固态电池制造发生了哪些关键变化
新财富·2025-11-20 16:06

文章核心观点 - 固态电池是确定的发展方向,但2030年量产上车的时间节点以及具体应用场景、渗透率、定价等仍存在较大不确定性 [2] - 硫化物是全固态电池中热度最高的技术路线,文章重点从制造工艺视角梳理其制备过程,以揭示必然性的结构性变化和难点 [2][6] - 行业正从“材料突破”向“工程落地”过渡,技术分化点已清晰,但任何绝对判断为时过早,制造问题是当前关键挑战 [20] 固态电池生产工艺基础 - 固态电池制备可基于传统锂电池的前、中、后三段生产线,但需对部分关键环节进行改造和新增 [5] - 传统锂电池前段负责正负极片制造(制浆、涂布、辊压、分切),中段负责电芯合成组装(卷绕/叠片、入壳、注液等),后段负责封装(化成、老化等) [5] - 固态电池最根本的改变在于电解质环节,由液态调整为固态,但正负电极传递离子的原理和路径未变 [5] 前段电极制备工艺:干法与湿法选择 - 传统锂电池普遍采用湿法工艺,将材料与溶剂混合成浆料进行涂布,优点是成熟稳定,缺点是需使用大量溶剂、烘干、能耗高且环保压力大 [8] - 全固态电池中,硫化物固态电解质对水和氧气敏感,湿法工艺的溶剂残留可能破坏电解质性能,因此干法工艺成为重要选项 [8] - 干法工艺直接将粉末材料在高压下压合到金属箔上,优点是能耗低、厂房紧凑、环保且无液体残留,但挑战在于粉末分散性和压实均匀度要求极高 [8] - 行业内干法与湿法路线并行,但对干法的尝试更为激进:宁德时代将干法电极工艺作为核心研发方向,其合肥中试线已于2025年5月投产;丰田、三星SDI、特斯拉等公司也在积极布局或验证干法技术 [9] 中段电芯组装工艺:叠片成为必然选择 - 传统锂电池中段可采用卷绕或叠片方式,液态电解液可自由渗透填充间隙,因此两种方式均可行;卷绕效率高,叠片能量密度和循环寿命更优 [11] - 全固态电池中,固态电解质无法流动,卷绕会导致电解质层弯曲、开裂、脱层,因此叠片几乎成为唯一可行的结构方式 [11] - 固态电池的叠片工艺中,隔膜被固态电解质取代,同时部分厂商新增“胶框印刷”环节,用于固定电极片和电解质层,并起到防潮、绝缘、密封作用 [12] - 叠片工艺的行业共识基本形成,未来突破点在于叠片自动化、胶框工艺和良率控制 [13] 固-固界面致密化工艺 - 固-固界面致密化是全固态电池最关键环节之一,需通过压实与界面工程手段使电解质与电极接触连续、紧密、稳定,任何微小空隙都会形成高阻区影响性能 [15] - 压实方式按受力均匀性可分为两类:非均匀受力(如单轴压制、双轴压制)工艺简单设备成熟;均匀受力(如等静压)压实质量极佳但设备昂贵生产节拍慢 [16] - 按生产节拍可分为连续式(如辊压,具备量产能力)和间歇式(如等静压,适合研发阶段),两种路线尚未有定论 [16] - 各公司工艺选择分化:宁德时代采用连续辊压为主干工艺并辅以单轴热压;丰田采用批次式平板热压;三星SDI以单轴热压与辊压为主;QuantumScape结合批次式热压 [18] 生产工艺环境要求 - 硫化物固态电解质对空气敏感,生产过程需在惰性气氛+低湿度的环境下进行 [6]