连续化生产(卧式设备实现自动进出料)与大型化(500L 级已交付,1000L 级推进中),设备大型化可显著降本并提升产能(400mm×4000mm 设备年产能约 2.7GWh)。
- 后道:高压化成收尾
通过 10-30MPa 高压强制电解质与电极塑性变形,填补孔隙形成面接触,降低界面阻抗,国内设备已实现 5-120 吨压力调节。
行业共识 “低压运行” 目标(汽车端≤2MPa,通用≤10MPa),核心通过材料改性与结构设计实现:
- 材料改性:界面优化减压
- 硫化物电解质为主流选择(室温离子电导率 10⁻³-10⁻²S/cm,接近液态电解质),通过碘掺杂、Ag-C 复合层等方式改善界面稳定性,碘掺杂硫化物电池可在零外部压力下循环 300 次,容量保持率 74.4%。
- 复合电解质方案成趋势,硫化物与卤化物复合(兼顾导电性与稳定性)、添加聚合物等技术被宁德时代、比亚迪等企业采用,锆基卤化物电解质因低成本(11.60/kg)、低压力需求(0.1MPa 可运行)加速产业化。
- 结构设计:轻量化与稳定性平衡
采用金属模组框架、非金属绑带、一体式铝材等方案维持预紧力,国轩高科通过非金属绑带将预紧力相关重量降至此前 20%,同时提供 15MPa 预紧力。
- 产业链布局
- 设备端:先导智能、纳科诺尔等已实现等静压设备量产,Quintus 正在研发 2000L 级卧式设备(年产能 22.6GWh);
- 材料端:当升科技、中科固能等实现硫化物电解质吨级生产,卤化物电解质进入样品测试阶段;
- 电池端:宁德时代、国轩高科等推进中试线建设,同步开展车规级验证。
- 产业节奏
预计 2027 年实现示范性装车,消费类场景(EV tol、人形机器人)此前开启示范应用;2030 年前后有望实现小规模量产,当前行业处于类似新能源车 2009-2010 年的产业化初期阶段。
- 重点关注领域
- 设备:辊压、等静压、高压化成设备企业;
- 材料:硫化物电解质、卤化物电解质及复合电解质相关企业。
- 风险提示
硫化物 / 卤化物电解质降本不及预期;设备规模化与工艺进展滞后;技术路线存在不确定性,可能出现新型替代材料。